Efecto piezoeléctrico
Cambio dimensional de materiales paraeléctricos influenciados por un campo eléctrico.

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Se descubrió el efecto piezoeléctrico.
en 1880
por Jacques y Pierre Curie

Los cristales piezoeléctricos se cargan eléctricamente

cuando se deforma bajo tensión mecánica

En 1880 Jacques y Pierre Curie descubrieron que cuando se deformaba bajo tensión mecánica, los cristales de cuarzo se cargaron eléctricamente, positiva y negativamente, en superficies con forma de prisma. Llamaron a esta reacción el efecto piezoeléctrico.. Por encima de cierta temperatura (llamada la temperatura de Curie) Este tipo de materiales posee una celda elemental cúbica con un centro de simetría. Las áreas principales de las cargas positivas y negativas se encuentran en el centro de la celda elemental del cristal.. Los materiales son paraeléctricos. No hay efecto piezoeléctrico detectable.

En el proceso de fabricación, después de sinterizar, Se produce un cambio de los iones de la celda elemental cuando se enfría por debajo de la temperatura de Curie. Las cargas positivas y negativas ya no están en el centro.. El centro de simetría se pierde y se produce una polarización espontánea de la célula primaria.. La celda primaria ahora tiene un dipolo eléctrico..

Los dipolos se influyen entre sí y forman espontáneamente áreas con una orientación uniforme., así llamado “dominios blancos”. Las direcciones de polarización de un piezocerámico se distribuyen estadísticamente por igual., para que el cuerpo macroscópico no tenga polarización y, por lo tanto, no sea piezoeléctrico.

Si la cerámica está expuesta a un campo eléctrico fuerte., estos dominios se alinean permanentemente a este campo. Solo con la ayuda de este proceso de polarización, las piezocerámicas adquieren sus propiedades piezoeléctricas., que son importantes para la industria.

Sensor piezoeléctrico

Deformado bajo tensión mecánica., Los cristales piezoeléctricos se cargan eléctricamente.

Actuador piezoeléctrico

Los mismos materiales se someten cambio dimensional bajo la influencia de un campo eléctrico.

El efecto piezoeléctrico es la capacidad de ciertos materiales cristalinos para convertir el estrés mecánico en señales eléctricas y viceversa.. Cada sensor piezoeléctrico también se puede usar como un actuador piezoeléctrico. Los materiales piezoeléctricos más importantes industrialmente consisten en cerámica policristalina ferroeléctrica. Estos materiales piezoeléctricos poseen una estructura cristalina Perowskit..

Principio de funcionamiento de actuadores y sensores de flexión

Actuador piezoeléctrico

Cuando dos placas cerámicas piezoeléctricas se unen con un material de soporte y se contrarrestan, Esto da como resultado una pronunciada deformación del material compuesto similar al caso de un bimetal. Su diseño permite desviaciones de varios milímetros o fuerzas de hasta varios Newton y se puede lograr un tiempo de ciclo corto de unos pocos milisegundos..

por lo tanto, El actuador de flexión piezoeléctrica puede emplearse como un elemento de control de alto rendimiento y reacción rápida. Debido a la alta velocidad de desviación, la productividad es mayor en comparación con el uso de electroimanes. Como resultado de su diseño compacto, el actuador de flexión Piezo ocupa mucho menos espacio.

Sensor de flexión piezoeléctrica

Las dobladoras piezocerámicas también se pueden usar como sensores. La flexión genera una carga / un voltaje en ambas capas cerámicas. La conexión en paralelo de ambas capas de cerámica agregará su carga.

Por lo tanto, son adecuados para medir movimientos grandes y pequeños, vibraciones, aceleraciones y para la cosecha de energía. Nuestras dobladoras piezoeléctricas suelen tener una vida útil de más de mil millones de ciclos..

La contracción de la cerámica cuando se aplica el voltaje de funcionamiento da como resultado una desviación y fuerza en la punta del actuador de flexión. O, si se aplica una fuerza a la punta, esto genera una carga eléctrica.

Parámetros importantes para actuadores de flexión

Desviación

típicamente hasta 2 Mm
max. hasta 10 Mm

Fuerza de bloqueo

típicamente hasta 0.7 norte
max. hasta 5 norte

Tensión de conducción (corriente continua)

típicamente arriba
Para 230 V

Los valores característicos típicos de los actuadores de flexión piezocerámica están dominados por su desplazamiento total y el fuerza de bloqueo en el tensión de funcionamiento.

El maximo Desviación de un actuador de flexión piezoeléctrica y el máximo fuerza de bloqueo se puede determinar fácilmente.

Características de rendimiento de tres tipos diferentes de actuadores piezoeléctricos: Comparación de valores de fuerza y ​​deflexión de pilas, actuadores con transformaciones de trayectoria y actuadores de flexión.

Generando ultrasonido con piezocerámicas

Los resonadores cerámicos piezoeléctricos se pueden configurar en oscilaciones de alta frecuencia. (ultrasonido) por medio de tensiones definidas y, por lo tanto, son generadores ultrasónicos perfectos. La velocidad ultrasónica de los piezos a menudo se usa para procedimientos de corte., la eliminación del sarro en el dentista o para el diagnóstico por imágenes: Examen de ultrasonido.

Por lo tanto, las piezocerámicas están predestinadas para la atomización de líquidos u otros medios, no solo por su alta confiabilidad. Se hace una distinción sistemática entre tres métodos probados para generar atomización basados ​​en elementos piezocerámicos..

Un aerosol (medio atomizado) puede ser generado por cavitación, por ejemplo. Las ondas ultrasónicas enfocadas hacen explotar pequeñas burbujas, emitiendo así el aerosol en la superficie del líquido. La estimulación de una superficie circundante. (por un piezocerámico) es otra opción para la atomización confiable de los medios.

Con mucho, el mejor método es un llamado atomizador de malla. Aquí se logran aerosoles muy homogéneos a baja velocidad de emisión. Un disco perforado perforado (rodeado de piezocerámicas) vibra ultrasónicamente en la superficie del líquido y miles de orificios cortados con láser emiten gotitas uniformes a baja velocidad.

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