Пьезоэлектрические устройства автомобиля
09.03.2014
Пьезотехнология находит применение в оптике, точной механике, медицине и биологии, при производстве товаров широкого потребления (например, высокочастотных громкоговорителях акустических систем, звуковых сигналах кварцевых будильников и т. п.), в машиностроении и в автомобильной промышленности.
Примерами ее применения в автомобилестроении являются, в частности, датчики детонации, датчики давления, датчики ультразвука и датчики ускорения, а также исполнительные устройства для открывания топливных форсунок (в некоторых дизельных двигателях).
Так называемый пьезоэлектрический эффект был открыт в 1880 году братьями Пьером и Жаком Кюри на натуральных кристаллах. Пьезо происходит от греческого слова Piezein, что означает сжатие.
Пьезоэлектрический эффект нагляднее всего демонстрируется на примере кварцевого кристалла, на который оказывается давление.
Кристалл кварца в состоянии покоя электрически нейтрален наружу, т. е. положительно и отрицательно заряженные атомы (ионы) взаимно компенсируются (А).
Если на кристалл оказывается внешнее давление, кристаллическая решетка деформируется. Это приводит к смещению ионов. В результате возникает электрическое напряжение (В).
И, наоборот, при подаче напряжения на кристалл, он деформируется, что приводит к возникновению силы (С).
В настоящее время в технике вместо кварцевых кристаллов используются пьезокерамические материалы с большим КПД. На практике различается прямой и косвенный пьезоэлектрический эффект.
Прямой пьезоэлектрический эффект используется в основном в датчиках. В датчиках пьезокерамические элементы преобразуют воздействующее усилие в электрический сигнал, т. к. обладающая большой жесткостью керамика сжимается.
В результате электрического смещения (диэлектрик = не проводящий электрический ток материал) образуются поверхностные заряды, и возникает электрическое напряжение.
На приведенных в действие электродах это поле можно измерить как электрическое напряжение.
Вывод: В результате воздействия на пьезоэлектрическое вещество механическая энергия преобразуется в датчиках в электрическую.
Пример применения:
- датчик детонации
Косвенный пьезоэлектрический эффект используется в основном в исполнительных устройствах. При работе в качестве исполнительного устройства (привода) твердое тело преобразует электрическое напряжение в механическую деформацию, т. е. на пьезоэлектрическое тело действует электрическое напряжение, что приводит к его деформации.
Если деформация тела затруднена, возникает упругое натяжение. Таким образом, на устройство, мешающее деформации пьезоэлектрического тела, действует сила.
Вывод: В результате подачи напряжения на пьезоэлектрическое вещество электрическая энергия преобразуется в исполнительных устройствах в механическую.
Пример применения:
- Топливная форсунка в аккумуляторной топливной системе компании Siemens
Комментарии
Пока нет комментариев