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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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Piezokeramik für die Sensorik
Die PZT-5-Serie wird in Sensoranwendungen eingesetzt und zeichnet sich durch hohe Kopplungsfaktoren, hohe Ladungskonstanten und niedrige mechanische Gütewerte aus.



Anwendungen für piezokeramische Wandler
  • Abstandssensoren
  • Beschleunigungssensoren
  • Durchflussmessung
  • Einbruchalarm
  • Einparkhilfen
  • Level Senoren
  • Klopfsensoren
  • Ultraschall-Lufttransducer
  • Eigentumsschutz
  • Tonabnehmer


Sensoranwendungen mit piezokeramischen Bauteilen


Ultraschall-Abstandssensoren


Eine Piezokeramikscheibe sendet eine kurze Ultraschall-Luftwelle in Richtung des Objekts, dessen Abstand gemessen werden soll. Die Schallwelle wird von diesem Objekt reflektiert und von demselben Piezokeramikteil wieder empfangen. Das Piezokeramikteil arbeitet hier als Sender und Empfänger (Zeitmultiplexbetrieb). Das Piezokeramikteil hat normalerweise eine Anpassungsschicht auf der Strahlungsseite, um die akustische Impedanz des Wandlers an die der Luft anzupassen. Die vom Wandler verwendete Frequenz (Resonanzmodus) hängt dabei vom gewünschten Bereich und der Auflösung ab. Je höher die Frequenz, desto höher die Auflösung und desto kürzer die Reichweite und umgekehrt. Wenn die aus der Frequenz resultierende Wellenlänge im Vergleich zur Größe des Wandlers groß ist, ist das Ergebnis eine kugelförmige Strahlung der Wellenfront. Ist die Wellenlänge kürzer als der Schallkopf, wird er gerade (in einem engen Winkel) abgestrahlt. In fast allen Fällen ist gerichtete Strahlung erwünscht. Die Entfernungen, die mit diesen Systemen sinnvoll gemessen werden können, liegen zwischen 0,25 m und 10 m. Diese Anwendung kann in der industriellen Automatisierung für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zur Entfernungsmessung, als Grenzwertüberwachung oder als Zähler (ein Objekt wird bei jedem Durchlauf des Messbereichs registriert).

Design: Runde Scheibe
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51

Beschleunigungssensoren


Eine piezokeramische Sensorplatte wandelt dynamische Druckschwankungen in elektrische Signale um, die dann entsprechend verarbeitet werden können. Die Druckschwankung wird durch eine mit dem Piezokeramikteil gekoppelte seismische Masse erzeugt, die beim Beschleunigen des gesamten Systems eine Kraft auf die Piezokeramikscheibe ausübt. Dieses System wird beispielsweise in dynamischen Auswuchtmaschinen eingesetzt, bei denen jede Unwucht im Rad ein Signal im Piezokeramikteil erzeugt. So können Unwuchten in Pkw-Rädern innerhalb von Sekunden erkannt und quantifiziert sowie entsprechende Gegengewichte positioniert werden.

Ausführungen: Runde Scheibe, rechteckige Platte, Ring
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51



Durchflussmessung


Bei der Ultraschalldurchflussmessung werden zwei verschiedene Messprinzipien unterschieden: der Doppler-Effekt und die Analyse der Wanderwellenzeit. In beiden Fällen erzeugt ein piezokeramischer Wandler an der Rohrwand Ultraschallwellen, die diagonal zur Strömungsrichtung in die Flüssigkeit übertragen werden. Der Doppler wertet die Frequenzverschiebung der Ultraschallwellen aus, die von Streupartikeln in der Flüssigkeit reflektiert werden. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, desto größer ist die Frequenzverschiebung zwischen der eingestrahlten und der reflektierten Wellenfront. Für diese Messmethode wird nur ein Piezo-Wandler benötigt, der zu unterschiedlichen Zeiten sendet und empfängt. Das Wanderwellenzeitprinzip verwendet immer zwei Piezokeramikwandler, die versetzt zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Sie senden oder empfangen abwechselnd pulsförmige Ultraschallwellenpakete entgegen der Strömungsrichtung und in Strömungsrichtung. In jedem Fall gibt es eine Überlagerung von Schallausbreitungsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit. Die Strömungsgeschwindigkeit ist dann proportional zum Kehrwert der Laufzeitdifferenz in und entgegen der Strömungsrichtung. Der Vorteil dieser Messmethode ist, dass die Messung unabhängig von der Schallausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch vom Medium ist. Dies ermöglicht die Messung von Flüssigkeiten und Gasen.

Design: Runde Scheibe
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51



Alarmanlagen und Objektschutz


Piezokeramische Aufnehmer werden auf vielfältige Weise in Einbruchmeldeanlagen eingesetzt. Zum Raumschutz werden Ultraschall-Bewegungsmelder eingesetzt, bei denen ein piezokeramischer Wandler Ultraschallimpulse aussendet und die reflektierten Wellen dann wieder aufnimmt. Jeder Eintritt in den Raum sowie jede Bewegung im Raum wird erfasst. Auf dem zu sichernden Objekt (z. B. auf der Schaufensterscheibe) sind zum Schutz des Eigentums kleine Sensorplatten angebracht. Diese Sensoren nehmen den Körperschall auf und wandeln ihn in elektrische Signale um. Von den Werkzeugen des Eindringlings verursachte Geräusche und Vibrationen reichen aus, um den Alarm gleich zu Beginn des Einbruchsversuchs auszulösen.

Ausführungen: Runde Scheibe, rechteckige oder quadratische Platte
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51



Einparkhilfen


Ein piezokeramischer Wandler sendet einen kurzen Ultraschallimpuls aus, der von einem Hindernis reflektiert wird, bevor er erneut von demselben Piezowandler empfangen wird. Die Wellenlaufzeit wird zur Berechnung der Entfernung zum Hindernis verwendet. Derartige Sensoren werden beispielsweise in Lastkraftwagen zur exakten Erfassung des Abstands zur Laderampe beim Rückwärtsfahren oder als Einparkhilfe in Personenkraftwagen eingesetzt.

Ausführungen: Runde Scheibe, teilweise mit umlaufender Metallisierung

Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51




Füllstandsensoren - Tauchwandlermessung



Füllstandsensoren werden typischerweise in zwei verschiedene Messsysteme unterteilt: Laufzeitmessung eines reflektierten Ultraschallsignals in der Luft durch piezokeramische Wandler einerseits und Tauchwandlermessung durch piezokeramische Sensoren andererseits. Die Eigenresonanzfrequenz einer Metallstimmgabel wird durch eine kleine Piezokeramikplatte angeregt. Diese Eigenresonanzfrequenz hängt vom umgebenden Medium ab. Wenn beispielsweise die Stimmgabel in eine Flüssigkeit oder ein Pulver eingetaucht ist, ändert sich die Resonanzfrequenz des Systems. Diese Frequenzänderung wird von der Auswerteelektronik erfasst. Der Nachteil dieses Systems ist, dass keine analoge Messung möglich ist. Der Sensor zeigt nur an, ob ein bestimmtes Niveau überschritten oder unterschritten wurde. Dieser Nachteil kann überwunden werden, indem mehrere dieser Sensoren auf verschiedenen Ebenen im Tank positioniert werden. Der Vorteil des Systems besteht darin, dass die vorhandene Substanz sehr zuverlässig erkannt wird und der Sensor weitgehend störunempfindlich ist.

Ausführungen: Runde Scheibe, Lochringe andere Sonderformen
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51


Klopfsensoren


Ein Klopfsensor besteht aus einem piezokeramischen Ring, einer seismischen Masse und Kontaktelektroden. Die komplette Einheit wird an geeigneter Stelle am Motorblock befestigt. Die Motorvibrationen beschleunigen den Klopfsensor und die seismische Masse erzeugt eine Kraft auf den piezokeramischen Ring. Der Ring erzeugt dann ein elektrisches Signal, das den Vibrationen in einem weiten Frequenzbereich entspricht. Beginnt der Motor aufgrund von Benzin mit niedrigerer Oktanzahl oder sich ändernden Betriebsbedingungen zu klopfen, wird das Signal von der Auswerteelektronik erfasst und das Zündkennfeld entsprechend angepasst. Das senkt letztendlich den Kraftstoffverbrauch.

Ausführungen: Ring, runde Scheibe
Materialien: PZTS8-7, PZT-51, PSnN-5, PLiS-51



Ultraschall-Lufttransducer


Ein piezokeramischer Wandler sendet einen kurzen Ultraschallimpuls aus, der von einem Hindernis reflektiert wird, bevor er erneut von demselben Piezowandler empfangen wird. Die Entfernung zwischen Sender und Hindernis kann aus der Strahllaufzeit berechnet werden. Derartige Sensoren werden im Apparate- und Maschinenbau sowie im Anlagenbau eingesetzt.

Ausführungen: Runde Scheiben, teilweise mit umlaufender Metallisierung
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51



Tonabnehmer für die Musikindustrie


Kleine piezokeramische Sensorplatten, zB in der Gitarrenbrücke unter den Saiten montiert, nehmen die von den Saiten erzeugten Schwingungen auf und wandeln sie in elektrische Signale um. Diese Signale können dann elektronisch verzerrt, verstärkt oder aufgezeichnet werden - eine Lösung, die sich nachhaltig auf Rock- und Popmusik ausgewirkt hat. Piezokeramiken fungieren als Vibrationssensor und können somit in nahezu allen Musikinstrumenten eingesetzt werden.

Ausführungen: Runde Scheibe, rechteckige Platte, quadratische Platte
Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51

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