Spis treści:
Piezoelektryk jest materiałem, który dzięki swoim właściwościom może wytwarzać ładunki elektryczne bezpośrednio na swojej powierzchni.
Piezo - co to jest?
Piezo jest pierwszym członem grupy wyrazów złożonych, których znaczenie wskazuje na bezpośredni związek z działaniem siły zewnętrznej, a dokładniej ściskaniem i rozciąganiem. Dawniej pieza była jednostką miary ciśnienia. Piezoelektryki to specyficzna grupa materiałów, które za sprawą oddziaływania na nie sił zewnętrznych, wytwarzają ładunki elektryczne na swojej powierzchni. Przyczyny generowania ładunków elektrycznych mogą być dwie, mianowicie ściskanie lub rozciąganie. Dodatkowo w trakcie wytwarzania impulsów, materiały piezoelektryczne ulegają odkształceniu. Piezoelektryki wyróżniają się działaniem odwracalnym (dwukierunkowym). Podanie napięcia do materiału piezoelektrycznego powoduje niewielkie odkształcenie.
Piezoelektryki - zastosowanie
Materiały i elementy charakteryzujące się właściwościami piezoelektrycznymi znajdują zastosowanie w produkcji różnego rodzaju czujników, buzzerów i elementów wykonawczych. Choć efekt piezoelektryczny występuje w stosunkowo dużej liczbie materiałów, tylko nieliczne z nich są powszechnie wykorzystywane. Początkowo badania dotyczące piezoelektryków skupiały się głównie na kryształach. Jednak w obecnych czasach wykorzystuje się głównie polikrystaliczne materiały, a także wybrane folie sztuczne.
Do najpopularniejszych materiałów należą spieki ceramiczne powstające w wyniku działania wysokiej temperatury. Specjalnie przygotowany proszek zawiera różnego rodzaju związki chemiczne, które wyróżniają się właściwościami piezoelektrycznymi. W materiałach tego typu to właśnie różne rodzaje ceramiki są elementami aktywnymi.
Piezoelektryki - dodatkowe informacje
Materiały i elementy wykazujące efekt piezoelektryczny są dielektrykami, czyli izolatorami. Ich właściwości sprawiają, że nie przewodzą energii elektrycznej. W momencie siły zewnętrznej na płaszczyznach znajdujących się po przeciwległych stronach zaczynają generować się dodatnie i ujemne ładunki elektryczne. Tak jak wspomniano na początku, płaszczyzny te charakteryzują się właściwościami dielektrycznymi. Zatem chcąc wykorzystać powstałe ładunki elektryczne znajdujące się na płaszczyznach lub elementach piezoelektrycznych, należy je pokryć materiałem, który przewodzi prąd.
Aby uzyskać odwrotny efekt piezoelektryczny, najlepiej wykorzystać dwie okładziny wykonane z metalu. Materiał piezoelektryczny trzeba umieścić między wspomnianymi okładzinami i podać napięcie (między okładki). Po podaniu napięcia materiał piezoelektryczny odkształca się. Z kolei podając napięcie o odwrotnej polaryzacji, piezoelektryk również się odkształca, ale w przeciwną stronę. W pewnym sensie materiały piezoelektryczne działają podobnie do popularnych kondensatorów, jednak w przeciwieństwie do nich nie mają właściwości umożliwiających magazynowanie energii. Materiały piezoelektryczne są przetwornikami mechaniczno-elektrycznymi, które wyróżniają się dwukierunkowymi (odwracalnymi) właściwościami.
Co jeszcze warto wiedzieć o piezoelektrykach?
Praktycznie każdy materiał piezoelektryczny ma właściwości rezonansowe. Poziom częstotliwości (rezonansowej) mechanicznej jest skorelowany z wielkością powierzchni dielektrycznej. Opisywane elementy najlepiej pracują w tak zwanych przebiegach zmiennych, których częstotliwość jest jak najbardziej zbliżona do mechanicznej częstotliwości rezonowania.
Warto zaznaczyć, że elementy i powierzchnie charakteryzujące się właściwościami piezoelektrycznymi pracują w częstotliwości ultradźwiękowej (czyli powyżej 20 kHz).
Elementy piezoelektryczne jako podzespoły wykonawcze - najważniejsze informacje
Największą popularnością wśród elektroników hobbystów cieszą się buzzery, czyli membrany piezo. Elementy tego typu pełnią funkcję brzęczyków. Do prawidłowego działania buzzery wymagają zasilania zmiennym sygnałem. Kolejne elementy wykonawcze to wystawiacze piezoelektryczne, które wyróżniają się wysoką wydajnością i prędkością pracy.
W przeciwieństwie do standardowych wtryskiwaczy nie są wyposażone w elektromagnes, tylko krystaliczny element o właściwościach piezoelektrycznych. Następne podzespoły wykonawcze to mikropompy, które można znaleźć w wybranych drukarkach atramentowych. Pozostałe elementy wykonawcze, które charakteryzują się właściwościami piezoelektrycznymi to mikrosiłowniki o niewielkim skoku i mikrozawory.
Piezoelektryki - cena
Cena elementów piezoelektrycznych jest uzależniona od ich wielkości. Na rynku można znaleźć membrany piezoelektryczne wykonane m.in. z mosiądzu o średnicy 27 mm. Cena kompletu składającego się z 10 membran nie przekracza 10 złotych. Parametry membran piezoelektrycznych (dostępnych w ofercie Botland) o średnicy zewnętrznej 27 mm i wewnętrznej 19 mm oraz grubości 0,27 mm prezentują się następująco: pojemność 45 nF, częstotliwość 2,5 kHz i impedancja 250 Ω.
