Piesoandur

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Piesoandur ehk piesotajur on seade, mis kasutab piesoelektrilist efekti, et mõõta muutusi rõhus, kiirenduses, temperatuuris, deformatsioonis või jõus muundades need elektrilaenguks. Eesliide pieso tuleb kreeka keelsest sõnast piezein[1], mis tähendab suruma või pigistama.[2]

Piesotajuritena kasutatakse mitmesuguseid piesoelektrilisi materjale, millest tuntumad on kvarts, senjetisool ja baariumtitanaat. Neist viimane kuulub nn. piesokeraamiliste materjalide hulka. Kristalliliste (anisotroopsete) materjalide korral on juhtivusomadused materjali eri suundades erinevad ning seepärast avaldub ka piesoefekt eri suunas erinevalt. Piesoelektrilisi materjale saab kasutada mitmesuguste elektromehaaniliste muundurite nagu piesoelektriliste resonaatorite, mikrofonide, kõlarite ja andurite valmistamiseks.[3]

Kasutusvaldkonnad[muuda | muuda lähteteksti]

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

Piesoelektrilisel efektil põhinevate andurite areng on seotud nende põhimõtteliste tugevustega. Näiteks on sellised materjalid mittetundlikud radiatsioonile ja elektromagnetväljadele, mis võimaldab mõõtmisi teha väga rasketes oludes. Mõnedel kasutatavad materjalid on stabiilsed väga kõrgetel temperatuuridel, mis võimaldab sensorite töötemperatuuri kuni 1000 °C.[2]

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

Piesoelektrilisi sensoreid esineb ka looduses. Luudes asetsev kollageen on piesoelektriline materjal ja arvatakse olevat bioloogiline jõusensor. [5]

Tööpõhimõte[muuda | muuda lähteteksti]

Nende andurite töö põhineb piesoelektrilisel efektil, mis esineb mõnedes dielektrilistes materjalides. Kui sellisest materjalist lõigatud plaati mehaaniliselt koormata, siis see polariseerub ja tema pinnal tekivad rakendatud jõuga võrdelised elektrilaengud. Koormuse eemaldamisel polarisatsioon ja laengud kaovad. Seda nähtust nimetatakse otseseks piesoelektriliseks efektiks.

Kui selline plaat asetada elektrivälja, tekib temas mehaaniline pinge või muutuvad geomeetrilised mõõtmed. Seda nimetatakse kaudseks piesoelektriliseks efektiks.

Laialdaselt kasutatavate piesoelektrikute tüüpiliseks näiteks on moonutusteta kristallivõrega kvarts. Piesoelektrikutena kasutatakse ka kunstlikult polariseeritud baariumtitanaati, pliitsirkoonium-titanaati jne.

Piesoelektrilised andurid on generaatortüüpi. Elektrilised laengud tekivad välise jõu mõjul.

Jõudude mõõtmiseks kasutatava anduri tekitatud laengud ja pinge jäävad samaks ainult siis, kui mõõteahelal on lõpmata suur sisendtakistus, mis on praktiliselt võimatu. Piesoandurite minimaalsed talitlussagedused on tavaliselt 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".