Piezo Electric Sensor (Transducer) in Hindi - Techtool Hindi

Piezo  Electric  Sensor in Hindi

INTRODUCTION

Piezo इलेक्ट्रिक सामग्री के कार्यात्मक गुणों की शुरुआत 1800 के दशक में पियरे और जैक्स द्वारा की गई थी। एक पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करता है, जो दबाव, त्वरण, तापमान, तनाव या बल में परिवर्तन को मापने के लिए उन्हें विद्युत आवेश में परिवर्तित करता है। उपसर्ग पीजो- 'प्रेस' या 'निचोड़' के लिए ग्रीक है।

क्यूरी। खोज उन प्रयोगों से हुई, जो इन क्रिस्टल को यांत्रिक तनाव के अधीन करने के बाद क्रिस्टल की एक परत (जैसे, टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुखराज और बेंत की चीनी) पर विद्युत आवेश को मापते हैं और इसने पीजोइलेक्ट्रिसिटी की अवधारणा का मार्ग प्रशस्त किया - दबाव से जो विधुत उत्पन्न होता है जो क्रिस्टल मे संचय होता है।

PRINCIPLE OF OPERATION

पीजोइलेक्ट्रिक का कार्य मुख्य तीन भागो मे बाटा गया है: 

1. Transverse
2. Longitudinal
3. Shear.
   

• Transverse effect

एक तटस्थ अक्ष (y) के साथ लागू बल (x) दिशा के साथ आवेशों को विस्थापित करता है, बल की रेखा के लंबवत। आवेश की मात्रा (cx {\ displaystyle C_ {x}}) संबंधित पीजोइलेक्ट्रिक तत्व के ज्यामितीय आयामों पर निर्भर करती है। जब आयाम {\ displaystyle a, b, c} लागू होते हैं, जहां तटस्थ अक्ष के अनुरूप आयाम होता है, चार्ज जनरेटिंग अक्ष के अनुरूप होता है और यह संबंधित पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक होता है।

• Longitudinal effect

विस्थापित चार्ज की मात्रा लागू बल और पीजोइलेक्ट्रिक तत्व के आकार और आकार से स्वतंत्र रूप से समानुपातिक है। कई तत्वों को श्रृंखला में और विद्युत रूप से समानांतर में रखना चार्ज आउटपुट को बढ़ाने का एकमात्र तरीका है।

परिणामी चार्ज वह जगह है जहां एक्स-दिशा (पीसी / एन में) के साथ लागू बलों द्वारा जारी एक्स-दिशा में चार्ज के लिए पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक है। एक्स-दिशा [एन] में लागू बल है और स्टैक्ड तत्वों की संख्या से मेल खाती है।

• Shear effect

उत्पादित शुल्क लागू बलों के लिए सख्ती से आनुपातिक हैं और तत्व आकार और आकार से स्वतंत्र हैं। {\ Displaystyle n} तत्वों के लिए यंत्रवत् श्रृंखला में और विद्युत रूप से समानांतर चार्ज में है,

{[डिस्प्लेस्टाइल C_ {x} = 2d_ {xx} F_ {x} n} अनुदैर्ध्य और कतरनी प्रभावों के विपरीत, अनुप्रस्थ प्रभाव लागू बल और तत्व आयाम पर संवेदनशीलता को ठीक करने के लिए संभव बनाता है।

ELECTRICAL PROPERTIES

• एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर में बहुत अधिक डीसी आउटपुट प्रतिबाधा होती है और इसे आनुपातिक वोल्टेज स्रोत और फिल्टर नेटवर्क के रूप में मॉडलिंग की जा सकती है। स्रोत पर वोल्टेज वी सीधे लागू बल, दबाव, या तनाव के लिए आनुपातिक है। आउटपुट सिग्नल तब इस यांत्रिक बल से संबंधित होता है जैसे कि वह बराबर सर्किट से गुजरा हो।

• एक विस्तृत मॉडल में सेंसर के यांत्रिक निर्माण और अन्य गैर-आदर्शवादी के प्रभाव शामिल हैं। इंडक्शन एलएम भूकंपीय द्रव्यमान और सेंसर की जड़ता के कारण ही है। सीई सेंसर के यांत्रिक लोच के विपरीत आनुपातिक है। C0 ट्रांसड्यूसर के स्थिर समाई का प्रतिनिधित्व करता है, जिसके परिणामस्वरूप अनंत आकार का एक जड़ द्रव्यमान होता है। री ट्रांसड्यूसर तत्व का इन्सुलेशन रिसाव प्रतिरोध है। यदि सेंसर लोड प्रतिरोध से जुड़ा है, तो यह इन्सुलेशन प्रतिरोध के साथ समानांतर में भी काम करता है, दोनों उच्च-पास कटऑफ आवृत्ति बढ़ाते हैं।

• एक सेंसर के रूप में उपयोग करने के लिए, फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स प्लॉट का फ्लैट क्षेत्र आमतौर पर उच्च-पास कटऑफ़ और गुंजयमान शिखर के बीच उपयोग किया जाता है। लोड और लीकेज प्रतिरोध इतना बड़ा होना चाहिए कि ब्याज की कम आवृत्तियों को खोना न पड़े। इस क्षेत्र में एक सरलीकृत समतुल्य सर्किट मॉडल का उपयोग किया जा सकता है, जिसमें Cs, समतल सतह के समाई का प्रतिनिधित्व करता है, जो समानांतर प्लेटों की धारिता के लिए मानक सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसे स्रोत कैपेसिटेंस के समानांतर चार्ज चार्ज स्रोत के रूप में भी मॉडल किया जा सकता है, चार्ज के साथ सीधे लागू बल के लिए आनुपातिक, ऊपर के रूप में।

SENSING MATERIALS

पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के लिए धातुओं के दो मुख्य समूहों का उपयोग किया जाता है: पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक और एकल क्रिस्टल सामग्री। सिरेमिक सामग्री (जैसे PZT सिरेमिक) में पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक / संवेदनशीलता होती है जो प्राकृतिक एकल क्रिस्टल सामग्री की तुलना में लगभग दो गुना अधिक होती है और सस्ती साइनिंग प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित की जा सकती है। पाईज़ोएकरिक्स में पाइजो प्रभाव "प्रशिक्षित" है, इसलिए समय के साथ उनकी उच्च संवेदनशीलता कम हो जाती है। यह गिरावट बढ़े हुए तापमान के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध है।

कम-संवेदनशील, प्राकृतिक, एकल-क्रिस्टल सामग्री (गैलियम फॉस्फेट, क्वार्ट्ज, टूमलाइन) एक उच्च है - जब ध्यान से संभाला जाता है, लगभग असीमित - दीर्घकालिक स्थिरता। व्यावसायिक रूप से नए एकल-क्रिस्टल सामग्री भी उपलब्ध हैं जैसे कि लीड मैग्नीशियम Niobate-Lead Titanate (PMN-PT)। ये सामग्री PZT पर बेहतर संवेदनशीलता प्रदान करते हैं, लेकिन इनका अधिकतम संचालन तापमान कम होता है और वर्तमान में निर्माण के लिए अधिक महंगे हैं।

APPLICATION

• पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर विभिन्न प्रक्रियाओं की माप के लिए बहुमुखी उपकरण हैं। उनका उपयोग गुणवत्ता आश्वासन, प्रक्रिया नियंत्रण और कई उद्योगों में अनुसंधान और विकास के लिए किया जाता है। पियरे क्यूरी ने 1880 में पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की, लेकिन केवल 1950 के दशक में निर्माताओं ने औद्योगिक संवेदन अनुप्रयोगों में पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करना शुरू कर दिया। तब से, यह माप सिद्धांत तेजी से उपयोग किया गया है, और उत्कृष्ट अंतर्निहित विश्वसनीयता के साथ एक परिपक्व तकनीक बन गया है।

• उनका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में सफलतापूर्वक किया गया है, जैसे कि चिकित्सा, एयरोस्पेस, परमाणु इंस्ट्रूमेंटेशन, और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में झुकाव संवेदक या मोबाइल फोन के टच पैड में एक प्रेशर सेंसर के रूप में। ऑटोमोटिव उद्योग में, आंतरिक दहन इंजन विकसित करते समय दहन की निगरानी के लिए पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों का उपयोग किया जाता है। सेंसर या तो सीधे सिलेंडर हेड में अतिरिक्त छेद में लगाए जाते हैं या स्पार्क / चमक प्लग एक अंतर्निहित लघु पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर से लैस होता है।

• पीजोइलेक्ट्रिक प्रौद्योगिकी का उदय सीधे निहित लाभों के एक सेट से संबंधित है। कई पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की लोच का उच्च मापांक कई धातुओं की तुलना में होता है और 106 एन / एम / तक जाता है। भले ही पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर विद्युत प्रणाली हैं जो संपीड़न पर प्रतिक्रिया करते हैं, संवेदन तत्व लगभग शून्य विक्षेपण दिखाते हैं। यह पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर बीहड़पन, एक अत्यंत उच्च आवृत्ति और एक व्यापक आयाम सीमा पर एक उत्कृष्ट रैखिकता देता है। इसके अतिरिक्त, पीजोइलेक्ट्रिक प्रौद्योगिकी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और विकिरण के लिए असंवेदनशील है, जो कठोर परिस्थितियों में माप को सक्षम करता है। उपयोग की जाने वाली कुछ सामग्री (विशेष रूप से गैलियम फॉस्फेट या टूमलाइन) उच्च तापमान पर अत्यंत स्थिर होती है, जिससे सेंसरों को 1000 डिग्री सेल्सियस तक काम करने की सीमा मिलती है।

• पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अलावा टूमलाइन पायरोइलेक्ट्रिकिटी को दर्शाता है; यह क्रिस्टल के तापमान में परिवर्तन होने पर विद्युत संकेत उत्पन्न करने की क्षमता है। यह प्रभाव पीज़ोकेरमिक सामग्रियों के लिए भी आम है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसोरिक्स (2002) में गौत्सकी, पीजो सेंसर सामग्री बनाम अन्य प्रकार की विशेषताओं की यह तुलना तालिका प्रस्तुत करता है।

• पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर का एक नुकसान यह है कि उनका उपयोग वास्तव में स्थिर माप के लिए नहीं किया जा सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री पर स्थिर मात्रा में स्थिर बल होता है। पारंपरिक रीडआउट इलेक्ट्रॉनिक्स में, अपूर्ण इंसुलेटिंग सामग्री और आंतरिक सेंसर प्रतिरोध में कमी से इलेक्ट्रॉनों का लगातार नुकसान होता है और एक कम होता संकेत मिलता है। ऊंचा तापमान आंतरिक प्रतिरोध और संवेदनशीलता में एक अतिरिक्त गिरावट का कारण बनता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर मुख्य प्रभाव यह है कि बढ़ते दबाव भार और तापमान के साथ जुड़वा गठन के कारण संवेदनशीलता कम हो जाती है। जबकि क्वार्ट्ज सेंसर को 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर माप के दौरान ठंडा किया जाना चाहिए, विशेष प्रकार के क्रिस्टल जैसे कि गैप 4 गैलियम फॉस्फेट सामग्री के पिघलने बिंदु तक कोई जुड़वां गठन नहीं दिखाते हैं।

• हालांकि, यह सच नहीं है कि पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर का उपयोग केवल बहुत तेज़ प्रक्रियाओं के लिए या परिवेशीय स्थितियों में किया जा सकता है। वास्तव में, कई पीजोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोग अर्ध-स्थैतिक माप का उत्पादन करते हैं, और अन्य अनुप्रयोग 500 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान में काम करते हैं।

• पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर का उपयोग एक साथ प्रतिध्वनि और समाई को मापकर हवा में सुगंध निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है। कंप्यूटर नियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक्स पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर के लिए संभावित अनुप्रयोगों की सीमा को बढ़ाते हैं।

• पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर भी प्रकृति में देखे जाते हैं। हड्डी में कोलेजन पीजोइलेक्ट्रिक है, और कुछ लोगों द्वारा जैविक बल संवेदक के रूप में कार्य करने के लिए सोचा जाता है।

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