پیزوالکتریسیته
پیزوالکتریسیته
پیزوالکتریسیته چیست؟آموزش تعمیر انواع برد های الکترونیکی :تعمیر اینورتر و PLC، تعمیر برد لوازم خانگی ، تعمیر برد تجهیزات پزشکی و… ارائه مدرک فنی و حرفه ای آموزش تعمیر برد توسط دکتر میلاد طاهریان.
برای آموزش تعمیرات تخصصی برد الکترونیک وارد سایت آموزشگاه فنی حرفه ای پاور بشوید و مدرک بین المللی و مدرک فنی و حرفه ای دریافت کنید.آموزش تعمیر برد لیاس شویی ، تعمیر برد ظرف شویی، تعمیر برد ساید ، تعمیر برد یخچال ، تعمیر برد پکیج، تعمیر برد کولر گازی ، تعمیر برد کولر گازی اینورتر ، تعمیر برد لوازم خانگی اینورتر ، تعمیر برد اینورتر، تعمیر برد پی ال سی PLC ، تعمیر برد انکودر، تعمیر برد تجهیزات صنعتی ، تعمیر برد HMI، تعمیر برد پاور ماینر، تعمیر برد ماینر، تعمیر برد ECU ای سی یو ماشین ، تعمیر برد تجخیزات پزشکی، تعمیر برد کامپیوتر و لبتاب، تعمیر برد کوادکوپتر ، تعمیر برد هوایما و هلکوپتر ، تعمیر برد رگولاتور ، تعمیر برد لوازم خانکی ، تعمیر برد الکترونیکیو….. تمامی این موارد در آموزشگاه فنی و حرفه پاور میباشد همچنین برای دانلود آموزش تعمیرات برد PDF و تماشای آموزش رایگان تعمیرات برد وارو سایت آموزشگاه فنی و حرفه ای پاور شوید ، سایت آموزشگاه فنی و حرفه ای تعمیر برد پاور .
پیزوالکتریسیته چیست؟
پیزوالکتریک یا پیزوالکتریسیته به خاصیت برخی از مواد برای تولید بار الکتریکی به وسیله فشار یا تغییر شکل مکانیکی اشاره می کند. این خاصیت در برخی از مواد کریستالی مانند کوارتز، تورمالین و سرامیکها وجود دارد. وقتی یک نیروی مکانیکی، مانند فشار، به این مواد وارد می گردد، بارهای الکتریکی در آنها تولید میشوند که موجب ایجاد ولتاژ الکتریکی می گردد.
از پیزوالکتریکها در بسیاری از دستگاهها و سنسورها مورد استفاده قرار می گیرند. برخی مثالهای معروف شامل استفاده از پیزوالکتریکها در تولید سیگنالهای الکتریکی در میکروفنها، بوق خودروها، سنسورهای فشار و شتاب سنجها می شود. همچنین، این خصوصیت ها در برخی از دستگاهها برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و برعکس استفاده می گردد.
پیزوالکتریسیته به دلیل وجود خاصیت الکتریکی در برخی از مواد شکل می گیرد. این خاصیت در سطح اتمی و مولکولی مواد موجود می باشد. برخی از مواد کریستالی مانند کوارتز، تورمالین و زیرکونات بیسیمت (PZT)، سرامیکها و پلیمرها از جمله PVDF (پلیوینیلیدن فلوراید)، بهطور ویژه پیزوالکتریک می باشند.
زمانی که نیروی مکانیکی به یک ماده پیزوالکتریک اعمال می گردد، الکترونها در مولکولها و یونهای ماده تغییر مکان میدهند. این تغییر مکان موجب تولید یک شار الکتریکی در ماده می گردد. به عبارت دیگر، نیرو مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. این شار الکتریکی میتواند بهعنوان یک سیگنال الکتریکی استفاده گردد و در سنسورها، میکروفنها و بلندگوها مورد استفاده می باشد.
علاوه بر این، وقتی یک جریان الکتریکی از طریق ماده پیزوالکتریک عبور میکند، مولکولها و یونها تحت تأثیر قوانین الکترواستاتیکی قرار گرفته می شوند و مکانیک ماده تغییر میکند. به عبارت دیگر، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می گردد. این ویژگی باعث میشود که مواد پیزوالکتریک در ماشینهای دقیق، اصطکاکسنجها، اکتیویتورها و روباتها مورد استفاده قرار گرفته شوند.
به طور کلی، پیزوالکتریکها را میتوان به دو دسته اصلی تقسیم نموده: پیزوالکتریکهای طبیعی و پیزوالکتریکهای مصنوعی. در ادامه، به برخی از انواع رایج هر دسته اشاره می کنیم:
پیزوالکتریکهای طبیعی:
کوارتز: کوارتز یکی از شناختهشدهترین پیزوالکتریکهای طبیعی می باشد.
تورمالین: تورمالین نیز یک پیزوالکتریک طبیعی متداول به حساب می آید.
تورمالین تبلوری: یک نوع تورمالین است که در آن بلورهای تورمالین به صورت بلورهای پیزوالکتریک تنظیم گشته است.
پیزوالکتریکهای مصنوعی:
سرامیکهای پیزوالکتریک: سرامیکهای مبتنی بر پیزوالکتریسیته مانند باریوم تیتانات و سریمیک-لید از جمله پیزوالکتریکهای مصنوعی می باشند.
پلیمرهای پیزوالکتریک: پلیمرهایی مانند پلیوینیلیدن فلورید (PVDF) و PVDF-TrFE به عنوان پیزوالکتریکهای مصنوعی استفاده می گردند.
کامپوزیتهای پیزوالکتریک: موادی که شامل ترکیبات پیزوالکتریک می باشند و با استفاده از ماتریسهای پلیمری یا سرامیکی تقویت می گردند.
در هر دسته، مواد گوناگون با خواص و کاربردهای متفاوت وجود دارند. انتخاب نوع پیزوالکتریک بستگی به نیازهای کاربردی، خواص مورد نیاز و شرایط محیطی را دارا می باشند.
آموزش رایگان تعمیرات برد در سایت > اینستاگرام > آپارات > یوتیوب آموزشگاه تخصصی تعمیرات برد پاور . آموزش تعمیر بردهای الکترونیکی pdf . آموزش تعمیر برد الکترونیکی رایگان . تعمیر برد الکترونیک .
کاربردهای پیزوالکتریسیته:
پیزوالکتریسیته در بسیاری از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی، کاربردهای پیزوالکتریکها شامل موارد زیر می باشد:
- تولید امواج فراصوتی: پیزوالکتریسیته در برخی از دستگاهها برای تولید امواج فراصوتی استفاده می گردند. این امواج میتوانند در تکنولوژی هایی مانند سونار، تصویربرداری پزشکی، دستگاههای روزنه از دور و دستگاههای ارتعاشی مورد استفاده قرار گرفته می شوند.
- تجهیزات پزشکی: پیزوالکتریسیته در صنعت پزشکی نیز کاربردهای متعددی را دارا می باشند. مثلاً در دستگاههای سونوگرافی، دستگاههای تصویربرداری پزشکی و دستگاههای استیمولاسیون عصبی استفاده می گردند.
- سنسورها: پیزوالکتریسیته به عنوان سنسورها در انواع دستگاهها مورد استفاده قرار گرفته می شوند. مثلاً در سنسورهای فشار، سنسورهای شتاب سنج، سنسورهای حرکت و سنسورهای لرزش. آنها قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی به سیگنال الکتریکی را دارا هستند و برای اندازهگیری و کنترل ارتعاشات، فشارها و حرکات استفاده می گردند.
- تبدیل انرژی: پیزوالکتریسیته قادر به تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و برعکس می باشند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی مانند تولید برق از الکترونیک قدرت، ارتعاشات مکانیکی، تولید انرژی در حرکت و دستگاههای تولید برق خورشیدی مناسب می کنند.
- دستگاههای الکترونیکی: پیزوالکتریسیته در صنعت الکترونیک نقش مهمی به اجرا می رسانند. آنها در دستگاههای الکترونیکی مانند آژیرها، میکروفنها، بوق خودروها، بلندگوها و موارد دیگر استفاده می گردند.
این فقط چند نمونه از کاربردهای پیزوالکتریسیته می باشند. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد هر نوع پیزوالکتریک و توانایی آن در تبدیل انرژی مکاربردهای پیزوالکتریکها در دستگاهها و صنایع مختلف علاوه بر موارد فوق شامل موارد زیر نیز می باشد:
- ارتعاشات و لرزشات: در صنعت ارتعاشات و لرزشات، پیزوالکتریسیته برای شناسایی، سنجش و کنترل ارتعاشات و لرزشات در سازهها، ماشینآلات و سیستمهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
- اپتیک: در برخی از دستگاههای اپتیکی مانند آشکارسازهای فوتودیود و میکروسکوپهای پیزوالکتریک، از پیزوالکتریسیته برای تغییر فاز و کنترل نور استفاده می گردند.
- تجهیزات نظامی و هوافضا: در صنعت نظامی و هوافضا، پیزوالکتریسیته در سنسورهای نیرو، اتصالات پیزوالکتریکی و سیستمهای کنترل حرکتی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها در فناوریهایی مانند ایجاد سیستمهای تثبیتکننده، تشخیص ضربه، سیستمهای تعادل و اتصالات سختافزاری استفاده می گردند.
- رباتیک و اتوماسیون صنعتی: پیزوالکتریکها در رباتیک و اتوماسیون صنعتی برای کنترل حرکتها، جابهجایی دقیق و سنجش نیروها مورد استفاده می باشد. آنها به عنوان عناصر فعال در سیستمهای کنترل حرکتی مورد استفاده قرار گرفته می شود.
- اتومبیلها: پیزوالکتریکها در اتومبیلها در کاربردهایی مانند سیستمهای تعلیق فعال، سیستمهای تمیز کننده پنجره و سنسورهای پارکینگ استفاده می گردند.
در کل، پیزوالکتریکها به عنوان عناصر حساس و فعال در صنایع گوناگون از جمله اتوماسیون صنعتی، الکترونیک، پزشکی و هوافضا مورد استفاده می باشند. این فناوریها به دلیل ویژگیهای به خصوص خود، امکانات متنوعی را برای اندازهگیری، تبدیل انرژی، کنترل و سنجش ارتعاشات و نیروها را رقم می زنند.
تعمیر برد اینورتر و PLc به صورت تخصصی و فایل pdf
اجزای پیزوالکتریسیته:
پیزوالکتریکها بر اساس ترکیب شیمیایی و ساختار داخلی به اجزای مختلفی تقسیم میشوند. این اجزا عبارتند از:
- الکترودها: الکترودها به دو قطب مثبت و منفی که به سطح ماده پیزوالکتریک متصل می گردند، اشاره می کنند. این الکترودها برای اعمال ولتاژ بر روی ماده پیزوالکتریک و تولید انرژی پیزوالکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند.
- قطعات مکانیکی: در برخی کاربردها، قطعات مکانیکی مانند فلنجها، بسترها و سیستمهای مکانیکی مورد نیاز می باشد. این قطعات برای نصب و نگهداری صحیح پیزوالکتریکها و انتقال نیروها و ارتعاشات به آنها استفاده می گردند.
- ماده پیزوالکتریک: ماده اصلی که ویژگی پیزوالکتریک را دارا می باشد. معمولاً مواد سرامیکی مانند سرامیک پیزوالکتریک باریوم تیتانات (PZT) یا سرامیک پیزوالکتریک سریاند (PZT) مورد استفاده قرار می گیرند. مواد دیگری مانند کوارتز و لیتیم نیوبات (LiNbO3) نیز به عنوان مواد پیزوالکتریک استفاده می گردند.
- سیمها و کانکتورها: سیمها و کانکتورها برای متصل شدن الکترودها به منابع تغذیه و سیستمهای الکترونیکی استفاده می گردند.
- سیستمهای الکترونیکی: در برخی کاربردها، پیزوالکتریکها به همراه سیستمهای الکترونیکی مانند مدارهای تقویتکننده، مبدلهای آنالوگ به دیجیتال و سیستمهای کنترل مورد استفاده قرار می گیرند. این سیستمها برای کنترل و مدیریت سیگنالهای پیزوالکتریکی و انتقال اطلاعات به دستگاههای دیگر استفاده می گردند.
این اجزا با همکاری یکدیگر در ساختار پیزوالکتریکها تعامل دارند تا تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و برعکس را امکانپذیر کنند و برای کاربردهای گوناگون مناسب باشند.
مراحل ساخت پیزوالکتریسیته:
مراحل ساخت یک عنصر پیزوالکتریک ممکن است بسته به نوع و کاربرد آن دارای تفاوت هایی باشد. در ادامه، مراحل ساخت عنصر پیزوالکتریک سنتتیک را بررسی می کنیم:
- انتخاب ماده پیزوالکتریک: در این مرحله، ماده پیزوالکتریک مناسب برای کاربرد مورد نظر انتخاب می گردد. برخی از مواد پیزوالکتریک شناخته شده شامل کریستالهای پیزوالکتریک مانند کوارتز، کریستال پیزوالکتریک تیتانات باریم (BaTiO3)، سرامیکهای پیزوالکتریک مانند سرامیک پیزوالکتریک سرب تیتانات (PZT) و پلیمرهای پیزوالکتریک مانند پلیوینیلیدنفلورید (PVDF) می شود.
- آمادهسازی ماده پیزوالکتریک: ماده پیزوالکتریک انتخاب شده برای ساخت عنصر پیزوالکتریک، برای فرآیندهای بعدی آماده می گردد. این شامل مراحلی مانند خلق و تمیزکردن سطح ماده، برش و تشکیل دادن به شکل و اندازه مورد نیاز می باشد.
- لایهگذاری: در این مرحله، لایههای مختلف مورد نیاز برای ساخت عنصر پیزوالکتریک به روی ماده پیزوالکتریک لایه گذاری می گردند. این لایهها شامل لایههای الکترود (معمولاً از جنس فلزات مانند طلا یا نقره) و لایههای عایق برای جداسازی الکترودها از یکدیگر میباشند.
- فرآیند تولید: در این مرحله، ماده پیزوالکتریک همراه با لایههای الکترود و عایق، به فرآیند تولید به خصوصی زیر می باشد. این فرآیند ممکن است شامل مراحلی مانند فشاردهی، گرمایش، تبرید و پالایش باشد. هدف از این فرآیند تولید، به دست آوردن یک ساختار پیزوالکتریک یکنواخت با خصوصیات مکانیکی و الکتریکی مطلوب می باشد.
- آزمون و کنترل کیفیت: پس از تکمیل فرآیند تولید، عناصر پیزوالکتریک آزمون و بررسی میشوند تا مطمئن گردند کیفیت و عملادارت آنها برای استفاده در کاربردهای مورد نظر مناسب می باشد. این آزمونها ممکن است شامل اندازهگیری خاصیت ها مکانیکی و الکتریکی، آزمونهای ثبات و رفتار در شرایط گوناگون محیطی باشد.
- بستهبندی و تحویل: در این مرحله، عناصر پیزوالکتریک که کنترل کیفیت آنها تأیید گشته است، بستهبندی میشوند و آماده تحویل به مشتری یا استفاده در محیطهای مورد نیاز می گردند.
مراحل ساخت عنصر پیزوالکتریک ممکن است بسته به نوع و استفادهی آن دارای تفاوت باشد. در علاوه، فرآیندهای پیشرفتهتری مانند تولید لایههای نازک پیزوالکتریک و استفاده از تکنولوژیهای پیشرفته مانند نانوتکنولوژی نیز ممکن است در مراحل ساخت استفاده گردند.
مزایا و معایب پیزوالکتریسیته:
پیزوالکتریکها دارای مزایا و کاربردهای گستردهای می باشند. در زیر به برخی از این مزایا اشاره می کنیم:
- توان بالا: پیزوالکتریکها قادر به تولید توان بالا هستند، به عبارتی دیگر، توان خروجی آنها نسبت به اندازه و ولتاژ ورودی بسیار بالا می باشد. این ویژگی آنها را برای استفاده در دستگاههایی مانند مولتیمترها، سنسورها و روباتیک ایدهآل می نماید.
- مقاومت در برابر شرایط محیطی: پیزوالکتریکها معمولاً دارای مقاومت بالا در مقابل شرایط محیطی مختلف هستند، از جمله دما، رطوبت و آلودگی. این ویژگی آنها را برای استفاده در صنایع، سیستمهای خودرو، ساختمان و محیطهای صنعتی مناسب می نماید.
- دقت بالا: پیزوالکتریکها دارای دقت بالایی در اندازهگیری و کنترل ارتعاشات و نیروها می باشند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی مانند سیستمهای جوشکاری اولتراسونیک، تجهیزات پزشکی و ابزارهای اندازهگیری دقیق مناسب می نماید.
- قابلیت انعطاف پذیری: برخی از پیزوالکتریکها انعطاف پذیری بالایی را دارا هستند و میتواننوقتی که به آنها نیروی مکانیکی تحمیل می گردد، انعطاف یابند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی مانند سنسورها و اکتوآکتورها در سیستمهای انعطاف پذیر و قابل انعطاف مورد استفاده می کند.
- واکنش سریع: پیزوالکتریکها به طور فوری و با واکنش سریع به تغییرات فشار، نیرو و ارتعاشات پاسخگو می باشند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی مانند سنسورها، آکتوآکتورها و سیستمهای کنترل مناسب می نماید.
- گستردگی فرکانس: پیزوالکتریکها قابلیت کار در گستره وسیعی از فرکانسها را دارا می باشند. این ویژگی آنها را برای استفاده در کاربردهایی مانند سونارها، تصویربرداری پزشکی و سنسورهای ارتعاشات مناسب میکند.
- اندازه کوچک: پیزوالکتریکها به طور کلی دارای اندازه کوچک و جمع و جور می باشند، که به آنها اجازه میدهد در فضاهای محدود و قطعات الکترونیکی کوچک استفاده گردند.
این تنها برخی از مزایا و کاربردهای پیزوالکتریکها می باشند. با توجه به تکنولوژی پیشرفته و تلاش در زمینه تحقیق و توسعه، احتمالاً مزایا و کاربردهای جدیدی برای پیزوالکتریکها در آینده کشف می شوند.
با وجود این مزایا، پیزوالکتریکها همچنین دارای برخی معایب و محدودیتها می باشند. در زیر به برخی از این معایب اشاره می کنیم:
- نیاز به منابع تغذیه: پیزوالکتریکها برای عملکرد بهینه نیاز به منابع تغذیه و ولتاژ مشخصی را دارا هستند. این مسئله نیازمند استفاده از سیستمهای تغذیه یا منابع تغذیه خاصی می باشد و ممکن است هزینه و پیچیدگی بیشتری را به همراه داشته باشد.
- نویز و انحرافات: پیزوالکتریکها ممکن است به نویز و انحرافات الکتریکی و مکانیکی حساسیت داشته باشد. این مشکل ممکن است در منتقل کردن سیگنالها و اندازهگیری دقیق اطلاعات مشکل به وجود آورد.
- آسیبپذیری مکانیکی: پیزوالکتریکها ممکن است در مقابل ضربهها، لرزشها و استرسهای مکانیکی حساس باشند. این مسئله ممکن است نیازمند استفاده از حفاظتهای مکانیکی و سازوکارهای محافظتی بیشتر باشد.
- حساسیت به دما: برخی از پیزوالکتریکها حساسیت بالا به تغییرات دما دارند. در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین، خواص پیزوالکتریکی آنها امکان دارد تغییر کند یا کم شود. این مسئله ممکن است برای برخی کاربردها محدودیتهایی به وجود آورد.
- محدودیت در دامنه حرکت: برخی از پیزوالکتریکها دارای محدودیت در دامنه حرکت می باشند. به عبارت دیگر، ممکن است تنها این توانایی را داشته باشند که به مقداری مشخص حرکت داشته باشند و در دامنه وسیعی از حرکتها مفید نباشند. این محدودیت ممکن است در برخی کاربردها تاثیر داشته باشد.
- قدرت خروجی محدود: در مقایسه با برخی سایر اجزا و حسگرها، قدرت خروجی پیزوالکتریکها نسبتاً محدود می باشد. برای برخی کاربردها ممکن است نیاز به قدرت خروجی بالاتری باشد که پیزوالکتریکها بتوانند فراهم نمایند.
اهمیت و اثر معایب فوق بستگی به کاربردها و شرایط مدنظر دارد.
برای دیدن مقاله های بیشتر روی لینک های زیر بزنید:
دیدگاهتان را بنویسید