Play Energy 2012: Piezo dopravný retardér (projekt)

IDEOVÝ PROJEKT MODELU PIEZO LEŽATÉHO

POLICAJTA.

Autor: Gábor Kovács

žiak II.G triedy

SPŠ-ISZKI,Petofiho2,Komárno

Konzultant :Ing.František Varga

učiteľ elektro predmetov

PRINCÍP PROJEKTU:

bumps to generate electricity. The “Motion

Power Energy Harvester

PIEZO SNÍMAČ :

PROCES GENEROVANIA EL.NÁBOJA.

POKUSY RIEŠENÍ ZDROJA ENERGIE V LEŽATOM

POLICAJTE VO SVETE.

http://conta.cc/safe-subscribe

http://conta.cc/safe-subscribe

PRINCÍP ČINNOSTI PIEZO GENERÁTORA:

SIMULOVANIE PIEZO GENERÁTORA VIRTUÁLNOU

ELEKTRONIKOU –TINA.

TEÓRIA PIEZO SNÍMAČOV.

Princip piezoelektriny

Princip piezoelektrického javu spočíva v mikroštrukture materiálu. Pre Vysvetlenie budeme uvažovať jeden kryštal. Tento kryštal je zložený z iontov, ktoré sú viazané na určitých miestach v pravidelne usporiadanom a opakujúcom sa vzoru, tvoriacu tak kryštalovu mriežku. Najmenšia periodicky sa opakujúca časť mriežky se nazýva elementárna buňka. Vlastnosti symetrie tejto buňky rozhodujú, či môže mať kryštál piezoelektrické vlastnosti alebo nie.

Nutnou podmienkou je absencia stredu symetrie . Ionty v buňkách, ktoré nemajú stred symetrie sa vplyvom mechanického namáhania presúvajú a vytvárajú , tak elektrický dipól. Ionty v buňkách sa stredom symetrie taký dipól nemože vytvoriť.

Hlavné oblasti využitia piezoelektriny

Piezoelektrický jav má veľmi široké uplatnenie a tak stručne uvediem niektoré hlavné oblasti využitia:

Motory a aktuátory – tlačiarne, transformátory a motory v miniaturnej mierke, bimorfy a mnohovrstvé aktuátory pre presné polohovanie.

Senzory – najčastejšie jde o senzory zrychlenia, tlaku a sily, toku.

Zapalovače – v podstatě se jedná o piezoelektrické generátory vysokého napätia. Môžeme ich nájsť v zapalovačoch, plynových kotloch, spalovacích motoroch.

Tlmiče – kompozitné materiály využité ako aktivné tlmiče vibracií alebo hluku.

Zvuková a ultrazvukové zariadenia– mikrofony a hydrofony, reproduktory a bzučiaky, sonary, detekcia priblíženia, rozprašovače-atomizéry.


Piezoelektrický snímač: a) Kryštál kremene,

b) Výbrus snímače

c) Piezoelektrický jav

PIEZO BUNKA :

Obr. 1 a) Bunka bez stredu symetrie

vytvára elektrický dipól.

b) Bunka so stredom symetrie. [2]

DRUHY VIBRÁCIÍ:

UNIMORF POUŽITÝ AKO PIEZOELEKTRICKÝ

MENIČ:

BIMORFNÝ PIEZO VYSIELAČ.

PIEZO SNÍMAČE:

KONŠTRUKCIA PIEZO SNÍMAČA.

PRINCÍP PIEZO JAVU.


• Pri pôsobení neelektrickej veličiny sa piezoelektrický senzor

správa ako generátor náboja,ktorého náhradná elektrická schéma je na obrázku 1.

• Praktická náhradná schéma zapojenia s piezoelektrickým senzorom je na obrázku 2. Kapacita C0 je daná geometrickou kapacitou mezi polepmi výbrusu, odpor R0 je zvodový odpor výbrusu. Ak nebude uvažována vlastná sériova rezonancia, bude pri polarizacii výbrusu náhradna schéma obsahovať iba C0 a R0. Frekvencia deformačnej meranej veličiny (sily) musí býť nižšia než je vlastná frekvencia výbrusu. Piezoelektrické snímače sa používajú do frekvencie 105 Hz.


Obr. 1 Náhradná elektrická schéma piezoelektrického signálu


• Praktická náhradna schéma zapojenia s piezoelektrickým senzorom je na obrázku 2. Kapacita C0 je daná geometrickou kapacitou medzi polepmi výbrusu, odpor R0 je zvodový odpor výbrusu. Ak nebudeme uvažovať vlastnu sériovu rezonanciu, bude pri polarizacii výbrusu náhradná schéma obsahovať iba C0 a R0. Frekvencia deformačne meranej veličiny (sily) musí býť nižšia než je vlastná frekvencia výbrusu. Piezoelektrické snímače se používají do frekvencie 105 Hz.


Obr 2 Praktická náhradná elektrická schéma piezoelektrického signálu


• V meracej technike se používa pre výrobu

piezoelektrických senzorov kremík (kysličník

kremičitý SiO2) a niektoré feroelektrika, napr.

titaničitan barnatý (BaTiO3) a zirkoničitan

olovnatý (PbZrO3). Základnou vlastnosťou

niektorých používaných materiálov ukazuje

tabuľka 1.


Názov seignettova sol kremeň titaničitan barnatý

chemický vzorec Na Kc4H4O6 . 4H2O SiO2 BaTiO3

kp [Cn-1] 300 2,1 120

ku [VN-1] 18 5 1

max. teplota [oC] 45 550 110

Er [-] 350 4,5 1200 - 1700

mechanická pevnost [MPa] 1,5 . 104 1.105 8.104

mezde relativnej vlhkosti [%] 30 - 85 0 - 100 0 - 100

[kg.dm-3] 1,77 2,6 5,5

Tab. 1: Základné vlastnosti niektorých piezoelektrických materiálov


• V meracích zapojeniach s piezoelektrickými snímačmi sa ako vyhodnocovací obvod používa zosilňovača s tranzistormi riadenými polom a nábojových zosilňovačov.U niektorých snímačov je unipolárny tranzistor ako impedančný oddeľovač umiestnený priamo v púzdre snímača. Jednosmerné napájacie napätie sa privádza priamo meracím káblom.

• Výhodou piezoelektrických senzorov sú malé rozmery, jednoduchosť, majú lineárnu prevodovú charakteristiku. Používajú sa hlavne k meraniam tlaku, tlakovéj sily, zrychlenia, výchylky a mechanického napätia.

UKÁŽKY PIEZO SNÍMAČOV.

VNÚTORNÁ SCHÉMA ZAPOJENIA PIEZO

BZUČIAKU (GENERÁTORU)

ELEKTRICKÉ ZAPOJENIA PIEZO SNÍMAČOV.

IDEOVÝ PROJEKT PIEZO LEŽATÉHO POLICAJTA

ELEKTRICKÉ ZAPOJENIE INDIKÁTORU NAP.

AKUMULÁTORA PIEZO LEŽATÉHO POLICAJTA -

EAGLE.

NÁVRH DPS KU INDIKÁTORU NAP.

AKUMULÁTORA PIEZO POLICAJTA - EAGLE.

NÁVRH DPS INDIKÁTORA NAP. AKUMULÁTORA

PIEZO POLICAJTA V PDF.

MODELOVANIE INDIKÁTORU NAP.

AKUMULÁTORA PIEZO POLICAJTA:

SÚPIS PRVKOV EL.ZAPOJENIA INDIKÁTORU NAP.

AKUMULÁTORA PIEZO LEŽATÉHO POLICAJTA.

MERANIE PIEZO LEŽATÉHO POLICAJTA :

Merania sa uskutočnili na všetkých

nakúpených piezo vysielačoch a striedavé

napätie má frekvenciu v rozmedzí 0-500 Hz

a amplitúdu od 0.5 – 1,8 V AC. Prúd generovaný

rozkmitom sa pohybuje v rozmedzí niekoľko

100pA až niekoľko uA. Pri rozkmite piezo

vysielačov vznikajú periodické rýchlo sa

utlmujúce rozkmity.

FOTOZÁBERY Z REALIZÁCIE PROJEKTU.





POPIS REALIZÁCIE PROJEKTU.














VYHODNOTENIE PROJEKTU.

Zámerom projektu bolo zostrojenie funkčného

modelu piezo ležatého policajta pomocou

sponzoringu od fy. :

Poskytovateľ daru: BestGuest, s.r.o.

so sídlom: Trieda SNP 62, 974 01

Banská Bystrica

IČO: 46386246

zastúpený: Juraj Kováč

VYHODNOTENIE PROJEKTU.

Počas realizácie sme zužitkovali všetky

dostupné informácie o problematike aplikácie

piezo snímačov pri tvorbe el. energie. Činnosť

sa dá zhodnotiť ako bastlenie, modelovanie,

počítanie, overovanie pomocou virtuálnej

elektroniky a vyhotovenie funkčného modelu.

ZÁVER.

Pre praktickú realizáciu prototypu bude potrebné

prekonštruovať nosnú plochu ležatého policajta

a tiež aplikovať podstatne výkonnejšie piezo

snímače . Samozrejme z hľadiska prototypu bude

potrebné vychádzať z jestvujúcej ponuky konštrukcií

ležatých policajtov v SR. Vytvorenie prídavného

akumulátorového zdroja u piezo policajta otvára cestu na

rozšírenie zariadenia o prídavný autonómny

zdroj el. energie - napätia pre doplnkový výstražný

svetelný zdroj.

Education

Play Energy 2012: Piezo dopravný retardér (projekt)