- Što je Piezoelektrični efekt?
- Piezoelektrični materijali
- Komponente potrebne
- Dijagram strujnog kruga za proizvodnju električne energije
Od posljednjih nekoliko godina potražnja elektroničkih prijenosnih uređaja male snage brzo se povećava. A postoje vrlo ograničene mogućnosti za napajanje ovih malih prijenosnih elektroničkih uređaja poput alkalnih baterija ili solarne energije itd. Dakle, ovdje koristimo drugačiju metodu za generiranje male količine energije koja koristi piezoelektrični senzor. Ovdje ćemo izgraditi krug za proizvodnju električne energije Footstep za proizvodnju električne energije. Slijedeći ovaj sklop piezoelektričnog pretvarača možete saznati više o piezoelektričnom efektu.
Što je Piezoelektrični efekt?
Piezoelektrični učinak je sposobnost nekih piezoelektričnih materijala (poput kvarca, topaza, cinkovog oksida i sl.) Da stvaraju električni naboj kao povratnu informaciju o mehaničkom naprezanju. Riječ "piezoelektrična" izvedena je od grčke riječi "piezein" što znači potiskivanje, stiskanje i pritiskanje.
Također, piezoelektrični efekt je reverzibilan, što znači da kada primijenimo mehaničko naprezanje na piezoelektrični materijal, na izlazu primamo određeni električni naboj. I, kada na piezoelektrični materijal primijenimo električnu energiju, on komprimira ili rasteže piezoelektrični materijal.
Piezoelektrični efekt koristi se u raznim primjenama koje uključuju
- Proizvodnja i detekcija zvuka
- Proizvodnja visokog napona
- Elektroničko generiranje frekvencija
- Mikrobalansi
- Izuzetno fino fokusiranje optičkih sklopova
- Svakodnevne aplikacije poput upaljača za cigarete
Rezonator također koristi Piezoelektrični efekt.
Piezoelektrični materijali
Sada je dostupan niz piezoelektričnih materijala, čak i prirodnih i umjetnih. Prirodni piezoelektrični materijali uključuju kvarc, šećer od trske, sol Rochelle, topaz turmalin itd. Umjetni piezoelektrični materijal uključuje barijev titanat i cirkonat titanat. U donjoj tablici u kategoriji prirodnih i sintetičkih materijala dati su neki materijali:
|
Prirodni piezoelektrični materijal |
Sintetički piezoelektrični materijal |
|
Kvarc (najčešće korišten) |
Olovni cirkonat titanat (PZT) |
|
Rochelle Salt |
Cinkov oksid (ZnO) |
|
Topaz |
Barijev titanat (BaTiO 3) |
|
TB-1 |
Piezoelektrična keramika Barijev titanat |
|
TBK-3 |
Kalcijev barij titanat |
|
Saharoza |
Galij ortofosohat (GaPO 4) |
|
Tetiva |
Kalijev niobat (KNbO 3) |
|
Svila |
Olovni titanat (PbTiO 3) |
|
Emajl |
Litij tantalit (LiTaO 3) |
|
Dentin |
Langasit (La 3 Ga 5 SiO 14) |
|
DNK |
Natrijev volfram (Na 2 WO 3) |
Komponente potrebne
- Piezoelektrični senzor
- LED (plava)
- Dioda (1N4007)
- Kondenzator (47uF)
- Otpornik (1k)
- Tipkalo
- Spajanje žica
- Breadboard
Dijagram strujnog kruga za proizvodnju električne energije
Piezoelektrični senzor se sastoji od piezoelektričnog materijala (kvarc-najviše koristi). Prije je pretvarao mehaničko naprezanje u električni naboj. Izlaz piezoelektričnog senzora je izmjenični. Za pretvorbu u istosmjerni potreban nam je puni mostov ispravljač. Izlazni napon senzora je manji od 30Vp-p, izlaz piezoelektričnog senzora možete napajati ili ga pohraniti u bateriju ili druge uređaje za pohranu. Impedancija piezoelektrični senzor manji od 500 oma. Raspon temperature rada i skladištenja je -20 ° C ~ + 60 ° C, odnosno -30 ° C ~ + 70 ° C.
Nakon uspostavljanja veza prema shemi sheme piezoelektričnog osjetnika, kada pružamo mehaničko naprezanje piezoelektričnom senzoru, on generira napon. Izlaz piezoelektričnog senzora je u AC obliku. Za njegovo pretvaranje iz izmjeničnog u istosmjerni koristimo puni ispravljač mosta. Izlaz ispravljača povezan je preko kondenzatora od 47uF. Napon koji generira piezoelektrični senzor pohranjuje se u kondenzatoru. A kad se pritisne tipka, sva pohranjena energija prenosi se na LED i LED se uključuje dok se kondenzator ne isprazni.
U ovom krugu LED svijetli djelić sekundi. Da biste povećali vrijeme uključivanja LED diode, možete povećati ocjenu kondenzatora, ali trebat će više vremena za punjenje. Čak možete i niz piezoelektričnih senzora povezati u seriju kako biste generirali više električne energije. Također, dioda služi za blokiranje struje koja teče od kondenzatora do piezoelektričnog senzora, a otpor je otpornik koji ograničava struju. LED se također može izravno povezati s piezoelektričnim senzorom, ali on će se ugasiti za trenutak jer neće biti kondenzatora koji drži struju.
Demonstracijski video za ovaj sustav za proizvodnju električne energije Foot Step dat je u nastavku.