Transductor Piezoeléctrico

Cuando hablamos de Transductores de presión, podemos imaginar que se trata de un artefacto que solo se pone en funcionamiento al recibir una fuerza sobre su sensor y sí, estamos en lo correcto. Pero ¿Qué diferencia un transductor de presión eléctrica de un transductor de presión piezoeléctrico? ¿Me crees si te digo que la palabra “Piezo” es la clave de todo?

Si, la palabra piezoeléctrico tiene una importancia bastante grande en esta diferencia, así que veamos el funcionamiento de transductores de presión piezoeléctricos y sus aplicaciones más comunes.

¿Qué son los transductores piezoeléctricos?

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¿Qué son los transductores piezoeléctricosLos transductores piezoeléctricos envían y reciben ondas para muchos tipos de detección. Los ejemplos incluyen distancia, proximidad, nivel, evaluación no destructiva, detección de rotura de banda, conteo y aplicaciones de seguridad. Por lo general, operan a su frecuencia de resonancia con varias opciones de construcción, patrones de haz y niveles de potencia.
Piezoelectric transductores tienen muchas especificaciones críticas. La frecuencia de transmisión es el rango de frecuencia utilizable del dispositivo. El ancho de banda es la diferencia entre los límites de frecuencia operativa alta y baja. La potencia de señal nominal disponible del transductor es otra especificación importante. La sensibilidad de transmisión es la relación entre la presión sonora producida y el voltaje de entrada. La sensibilidad de recepción es la relación entre el voltaje de salida producido y la presión sonora detectada. El ángulo del haz es el ángulo total incluido de haz ultrasónico . En general, un transductor de alta frecuencia producirá un haz estrecho y un transductor de frecuencia más baja producirá un haz más ancho. El ángulo del haz puede verse afectado en cierta medida por la construcción de la carcasa del transductor.

transductor de presión piezoeléctrico

Piezoeléctrico ¿Qué es y cómo es su funcionamiento?

El efecto Piezoeléctrico, es conocido como aquella propiedad que tienen algunos sólidos para generar una carga eléctrica debido a la tensión mecánica o aplicación de fuerza. La mayoría de estos sólidos son conocidos como cristales piezoeléctricos, como lo son el cuarzo y la turmalina.

Estos cristales al entrar en contacto con una presión o fuerza, crean en su masa una polarización eléctrica. El efecto de piezoelectricidad ocurre de manera inversa al someter al cristal a un campo eléctrico, causando que el cristal se deforme, al ser retirados de la carga eléctrica, regresan a la forma original.

Esta es la base del funcionamiento de transductores de presión piezoeléctricos, donde se debe aplicar una presión o tensión mecánica sobre el sensor y en el mecanismo interno del transductor, el cristal recibe la fuerza aplicada, la convierte en una carga y la traspasa a un electrodo que se encuentra entre los cristales, otorgando una salida.

Una característica de un sensor de presión piezoeléctrico, es que se pueden usar en mediciones de fuerza muy pequeños o fuerzas muy grandes, debido a la flexibilidad que presenta el cristal piezoeléctrico y la resistencia. Esta característica le da a los transductores de presión piezoeléctricos, la ventaja de poder ser utilizado en diferentes aplicaciones y campos de la industria.

transductores de presión piezoeléctricos esquema

Aplicaciones de los transductores de presión piezoeléctricos

Por ser estructuras bastantes pequeñas, las aplicaciones de transductores de presión piezoeléctricos normalmente son incluidas en mecanismos mucho más grandes para completar el funcionamiento del mismo.

Así que podemos encontrar transductores de presión piezoeléctricos en la estructura de un acelerómetro, velometro, el último adaptado a un amplificador de señal. La tarea del transductor de presión piezoeléctrica en ambos casos es recibir las vibraciones de alta frecuencia y traducirlas en una señal de salida lineal, que serán medidas por otra estructura como velocidad o aceleración, ya sea el caso que corresponda.

Por otro lado tenemos que él transductor de presión piezoeléctrico para ultrasonidos, utiliza la señal eléctrica recibida para convertirla o transformarla en ultrasonidos con ayuda a sistemas con los cuales está integrado.

De esta forma un transductor de presión piezoeléctrico ultrasonido, recibe las vibraciones de ondas y las devuelve en una señal diferente, que mediante un conjunto de estructuras son convertidas en imágenes proyectadas en un monitor para su correcto análisis. Es uno de los transductores de presión piezoeléctrica más usados en el ámbito de la medicina y es adaptado al equipo de manera sencilla, dándoles a los profesionales la facilidad de obtener la información necesaria.

Otra de las aplicaciones de transductores de presión piezoeléctricos es en el sistema automotriz. Conocidos específicamente como sensores piezoeléctricos para automóviles, son usados para obtener las vibraciones de la cámara de combustión del auto y enviarlas como señal eléctrica hacia un circuito encargado de analizarla y conducirla al circuito de regulación.

Usar un sensor de presión piezoeléctrico en el automóvil sirve para mantener la correcta cantidad de combustible/aire y evitar de esa manera inflamaciones por el descontrol de alguna de las dos sustancias.

Podemos encontrar más aplicaciones en transductores de presión piezoeléctricos PDF o en sensores piezoeléctricos PDF.

Ventanas y desventajas de un transductor de presión piezoeléctrico

Los transductores de presión piezoeléctrica presentan ventajas y desventajas al momento de ser usados en determinadas aplicaciones.

Ventajas

  • Los transductores de presión piezoeléctricos son pequeños, compactos y sin partes móviles.
  • Suelen ser muy ligeros, así que son bastante fáciles de adaptar dentro de otros mecanismos.
  • Poseen un amplio rango de frecuencia, entre 2Hz y 15.000 Hz.

Desventajas

  • Si se usan en acelerómetros, necesitan de una fuente de alimentación externa.
  • Si es de uso manual, el transductor de presión piezoeléctrico, suele dar una respuesta de señal muy baja.
  • La salida de amplitud debe ser integrada para obtener la respuesta en la amplitud de velocidad.

transductor de presión piezoeléctrico para ultrasonidos

 

Tipos de Transductores Piezoeléctricos

Piezoelectric transductores vienen en diferentes estilos para diferentes aplicaciones. Los transductores simples de uso general, incluidos los transductores de aire, están disponibles sin características especializadas. También son comunes los estilos más especializados, como los transductores de contacto para colocar directamente sobre la superficie a medir. Los transductores de elemento doble tienen dos elementos en la carcasa del transductor y permiten que el transmisor y el receptor funcionen de forma independiente. Los elementos están inclinados entre sí para crear una vía de transmisión / recepción reflectante. Los transductores de haz de ángulo incluyen bloques de ángulo transparentes montados y se utilizan a menudo para la inspección de soldaduras y la detección de fallas. Por lo general, utilizan ondas de corte refractadas para detectar fallas en toda la profundidad de las áreas soldadas. Los transductores sumergibles están diseñados para sumergirse totalmente en un medio líquido, generalmente agua dulce. El estilo de elemento protegido tiene el elemento transductor protegido para su uso en superficies rugosas. Los transductores de línea de retardo son versátiles, a menudo con opciones de cabezales reemplazables, como membranas y tapas de desgaste. Se utilizan para calibrar o detectar defectos como deslaminaciones en materiales delgados. Los transductores de ondas de corte introducen ondas de corte en el material sin utilizar una cuña de haz angular. La relación entre los componentes de la onda de corte y los componentes longitudinales puede superar los 30 dB. Los transductores y carcasas de estilo médico están diseñados para aplicaciones médicas específicas.

Transductor piezoeléctrico para sensor subacuático

El transductor cerámico piezoeléctrico es un componente absolutamente necesario de los equipos de comunicación submarina y sonar, como el detector de peces ultrasónico, el instrumento de ingeniería acústica del fondo marino, etc.
Los transductores acústicos subacuáticos pueden contener tanto transmisores como receptores, o pueden ser únicamente transmisores utilizados junto con un hidrófono. Perciben el sonido reflejado y utilizan datos direccionales y de distancia para la comunicación, la cartografía y la navegación. Transductores acústicos subacuáticos tienen un rango operativo, pero generalmente están diseñados para operar a su frecuencia de resonancia para maximizar la potencia de salida. Por lo general, son transmisores de frecuencia única, pero pueden contener múltiples transmisores y receptores para diferentes frecuencias.
Están disponibles muchas funciones para transductores acústicos subacuáticos. Estos dispositivos pueden ser omnidireccionales horizontalmente, con un patrón de haz que es prácticamente igual en todas las direcciones horizontales. Pueden tener múltiples frecuencias y ser utilizables a una profundidad oceánica ilimitada. Los transductores de barrido lateral están diseñados para un patrón de haz direccional enfocado hacia el lado. Transductores acústicos subacuáticos a menudo están disponibles como una matriz, varios transductores dispuestos juntos como un sistema.

Transductor piezoeléctrico para sensor de caudalímetro ultrasónico

Los transductores cerámicos piezoeléctricos se utilizan ampliamente en caudalímetros ultrasónicos. El material piezoeléctrico se elige para convertirlo en transductor por diferentes temperaturas de trabajo. Producimos excelentes transductores con capacidad de alta sensibilidad y alta capacidad de transformación del motor. Electrodo especial puede ser delt con argentino o aurum a través de máquina de galvanoplastia al vacío

Transductor piezoeléctrico para dispositivos de belleza ultrasónicos

Los dispositivos piezoeléctricos utilizan el efecto piezoeléctrico para realizar una función. El efecto piezoeléctrico se encuentra en algunos cristales, que adquieren una carga cuando se comprimen, se retuercen o se deforman. Esto proporciona un efecto transductor conveniente entre oscilaciones eléctricas y mecánicas.
El transductor piezoeléctrico tiene una amplia aplicación en la máquina de belleza ultrasónica debido al efecto de calor ultrasónico, el efecto de vibración del motor y el efecto de penetrabilidad.

Referencias:

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