Encendedor efecto piezoeléctrico
El efecto piezoeléctrico es el fenómeno de cargas disímiles que aparecen en la superficie de determinados medios cuando se deforman bajo la acción de una fuerza. Los experimentos han demostrado que la cantidad de esta carga unida es proporcional a la fuerza, y cuanto mayor es la cantidad, mayor es la diferencia de potencial (voltaje) correspondiente entre las dos superficies. Este efecto mágico se ha aplicado a muchos campos estrechamente relacionados con la producción, la vida, el ejército y la ciencia y la tecnología de las personas para lograr funciones como la conversión de fuerza en electricidad. Por ejemplo, el uso de cerámica piezoeléctrica para convertir la fuerza externa en energía eléctrica puede producir encendedores piezoeléctricos, interruptores de encendido de estufas de gas, fusibles de disparo de proyectiles de artillería, etc., que no utilizan pedernal. Además, las cerámicas piezoeléctricas también se pueden usar como materiales sensibles en dispositivos electroacústicos como altavoces y cabezales de grabación. También se pueden usar en sismómetros piezoeléctricos para monitorear vibraciones sutiles que los humanos no pueden percibir y medir con precisión la ubicación y la intensidad de las fuentes de terremotos. prediciendo así terremotos y reduciendo pérdidas. Los actuadores piezoeléctricos fabricados mediante el efecto piezoeléctrico tienen funciones de control precisas y son dispositivos importantes en los campos de la maquinaria de precisión, la microelectrónica y la bioingeniería. Se puede decir que dispositivos como la cerámica piezoeléctrica no sólo se utilizan ampliamente en el campo de la ciencia y la tecnología, sino que también son bastante "civiles". Para la mayoría de los "fumadores", tienen "contacto cero" con la cerámica piezoeléctrica todos los días. , pero hacen la vista gorda ante su existencia.
Un número considerable de encendedores de plástico desechables actualmente populares utilizan dispositivos cerámicos piezoeléctricos para encenderse. Saque el componente de encendido piezoeléctrico. ¿Qué instrumento se puede utilizar para medir el voltaje instantáneo generado por el componente cerámico de voltaje del encendedor piezoeléctrico? Al principio, intentamos utilizar el engranaje de alto voltaje de CC de un amperímetro multiusos de tipo puntero ordinario para medir, y descubrimos que cada vez que se presionaba la varilla de presión de plástico negro del elemento de encendido, el puntero solo podía vibrar ligeramente debido al voltaje conectado a los dos electrodos. La razón es que debido a que la duración del pulso de voltaje es muy corta y el puntero tiene una gran inercia, el puntero no puede reflejar sincrónicamente los cambios de voltaje y se desvía significativamente.
Cambiamos a un medidor eléctrico multiuso de tipo pantalla digital. Pensamos que sería capaz de leer altos voltajes instantáneos sin la influencia de la inercia del puntero. Sin embargo, no pudimos ver lo esperado. lecturas de alto voltaje en absoluto. Solo pudimos leer algunos datos variables de bajo voltaje. Analíticamente, esto se debe a la lenta velocidad de respuesta de la pantalla de cristal líquido y a la corta duración del pulso de voltaje de encendido, que no tiene tiempo para mostrar el voltaje instantáneo más alto y solo puede mostrar algunas lecturas de voltaje aleatorias durante la caída de voltaje (más lenta). escenario).
Finalmente, sacamos el “arma pesada” del laboratorio: el osciloscopio y lo intentamos de nuevo. Usamos el osciloscopio para estudiantes J2459 más común en el laboratorio, y los cables de conexión son dos cables comunes con pinzas terminales. En teoría, el osciloscopio utiliza el haz de electrones para desviar y golpear la pantalla fluorescente para mostrar el movimiento del punto de luz. El haz de electrones tiene una inercia extremadamente pequeña y debería poder "rastrear" los cambios en el pulso de alto voltaje de encendido. Los resultados experimentales son los esperados. Coloque el interruptor de selección de CA y CC del osciloscopio en el engranaje "CC" y el rango de escaneo en el engranaje "10-100 kHz". Utilice el desplazamiento X y el desplazamiento Y para mover la línea brillante horizontal al centro de las coordenadas de la cuadrícula y. colóquelo en el eje X. Para estimar la amplitud de voltaje máxima del efecto piezoeléctrico, primero debemos usar el sistema de coordenadas de la cuadrícula frente a la pantalla fluorescente para determinar la escala de voltaje: use dos cables conectados al terminal de entrada Y del osciloscopio para conectar 1,5 de un batería seca Se aplica voltaje V al osciloscopio, la atenuación se establece en 1 y la ganancia Y se establece en la más baja. Puede encontrar que la línea brillante horizontal simplemente saltó (o saltó) en aproximadamente dos divisiones, es decir, las dos divisiones representan el voltaje de 1,5 V en este momento. Cuando la ganancia Y permanece sin cambios y la atenuación Y se establece en 1000 (es decir, una milésima), las dos coordenadas de la cuadrícula frente a la pantalla fluorescente pueden representar 1500 V.
Conecte las pinzas de cocodrilo de los dos alimentadores en el terminal de entrada Y a los dos electrodos del componente piezoeléctrico del encendedor piezoeléctrico. Presione rápidamente la palanca de plástico negra. Puede ver que está ubicada en el centro. La altura de la línea brillante horizontal salta hacia arriba (o hacia abajo) y luego regresa a su posición original. Debido al resplandor de la pantalla fluorescente, la línea brillante horizontal aparece como una banda brillante con una altura de cuatro rejillas en el osciloscopio, lo que indica que la amplitud de voltaje del pulso está por encima de 3000 V.
Si desea observar la forma de onda de este pulso de voltaje, puede ajustar cuidadosamente la perilla de "ajuste fino de escaneo" del osciloscopio mientras presiona la palanca de presión cada vez (cambie el rango de escaneo a "10~ 100 Hz" por adelantado). La forma de onda que se muestra en la Figura 2 se puede ver en la pantalla fluorescente. El voltaje aumenta abruptamente, disminuye suavemente y tiene un valor máximo de más de cuatro divisiones.
Configure el engranaje de atenuación del osciloscopio en 1000, el rango de escaneo en "10 ~ 100 Hz" y gire el "Ajuste fino de escaneo" hacia abajo, es decir, la frecuencia de escaneo es 10 Hz. Ajuste la "Ganancia X" y el "Desplazamiento X". perillas para hacer el eje X La línea de escaneo se llena con 10 cuadrículas, luego cada cuadrícula representa 1/10 × 1/10, es decir, 0,01. Presione la varilla de presión de plástico negro del elemento piezoeléctrico y podrá ver que el piezoeléctrico. El pulso dura una cuadrícula, como se muestra en la Figura 3, que corresponde a A 0,01 s, es decir, la duración del pulso es de aproximadamente 0,01 s.