Effetto piezoelettrico
Cambiamento dimensionale di materiali paraelettrici influenzati da un campo elettrico

I materiali intelligenti possono
Sposta la tua idea
veloce e affidabile

L'effetto Piezoelettrico è stato scoperto
Pollici 1880
di Jacques e Pierre Curie

I cristalli di Piezo si caricano elettricamente

quando deformato sotto stress meccanico

Pollici 1880 Jacques e Pierre Curie hanno scoperto che quando deformato sotto stress meccanico, i cristalli di quarzo sono diventati caricati elettricamente – positivamente e negativamente – sulle superfici a forma di prisma. Hanno chiamato questa reazione l'effetto piezoelettrico. Al di sopra di una certa temperatura (chiamata temperatura della Curie) questo tipo di materiali possiedono una cellula elementare cubica con un centro di simmetria. Le principali aree delle cariche positive e negative si trovano al centro della cellula elementare del cristallo. I materiali sono paraelettrici. Non vi è alcun effetto piezoelettrico rilevabile.

Nel processo di produzione, dopo il sintering, uno spostamento degli ioni della cellula elementare si verifica quando il raffreddamento al di sotto della temperatura della Curie. Le cariche positive e negative non sono più al centro. Il centro di simmetria è perduto e si verifica una polarizzazione spontanea della cellula elementare. La cellula elementare ora ha un dipolo elettrico.

I dipoli si influenzano a vicenda e formano spontaneamente aree con un orientamento uniforme, Cosiddetto “domini weissch”. Le direzioni di polarizzazione di un piezoceramico sono statisticamente equamente distribuite, in modo che il corpo macroscopico non abbia polarizzazione e quindi non sia piezoelettrico.

Se le ceramiche sono esposte a un forte campo elettrico, questi domini si allineano con rimanto a questo campo. Solo con l'aiuto di questo processo di polarizzazione i piezoceramici acquisiscono le loro proprietà piezoelettriche, che sono importanti per l'industria.

Sensore Piezo

Deformato sotto stress meccanico, I cristalli di Piezo si caricano elettricamente.

Attuatore Piezo

Gli stessi materiali subiscono cambiamento dimensionale sotto l'influenza di un campo elettrico.

L'effetto piezoelettrico è la capacità di alcuni materiali cristallini di convertire la sollecitazione meccanica in segnali elettrici e viceversa. Ogni sensore Piezo può essere utilizzato anche come attuatore Piezo. I materiali industrialmente più importanti sono costituiti da ceramica policristallina ferroelettrica. Questi materiali piezoelettrici possiedono una struttura cristallina di Perowskit.

Principio di funzionamento degli attuatori e dei sensori di piegatura

Attuatore di piegatura Piezo

Quando due piastre piezoelettriche in ceramica sono incollate insieme a un materiale di supporto e, ciò si traduce in una pronunciata deformazione del composito simile al caso di un bimetallo. Il suo design consente deviazioni di diversi millimetri o forze fino a diversi Newton e un breve tempo di ciclo di pochi millisecondi può essere raggiunto.

Quindi, l'attuatore di piegatura Piezo può essere impiegato come elemento di controllo ad alte prestazioni e a reazione rapida. A causa dell'alta velocità di deflessione, produttività è maggiore rispetto all'uso di elettromagneti. Grazie al suo design compatto, l'attuatore di piegatura Piezo occupa molto meno spazio.

Sensore di piegatura Piezo

Le bende in ceramica Piezo possono essere utilizzate anche come sensori. La piegatura genera una carica/ una tensione su entrambi gli strati ceramici. Il collegamento parallelo di entrambi gli strati ceramici aggiungerà la loro carica.

Così sono adatti per misurare grandi e piccoli movimenti, Vibrazioni, accelerazioni e per la raccolta di energia. I nostri bender Piezo di solito hanno una vita lavorativa di oltre un miliardo di cicli.

La contrazione della ceramica quando viene applicata la tensione di funzionamento provoca deflessione e forza sulla punta dell'attuatore di piegatura. O, se una forza viene applicata alla punta, questo genera una carica elettrica.

Parametri importanti per gli attuatori di piegatura

Deflessione

in genere fino a 2 Mm
Massimo. fino a 10 Mm

Forza di blocco

in genere fino a 0.7 N
Massimo. fino a 5 N

Tensione di guida (Dc)

in genere fino
A 230 Presso

I valori caratteristici tipici degli attuatori piezoceramici di piegatura sono dominati dalla loro spostamento totale E la forza di blocco al tensione di funzionamento.

Il valore massimo Deflessione di un attuatore pietoso Piezo e il massimo forza di blocco può essere facilmente determinato.

Caratteristiche delle prestazioni di tre diversi tipi di attuatori Piezo: Confronto dei valori di forza e deflessione delle pile, attuatori con trasformazioni del percorso e attuatori di piegatura.

Generazione di ultrasuoni con Piezoceramics

I risonatori in ceramica piezoelettrica possono essere impostati in oscillazioni ad alta frequenza (Ultrasuono) per mezzo di tensioni definite e sono quindi perfetti generatori ad ultrasuoni. La velocità ultrasonica dei piezos è spesso utilizzata per le procedure di taglio, la rimozione del tartaro dal dentista o per la diagnostica di imaging: Screening ad ultrasuoni.

La piezocità è quindi predestinata all'atomizzazione di liquidi o di altri mezzi non solo a causa della loro elevata affidabilità. Viene fatta una distinzione sistematica tra tre metodi collaudati per generare atomizzazione basata su elementi piezoceramici.

Un aerosol (medio atomizzato) può essere generato dalla cavitazione, Per esempio. Le onde ultrasoniche focalizzate fanno esplodere piccole bolle, emettendo così l'aerosol sulla superficie del liquido. La stimolazione di una superficie circostante (da un piezoceramico) è un'altra opzione per l'atomizzazione affidabile dei media.

Di gran lunga il metodo migliore è un cosiddetto atomizzatore mesh. Qui si ottengono aerosol molto omogenei a bassa velocità di emissione. Un disco perforato perforato (circondato da piezoceramica) vibra ultrasonicamente sulla superficie liquida e migliaia di fori tagliati al laser emettono goccioline uniformi a bassa velocità.

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