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- Distanzsensoren
- Beschleunigungssensoren
- Durchflussmessung
- Einbruchmelder
- Einparkhilfen
- Pegelsensoren
- Klopfsensoren
- Ultraschall-Luftwandler
- Objektschutz
- Tonabnehmer
Sensoranwendungen mit piezokeramischen Komponenten
Ultraschall-Abstandssensoren
Eine Piezo-Keramikscheibe sendet eine kurze Ultraschall-Luftwelle in Richtung des zu messenden Objekts. Die Schallwelle wird von diesem Objekt reflektiert und vom gleichen piezokeramischen Teil wieder empfangen. Der piezokeramische Teil fungiert hier als Sender und Empfänger (Zeitmultiplexbetrieb). Das piezokeramische Teil weist normalerweise auf der Abstrahlseite eine Anpassungsschicht auf, um die akustische Impedanz des Wandlers an die der Luft anzupassen. Die vom Wandler verwendete Frequenz (Resonanzmodus) hängt dabei von der gewünschten Reichweite und der Auflösung ab. Je höher die Frequenz, desto höher die Auflösung und desto geringer die Reichweite und umgekehrt. Ist die aus der Frequenz resultierende Wellenlänge groß im Vergleich zur Größe des Wandlers, ergibt sich eine kugelförmige Abstrahlung der Wellenfront. Ist die Wellenlänge kürzer als der Wandler, wird gerade (in einem engen Winkel) abgestrahlt. In fast allen Fällen ist eine gerichtete Strahlung erwünscht. Die mit diesen Systemen sinnvoll messbaren Distanzen liegen zwischen 0,25 m und 10 m. Diese Anwendung ist vielseitig in der Industrieautomation einsetzbar, zum Beispiel zur Distanzmessung, als Grenzwertgeber oder als Zähler (bei jedem Durchfahren des Messbereichs wird ein Objekt registriert). Ausführung: Runde Scheibe Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51 Beschleunigungssensoren
Eine piezokeramische Sensorplatte wandelt dynamische Druckschwankungen in elektrische Signale um, die dann entsprechend weiterverarbeitet werden können. Die Druckschwankung wird durch eine mit dem piezokeramischen Teil gekoppelte seismische Masse erzeugt, die beim Beschleunigen des Gesamtsystems Kraft auf die piezokeramische Scheibe ausübt. Dieses System wird beispielsweise in dynamischen Radauswuchtmaschinen eingesetzt, bei denen jede Unwucht im Rad ein Signal im piezokeramischen Teil erzeugt. So lassen sich innerhalb von Sekunden Unwuchten an Pkw-Rädern erkennen, quantifizieren und entsprechende Gegengewichte positionieren. Ausführungen: Runde Scheibe, rechteckige Platte, Ring Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51 Durchflussmessung
Bei der Ultraschall-Durchflussmessung unterscheidet man zwei verschiedene Messprinzipien: den Doppler-Effekt und die Analyse der Wanderwellenzeit. In beiden Fällen erzeugt ein an der Rohrwand angebrachter piezokeramischer Wandler Ultraschallwellen, die schräg zur Strömungsrichtung in die Flüssigkeit übertragen werden. Der Doppler wertet die Frequenzverschiebung der Ultraschallwellen aus, die von Streupartikeln in der Flüssigkeit reflektiert werden. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, desto größer ist die Frequenzverschiebung zwischen der abgestrahlten und der reflektierten Wellenfront. Für dieses Messverfahren wird nur ein Piezowandler benötigt, der zu unterschiedlichen Zeiten sendet und empfängt. Das Wanderwellen-Zeit-Prinzip verwendet immer zwei piezokeramische Wandler, die versetzt zur Strömungsrichtung positioniert 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 besteht darin, dass die Messung unabhängig von der Schallausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch vom Medium ist. Dies ermöglicht die Messung sowohl von Flüssigkeiten als auch von Gasen. Ausführung: Runde Scheibe Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51
Einbruchmelder und Objektschutz
Piezokeramische Wandler werden in Einbruchmeldeanlagen vielfältig eingesetzt. Zur Raumabsicherung werden Ultraschall-Bewegungsmelder eingesetzt, bei denen ein piezokeramischer Wandler Ultraschallimpulse aussendet und die reflektierten Wellen anschließend wieder aufnimmt. Jedes Betreten des Raumes sowie jede Bewegung innerhalb des Raumes wird erfasst. Zum Schutz des Eigentums werden kleine Sensorplättchen auf dem zu sichernden Objekt (zB an der Schaufensterscheibe) angebracht. Diese Sensoren nehmen den Körperschall auf und wandeln ihn in elektrische Signale um. Geräusche und Vibrationen, die durch die Werkzeuge des Einbrechers verursacht werden, reichen aus, um gleich zu Beginn des Einbruchsversuchs Alarm 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 vom selben Piezowandler wieder empfangen wird. Die Wellenlaufzeit wird zur Berechnung der Entfernung zum Hindernis verwendet. Derartige Sensoren werden beispielsweise in Lkw zur exakten Erfassung des Abstands zur Laderampe beim Rückwärtsfahren oder als Einparkhilfe in Pkw eingesetzt. Ausführungen: Rundscheibe, teilweise mit umlaufender Metallisierung Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51
Füllstandsensoren – Messung mit eingetauchten Sensoren Trans
Füllstandsensoren werden typischerweise in zwei verschiedene Messsysteme eingeteilt: Laufzeitmessung eines reflektierten luftgetragenen Ultraschallsignals durch piezokeramische Wandler einerseits und eingetauchte Wandlermessung durch piezokeramische Sensoren andererseits. Die Eigenresonanzfrequenz einer Metallstimmgabel wird durch eine kleine Piezokeramikplatte angeregt. Diese Eigenresonanzfrequenz hängt vom umgebenden Medium ab. Wird beispielsweise die Stimmgabel in eine Flüssigkeit oder ein Pulver eingetaucht, ändert sich die Resonanzfrequenz des Systems. Diese Frequenzänderung wird von der Auswerteelektronik erkannt. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass keine analoge Messung möglich ist. Der Sensor zeigt nur an, ob er einen bestimmten Füllstand über- oder unterschritten hat. Dieser Nachteil kann überwunden werden, indem mehrere dieser Sensoren auf unterschiedlichen Niveaus im Tank positioniert werden. Der Vorteil des Systems besteht darin, dass die vorhandene Substanz sehr zuverlässig erkannt wird und der Sensor weitgehend störunanfällig ist. Ausführungen: Rundscheibe, 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 Motorschwingungen beschleunigen den Klopfsensor und die seismische Masse erzeugt eine Kraft auf den Piezokeramikring. Der Ring erzeugt dann ein elektrisches Signal, das den Schwingungen in einem breiten Frequenzbereich entspricht. Wenn der Motor durch Benzin mit niedrigerer Oktanzahl oder sich ändernde Betriebsbedingungen zu klopfen beginnt, wird das Signal von der Auswerteelektronik erkannt und das Zündkennfeld entsprechend nachgeregelt. Dieses intelligente Motormanagement ermöglicht eine Verbrennung sehr nahe an der Klopfgrenze was letztendlich den Kraftstoffverbrauch senkt. Ausführungen: Ring, runde Scheibe Materialien: PZTS8-7, PZT-51, PSnN-5, PLiS-51
Ultraschall-Luftwandler
Ein piezokeramischer Wandler sendet einen kurzen Ultraschallimpuls aus, der von einem Hindernis reflektiert wird, bevor er vom selben Piezowandler wieder empfangen wird. Aus der Strahllaufzeit lässt sich der Abstand zwischen Sender und Hindernis berechnen. Solche Sensoren werden im Geräte- und Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt. Ausführungen: Rundscheiben, teilweise mit umlaufender Metallisierung Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51
Pick-ups für die Musikindustrie
Kleine piezokeramische Sensorplättchen, zB im Steg von Gitarren unterhalb der Saiten angebracht, 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 Rock- und Popmusik nachhaltig beeinflusst hat. Piezokeramiken fungieren als Schwingungssensor, wodurch sie in fast allen Musikinstrumenten eingesetzt werden können. Ausführungen: Runde Scheibe, rechteckige Platte, quadratische Platte Materialien: PZT-51, PSnN-5, PLiS-51
