- Τι είναι το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα;
- Πιεζοηλεκτρικά υλικά
- Απαιτούμενα στοιχεία
- Διάγραμμα κυκλώματος παραγωγής ισχύος βήματος
Από τα τελευταία χρόνια η ζήτηση ηλεκτρονικών φορητών συσκευών χαμηλής ισχύος αυξήθηκε ραγδαία. Και υπάρχουν πολύ περιορισμένες επιλογές για την τροφοδοσία αυτών των μικρών φορητών ηλεκτρονικών συσκευών, όπως αλκαλικές μπαταρίες ή ηλιακή ενέργεια κ.λπ. Εδώ θα κατασκευάσουμε Footstep Power Generation Circuit για παραγωγή ηλεκτρισμού. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το Piezoelectric Effect ακολουθώντας αυτό το Piezoelectric Transducer Circuit.
Τι είναι το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα;
Το Piezoelectric Effect είναι η ικανότητα ορισμένων πιεζοηλεκτρικών υλικών (όπως χαλαζία, topaz, οξείδιο του ψευδαργύρου κ.λπ.) να παράγουν ηλεκτρικό φορτίο ως ανατροφοδότηση της μηχανικής τάσης. Η λέξη «πιεζοηλεκτρική» προέρχεται από την ελληνική λέξη «piezein» που σημαίνει να πιέζετε, να πιέζετε και να πιέζετε.
Επίσης, το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι αναστρέψιμο, πράγμα που σημαίνει ότι όταν εφαρμόζουμε μηχανική τάση στο πιεζοηλεκτρικό υλικό λαμβάνουμε κάποια ηλεκτρική φόρτιση στην έξοδο. Και, όταν εφαρμόζουμε ηλεκτρισμό στο πιεζοηλεκτρικό υλικό, τότε συμπιέζει ή τεντώνει το πιεζοηλεκτρικό υλικό.
Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές που περιλαμβάνουν
- Παραγωγή και ανίχνευση ήχου
- Παραγωγή υψηλής τάσης
- Ηλεκτρονική Συχνότητα
- Μικροβαθμίδες
- Εξαιρετικά λεπτή εστίαση οπτικών συγκροτημάτων
- Καθημερινές εφαρμογές όπως αναπτήρες
Το Resonator χρησιμοποιεί επίσης πιεζοηλεκτρικό εφέ.
Πιεζοηλεκτρικά υλικά
Ο αριθμός των πιεζοηλεκτρικών υλικών είναι τώρα διαθέσιμος, ακόμη και φυσικός και τεχνητός. Τα φυσικά πιεζοηλεκτρικά υλικά περιλαμβάνουν χαλαζία, ζάχαρη από ζαχαροκάλαμο, αλάτι Rochelle, τορμαζίνη τουρμαζ κ.λπ. Υπάρχουν ορισμένα υλικά που δίνονται στον παρακάτω πίνακα στην κατηγορία φυσικών και συνθετικών:
|
Φυσικό πιεζοηλεκτρικό υλικό |
Συνθετικό πιεζοηλεκτρικό υλικό |
|
Χαλαζία (χρησιμοποιείται περισσότερο) |
Τιτανικό μόλυβδο ζιρκονικού (PZT) |
|
Αλάτι Ροσέλ |
Οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) |
|
Τοπάζι |
Τιτανικό βάριο (BaTiO 3) |
|
TB-1 |
Πιεζοηλεκτρικά κεραμικά Τιτανικό βάριο |
|
TBK-3 |
Τιτανικό βάριο ασβεστίου |
|
Σακχαρόζη |
Ορθοφωσφορικό γάλλιο (GaPO 4) |
|
Τένοντας |
Νιοβικό κάλιο (KNbO 3) |
|
Μετάξι |
Τιτανικό μόλυβδο (PbTiO 3) |
|
Σμάλτο |
Τανταλίτης λιθίου (LiTaO 3) |
|
Ντεντίν |
Langasite (La 3 Ga 5 SiO 14) |
|
DNA |
Βολφραμικό νάτριο (Na 2 WO 3) |
Απαιτούμενα στοιχεία
- Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας
- LED (μπλε)
- Δίοδος (1N4007)
- Πυκνωτής (47uF)
- Αντίσταση (1k)
- Κουμπί
- Σύνδεση καλωδίων
- Ψωμί
Διάγραμμα κυκλώματος παραγωγής ισχύος βήματος
Ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας αποτελείται από πιεζοηλεκτρικό υλικό (χρησιμοποιείται περισσότερο από χαλαζία). Συνήθιζε να μετατρέπει τη μηχανική τάση σε ηλεκτρικό φορτίο. Η έξοδος του πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα είναι AC. Χρειαζόμαστε έναν πλήρη ανορθωτή γέφυρας για να τον μετατρέψουμε σε DC. Η τάση εξόδου του αισθητήρα είναι μικρότερη από 30Vp-p, μπορείτε να τροφοδοτήσετε την έξοδο του πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα ή να την αποθηκεύσετε σε μπαταρία ή σε άλλες συσκευές αποθήκευσης. Η σύνθετη αντίσταση του πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα είναι μικρότερη από 500 ohm. Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας και αποθήκευσης είναι -20 ° C ~ + 60 ° C και -30 ° C ~ + 70 ° C αντίστοιχα.
Αφού πραγματοποιήσετε συνδέσεις σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα, όταν παρέχουμε μηχανική τάση στον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα παράγει τάση. Η έξοδος του πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα είναι σε μορφή AC. Για τη μετατροπή του από AC σε DC χρησιμοποιούμε ανορθωτή γεφυρών. Η έξοδος του ανορθωτή συνδέεται σε έναν πυκνωτή 47uF. Η τάση που παράγεται από τον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα αποθηκεύεται στον πυκνωτή. Και, όταν πατηθεί το πλήκτρο, όλη η αποθηκευμένη ενέργεια μεταφέρεται στο LED και το LED ανάβει μέχρι να αποφορτιστεί ο πυκνωτής.
Σε αυτό το κύκλωμα, το LED ανάβει για κλάσμα δευτερολέπτων. Για να αυξήσετε το χρόνο ON του LED μπορείτε να αυξήσετε την βαθμολογία του πυκνωτή, αλλά θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος για να φορτιστεί. Ακόμα, μπορείτε να συνδέσετε περισσότερους πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες σε σειρά για να παράγετε περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Επίσης, η δίοδος χρησιμοποιείται για την παρεμπόδιση της ροής του ρεύματος από τον πυκνωτή στον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα και η αντίσταση είναι μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος. Το LED μπορεί επίσης να συνδεθεί απευθείας με τον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα, αλλά θα σβήσει σε μια στιγμή, καθώς δεν θα υπάρχει πυκνωτής για τη συγκράτηση του ρεύματος.
Παρακάτω δίνεται ένα βίντεο επίδειξης για αυτό το σύστημα παραγωγής ισχύος Step Step.