Piesoandur

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Piesoandur ehk piesosensor on seade, mis kasutab piesoelektrilist efekti, et mõõta rõhu, kiirenduse, temperatuuri, deformatsiooni või jõu muutusi sel teel, et muundab need elektrilaenguks. Eesliide pieso tuleb kreekakeelsest sõnast piezein[1], mis tähendab suruma või pigistama.[2]

Piesotajuritena kasutatakse mitmesuguseid piesoelektrilisi materjale, millest tuntumad on kvarts, samuti piesokeraamilised tehismaterjalid pliitsirkonaattitanaat (PZT) ja baariumtitanaat. Kristalliliste (anisotroopsete) materjalide korral on juhtivusomadused materjali eri suundades erisugused ning seepärast avaldub ka piesoefekt eri suunas erinevalt.

Kasutusvaldkonnad[muuda | muuda lähteteksti]

Piesoelektrilised andurid on mitmekülgsed tööriistad. Neid kasutatakse mõõtmiste tegemiseks paljudes tööstusharudes. Pierre avastas piesoelektrilise efekti aastal 1880, kuid alles 1950. aastail hakati tootma sellel põhinevaid tööstuses kasutatavaid sensoreid. Ajapikku on hakatud järjest enam sellel mõõtmismeetodil põhinevaid andureid kasutusele võtma.[2]

Piesoelektrilisel efektil põhinevad materjalid pole tundlikud radiatsioonile ja elektromagnetväljale, mis võimaldab mõõtmisi teha väga rasketes oludes. Mõned andurimaterjalid on stabiilsed väga kõrgetel temperatuuridel, kuni 1000 °C.[2]

Piesoelektrilisi materjale saab kasutada elektromehaaniliste muundurite, nagu piesoelektriliste resonaatorite, mikrofonide, valjuhääldiite ja mitmesuguse otstarbega andurite valmistamiseks.[3]

Piesoelektrilisi sensoreid saab kasutada isegi lõhnade tuvastamiseks ning arvuti poolt juhitud elektroonika suurendab selliste sensorite kasutusvaldkondi märkimisväärselt.[4]

Piesoelektrilise sensori põhimõte leiab rakendust ka looduses. Luudes asetsev kollageen on piesoelektriline materjal ja arvatakse olevat bioloogiline jõusensor.[5]

Tööpõhimõte[muuda | muuda lähteteksti]

Kui piesoelektrilisest materjalist lõigatud plaati mehaaniliselt koormata, siis see polariseerub ning selle pinnal tekivad rakendatud jõuga võrdelised elektrilaengud ja vastaspindade vahel elektripinge. Koormuse eemaldamisel polarisatsioon ja laengud kaovad. Seda nähtust nimetatakse piesoelektriliseks päriefektiks. Kui selline plaat asetada elektrivälja, tekib temas mehaaniline pinge või muutuvad geomeetrilised mõõtmed. Seda nimetatakse piesoelektriliseks pöördefektiks.

Kuna piesoandurid põhinevad dielektrilistel materjalidel, siis on nende sisetakistus suur, millele vastavalt peab ka mõõteahela sisendtakistus olema väga suur, et tagada piisav mõõtetäpsus. Piesoandurite minimaalne talitlussagedus võib olla üsna madal, 1...0,5 Hz. Staatiliste jõudude mõõtmiseks kasutatakse nn piesotrafosid.[6]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. "Explain piezoelectricity".
  2. 2,0 2,1 2,2 Tõlgitud Wikipedia ingliskeelselt lehelt.. "Wiki inglise keelne leht".
  3. Tõnu Lehtla (1996). Andurid. Tallinn. Lk 29. 
  4. Wali, R Paul. ""An electronic nose to differentiate aromatic flowers using a real-time information-rich piezoelectric resonance measurement".". Procedia Chemistry: 194–202., October 2012.
  5. Lakes, Roderic. ""Electrical Properties of Bone - a review"". July 8, 2013.
  6. Eduard Brindfeldt, Virgo Rottenberg, Urmo Lepiksoo. "Mehhatroonika komponendid".