Efeito piezoelétrico
Mudança dimensional de materiais paraelétricos influenciada por um campo elétrico

Materiais inteligentes podem
Mova sua idéia
rápido e confiável

O efeito Piezoelétrico foi descoberto
Em 1880
por Jacques e Pierre Curie

Cristais piezo tornam-se eletricamente carregados

quando deformado sob estresse mecânico

Em 1880 Jacques e Pierre Curie descobriram que quando deformados sob estresse mecânico, cristais de quartzo tornaram-se eletricamente carregados – positiva e negativamente – em superfícies em forma de prisma. Eles chamaram essa reação de efeito piezoelétrico. Acima de uma certa temperatura (chamada de temperatura curie) esses tipos de materiais possuem uma célula elementar cúbica com um centro de simetria. As principais áreas das cargas positivas e negativas são encontradas no centro da célula elementar do cristal. Os materiais são paraelétricos. Não há efeito piezoelétrico detectável.

No processo de fabricação, depois de sintering, uma mudança dos íons da célula elementar ocorre quando o resfriamento abaixo da temperatura de Curie. As cargas positivas e negativas não estão mais no centro. O centro de simetria se perde e ocorre uma polarização espontânea da célula elementar. A célula elementar agora tem um dipolo elétrico.

Os dipolos influenciam uns aos outros e formam espontaneamente áreas com uma orientação uniforme, os chamados “Domínios weissch”. As direções de polarização de uma piezocerâmica são estatisticamente igualmente distribuídas, de modo que o corpo macroscópico não tem polarização e, portanto, não é piezoelétrica.

Se as cerâmicas são expostas a um forte campo elétrico, esses domínios se alinham a este campo. Somente com a ajuda desse processo de polarização as piezocerâmicas adquirem suas propriedades piezoelétricas, que são importantes para a indústria.

Sensor Piezo

Deformado sob estresse mecânico, Cristais piezo tornam-se eletricamente carregados.

Atuador Piezo

Os mesmos materiais sofrem mudança dimensional sob a influência de um campo elétrico.

O efeito piezoelétrico é a capacidade de certos materiais cristalinos converterem estresse mecânico em sinais elétricos e vice-versa. Cada sensor Piezo também pode ser usado como um Atuador Piezo. Os materiais piezoelétricos mais importantes industrialmente consistem em cerâmicas policristalinas ferroelétricas. Estes materiais piezoelétricos possuem uma estrutura cristalina perowskit.

Princípio de trabalho de atuadores e sensores de dobra

Atuador de dobra piezo

Quando duas placas de cerâmica piezoelétricas são unidas com um material de suporte e contra-acionadas, isso resulta em uma deformação pronunciada do composto semelhante ao caso de um bimetal. Seu design permite deflexões de vários milímetros ou forças até vários Newton e um curto tempo de ciclo de alguns milissegundos pode ser alcançado.

Portanto, o atuador de dobra piezo pode ser empregado como um elemento de controle de alto desempenho e reação rápida. Devido à alta velocidade de deflexão, produtividade é maior em comparação com o uso de eletroímãs. Como resultado de seu design compacto, o atuador piezo dobra ocupa significativamente menos espaço.

Sensor de dobra piezo

Dobradores de cerâmica piezo também podem ser usados como sensores. Dobrar gera uma carga/ uma tensão em ambas as camadas cerâmicas. A conexão paralela de ambas as camadas de cerâmica adicionará sua carga.

Assim, eles são adequados para medir movimentos grandes e pequenos, Vibrações, acelerações e para a colheita de energia. Nossos dobradores Piezo geralmente têm uma vida útil de mais de um bilhão de ciclos.

A contração da cerâmica quando a tensão de operação é aplicada resulta em deflexão e força na ponta do atuador de dobra. Ou, se uma força é aplicada na ponta, isso gera uma carga elétrica.

Parâmetros importantes para atuadores de dobra

Deflexão

tipicamente até 2 milímetros
Max. até 10 milímetros

Força de bloqueio

tipicamente até 0.7 N
Max. até 5 N

Tensão de condução (Dc)

tipicamente se
para 230 V

Valores característicos típicos de atuadores de dobra piezocerâmica são dominados por seus deslocamento total e o força de bloqueio no Tensão.

O máximo Deflexão de um atuador piezo dobrae eo máximo força de bloqueio pode ser facilmente determinado.

Recursos de desempenho de três tipos diferentes de atuadores Piezo: Comparação dos valores de força e deflexão das pilhas, atuadores com transformações de caminhos e atuadores de dobra.

Gerando ultrassom com Piezocerâmica

Ressonadores cerâmicos piezoelétricos podem ser colocados em oscilações de alta frequência (Ultra-som) por meio de tensões definidas e são, portanto, geradores ultrassônicos perfeitos. A velocidade ultrassônica de piezos é frequentemente usada para procedimentos de corte, a remoção do tártaro no dentista ou para diagnósticopor imagem: Triagem de ultrassom.

A piezocerâmica está, portanto, predestinada à atomização de líquidos ou outras mídias não apenas por causa de sua alta confiabilidade. Uma distinção sistemática é feita entre três métodos comprovados para gerar atomização com base em elementos piezoceres.

Um aerossol (meio atomizado) pode ser gerado por cavitação, por exemplo,. Ondas ultrassônicas focadas fazem pequenas bolhas explodirem, assim, emitindo o aerossol na superfície do líquido. A estimulação de uma superfície circundante (por uma piezocerâmica) é outra opção para a atomização confiável da mídia.

De longe, o melhor método é o chamado atomizador de malha. Aqui aerossóis muito homogêneos são alcançados em baixa velocidade de emissão. Um disco perfurado perfurado (cercado por piezocerâmica) vibra ultrassonicamente na superfície líquida e milhares de buracos cortados a laser emitem gotículas uniformes em baixa velocidade.

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