Οι κατάλληλοι και πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες για τη μέτρηση φυσικών ποσοτήτων όπως η πίεση, η επιτάχυνση και η μετατόπιση. Η κατανόηση των αρχών τους βοηθά στην επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα για συγκεκριμένες εφαρμογές και στην εκτέλεση ακριβών υπολογισμών που σχετίζονται με τη λειτουργία τους.

Αρχές των Ικανοποιήσιμων Αισθητήρων

Οι αισθητήρες λειτουργούν με βάση τις μεταβολές της χωρητικότητας που προκαλούνται από τις διακυμάνσεις της απόστασης ή των διηλεκτρικών ιδιοτήτων μεταξύ δύο αγώγιμων πλακών. Όταν μια φυσική ποσότητα προκαλεί την κίνηση ή την αλλαγή του διηλεκτρικού υλικού, η χωρητικότητα αλλάζει ανάλογα.

Η χωρητικότητα (C) υπολογίζεται με τη χρήση του τύπου:

C = ε A / d

όπου είναι η επιτρεπόμενη ισχύς του διηλεκτρικού υλικού, το Α είναι η περιοχή των πλακών και το δ είναι η απόσταση μεταξύ τους.

Αρχές των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων

Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες παράγουν ηλεκτρικό φορτίο όταν υποβάλλονται σε μηχανική καταπόνηση. Αυτή η ιδιότητα οφείλεται στην κρυστάλλινη δομή των πιεζοηλεκτρικών υλικών, η οποία παράγει τάση ανάλογη με την εφαρμοζόμενη δύναμη ή πίεση.

Η σχέση μεταξύ της εφαρμοζόμενης δύναμης (F) και της παραγόμενης τάσης (V) μπορεί να εκφραστεί ως:

V = d * F

Παραδείγματα υπολογισμού

Παράδειγμα 1: Ικανός αισθητήρας

Ένας χωρητικός αισθητήρας έχει εμβαδόν 10 cm2, διηλεκτρική αδειοδοτησία 8,85 x 10-12 F/m, και η απόσταση μεταξύ των πλακών αλλάζει από 1 mm σε 0,9 mm. Υπολογίστε την αλλαγή της χωρητικότητας.

Αρχική χωρητικότητα:

Cαρχικό = (8,85 x 10]-12) * 0,0001 / 0.001 = 8,85 x 10-12 F

Τελική χωρητικότητα:

C τελικό = (8,85 x 10]-12) * 0.0001 / 0.0009 = 9,83 x 10-12 F

Μεταβολή χωρητικότητας: 9.83 x 10-12 - 8.85 x 10-12 = 0.98 x 10-12 F

Παράδειγμα 2: Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας

Ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας παράγει τάση 5 V όταν εφαρμόζεται δύναμη 10 N. Βρείτε την τάση που παράγεται όταν η δύναμη αυξάνεται σε 15 N, υποθέτοντας γραμμική συμπεριφορά.

Χρησιμοποιώντας τη σχέση V = d * F, και υποθέτοντας d παραμένει σταθερή:

V1 = d * 10 N = 5 V

δ = 5 V / 10 N = 0,5 V/N

Για 15 N:

V2] = 0,5 V/N * 15 N = 7.5 V