Compreendendo e usando um transdutor piezoelétrico

Nesta postagem, tentamos investigar o que são transdutores e como eles precisam ser configurados em circuitos ao usá-los em uma determinada aplicação

Compreendendo os transdutores piezoelétricos

Um piezo transdutor é um dispositivo usado principalmente para converter uma frequência aplicada em som audível. Pode ser comparado a um alto-falante, sendo a única diferença a capacidade de manuseio e os princípios de operação.

Um alto-falante é usado para lidar com frequências de som de alta potência e é capaz de reproduzir exatamente o que foi alimentado na entrada.

No entanto, um transdutor piezo pode não ser tão eficiente quanto um alto-falante com qualidade de potência e saída, mas existem alguns recursos que tornam esses dispositivos excelentes.

Um transdutor piezo é especificamente adequado para gerar saídas de som de tom muito alto, o que um alto-falante pode não ser capaz de fazer.

Além disso, um transdutor piezo é barato, muito compacto e elegante e não requer circuitos complicados para operar.

Então, basicamente, eles são usados ​​para produzir notas agudas aplicáveis ​​em trompas musicais, dispositivos de aviso, etc.

Especificações gerais (usando como gerador de som)

Um transdutor piezo é de formato redondo com uma base metálica, os transdutores piezo de 27 mm de diâmetro são mais populares.
A cerca de 3 mm da periferia externa, o material piezoelétrico interno é revestido na base de metal de um piezoelétrico.

Este material é bastante vulnerável, especialmente ao soldar fios neles.

Basicamente, são dois contatos e três tipos de contato. A base de metal é usada como terminal de aterramento e o revestimento interno de material poezo torna-se o terminal positivo.

Para o tipo de três contatos, o material piezoelétrico interno consiste em uma pequena seção piezoelétrica separada que se torna o terceiro contato e se comporta principalmente como o elemento de feedback.

O piezo de três contatos acima também pode ser usado em aplicações de transdutor de dois fios onde o terceiro contato de realimentação central não é usado.

A frequência externa de um driver piezo é aplicada através da base de metal e do material piezo interno, o piezo então começa a vibrar no nível de frequência aplicado, gerando um som agudo.

No entanto, esse som pode ser muito insignificante e de baixo volume, a menos que o piezo seja fixado em uma caixa de plástico especial com um orifício central.

O tamanho do orifício é importante e não deve ter mais de 8 mm de diâmetro ou menos de 6 mm de diâmetro.

O invólucro de plástico deve ser tal que o piezo seja preso com um adesivo sobre uma plataforma elevada apenas alguns mm acima da base do invólucro que consiste no orifício explicado acima.

A parte elevada deve ter apenas 2 mm de largura, mal suportando a borda da circunferência do piezo.

Todo o procedimento de colagem (instalação) foi explicado neste artigo simples sobre circuito de campainha .

Especificações técnicas - Como Piezo opera

Como sabemos, um transdutor piezoelétrico converte uma força mecânica em pulsos elétricos equivalentes nos terminais de seu corpo. A aplicação desta força mecânica no material piezo pode ser nas seguintes 3 formas básicas:

• Transversal
• Longitudinal
• Shear.

Efeito transversal

Neste impacto, a pressão é cortada ao longo de um eixo neutro (y), movendo as cargas ao longo da direção (x), perpendicular à linha de força. A magnitude ou o nível de carga (Cz) produzido depende das especificações geométricas do material piezoelétrico. Se tomarmos a, b, d como as dimensões que obtemos:

C_com= d_xyF_Y BA

Onde para é a dimensão do eixo neutro, b encontra-se na linha que gera a carga, e d é o coeficiente piezolétrico relevante.

Efeito longitudinal

Nesse impacto, a magnitude da carga transferida é especificamente equivalente à força aplicada. No entanto, isso não depende das dimensões piezoelétricas.

A única maneira de aumentar a saída de carga de um elemento piezoelétrico é configurar muitos desses dispositivos mecanicamente em série ou empilhados um sobre o outro, mas eletricamente conectados em paralelo. A cobrança gerada pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

C_x= d_xxF_x n

Onde d_xxdenota o coeficiente piezoelétrico para uma carga na direção x, produzida pela tensão ou força aplicada na mesma direção. F_xrepresenta a força aplicada na direção x, enquanto n representa o número de elementos piezo empilhados um acima do outro.

Efeito de cisalhamento

Neste impacto, as cargas geradas são especificamente equivalentes à força exercida, mas não dependendo das dimensões do piezo. Quando n número de transdutores são empilhados em série um acima do outro, e eletricamente conectados em paralelo, a magnitude da carga pode ser calculada usando a seguinte equação:

C_x= 2d_xxF_x n

Apenas o efeito transversal apresenta uma sensibilidade ajustável para a força aplicada no material piezoelétrico, que não está disponível para os resultados do efeito longitudinal e de cisalhamento.