Definición: El transductor piezoeléctrico es un transductor electroacústico usar para conversión de presión o tensión mecánica en una alternancia fuerza electrica Se utiliza para medir la cantidad física como fuerza, presión, estrés, etc., que no es posible medir directamente.
El transductor piezoeléctrico convierte la cantidad física en un voltaje eléctrico que se mide fácilmente con un medidor analógico y digital.
El transductor piezoeléctrico utiliza el material piezoeléctrico que tiene una propiedad especial, es decir, el material induce voltaje cuando se le aplica presión o tensión. El material que presenta tal propiedad se conoce como elemento electrorresistivo.
La palabra piezoeléctrico significa la electricidad producida por la presión. El cuarzo es el ejemplo de los cristales piezoeléctricos naturales, mientras que las sales de Rochelle, la deshidratación de amonio, el fosfato, el sulfato de litio, el tartrato dipotásico son los ejemplos de los cristales hechos por el hombre. El material cerámico también se utiliza para transductores piezoeléctricos.
El material cerámico no tiene la propiedad piezoeléctrica. La propiedad se desarrolla sobre ella mediante un tratamiento especial de polarización. El material cerámico tiene varias ventajas. Está disponible en diferentes formas y tamaños. El material tiene la capacidad de trabajar a bajas tensiones, y también puede operar a la temperatura de más de 3000ºC
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Efecto piezoeléctrico
La EMF se desarrolla debido al desplazamiento de las cargas. El efecto es modificable, es decir, si el potencial variable se aplica a un transductor piezoeléctrico, cambiará la dimensión del material o lo deformará. Este efecto se conoce como efecto piezoeléctrico.
La presión se aplica a los cristales con la ayuda de los dispositivos sumadores de fuerza, por ejemplo, la tensión se aplica a través de manómetros mecánicos y sensores de presión, etc. La deformación induce el EMF que determina el valor de la presión aplicada.
Teoría del transductor piezoeléctrico
Un cristal piezoeléctrico se muestra en la siguiente figura.
La polaridad de la carga depende de la dirección de las fuerzas aplicadas.
Donde, d – sensibilidad de carga de los cristales
F – fuerza aplicada en Newton
La fuerza cambia el espesor de los cristales.
Donde A – área de cristales en metros cuadrados
t – el espesor de los cristales en metros
E – Módulo de Young N/m2
El módulo de joven es,
donde ω – ancho de los cristales en metros
l – la longitud de los cristales en metros
Al sustituir el valor de la fuerza en la ecuación de carga, obtenemos
El voltaje de salida se obtiene debido a las cargas de los electrodos.
g es la sensibilidad al voltaje de los cristales.
Donde E0 – intensidad del campo eléctrico, V/m
La sensibilidad al voltaje de los cristales se expresa por la relación entre la intensidad del campo eléctrico y la presión.
Cuando la deformación mecánica ocurre en los cristales, genera cargas. Y esta carga desarrolla los voltajes a través de los electrodos.
El cristal piezoeléctrico es sensible a la dirección. La polaridad del voltaje depende de la dirección de la fuerza, ya sea de tracción o de compresión. La magnitud y la polaridad de las cargas dependen de la magnitud y la dirección de la fuerza aplicada.
Modos de funcionamiento del cristal piezoeléctrico
Los cristales piezoeléctricos se utilizan en muchos modos, como corte de espesor, corte de cara, expansión de espesor, expansión transversal, etc. La figura del corte de miedo se muestra en la figura a continuación.
Propiedades del Piezoeléctrico-Cristal
Las siguientes son las propiedades de los Cristales Piezoeléctricos.
- El material piezoeléctrico tiene alta estabilidad.
- Está disponible en varias formas y tamaños.
- El material piezoeléctrico tiene una salida insensible a la temperatura y la humedad.
Usos del cristal piezoeléctrico
Los siguientes son los usos de los transductores piezoeléctricos.
- El material piezoeléctrico tiene una gran estabilidad y, por lo tanto, se utiliza para estabilizar el oscilador electrónico.
- Los generadores ultrasónicos utilizan el material piezoeléctrico. Este generador se utiliza en SONAR para detección subacuática y en aparatos industriales para limpieza.
- Se utiliza en micrófonos y altavoces para convertir la señal eléctrica en sonido.
- El material piezoeléctrico se utiliza en encendedor eléctrico.
El transductor tiene una salida baja y, por lo tanto, se le asocia un circuito externo.