تحقیق سیستم های اندازه گیری فشار و پیزوالکتریک

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
این تحقیق در مورد سیستم های اندازه گیری فشار و پیزوالکتریک در 60 صفحه و در قالب ورد و شامل PIZO،تحقیق کاربرد پیزوالکتریک درسیستمهای اندازه گیری،اصول ساخت فشار سنج دیافراگم پیزوالکتریک،دیافراگم پیزوالکتریک،فشار سنج،فشارسنج پیزوالکتریک،انواع فشار سنج پیزوالکتریک،وسايل اندازه گيري فشار،سنسور فشار سنج پیزوالکتریک،پیزو و غیره می باشد.

فهرست

تعریف... 11

تعریف فشار. 12

تاريخچه اندازهگيري... 13

تاریخچه فشار سنج... 14

وسايل اندازهگيري فشار. 14

فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي.. 14

فشار سنجهاي پيستوني.. 15

فشار سنجهاي ستون مايع.. 15

فشار سنجهاي آنرويدي (مكانيكي). 16

فشارسنجهاي بوردون.. 16

فشارسنجهاي ديافراگمي.. 17

فشار سنج الكترونيكي... 17

فشار سنج خازني.. 17

فشار سنج مغناطيسي.. 18

فشار سنج پيزو الكتريك.... 18

فشار سنج نوري.. 18

فشارسنج پتانسيومتري.. 18

فشار سنج تشديدي.. 18

فشار سنج هدايت حرارتي.. 18

فشارسنج يونيزاسيون.. 19

انواع سیستمهای اندازهگیری... 20

دستگاه گاوسی.. 20

دستگاه انگلیسی.. 20

دستگاه بین المللی SI. 20

انواع فشار. 21

فشار نسبی.. 21

فشار مطلق.. 21

فشار خلاء. 21

واحدهای اندازهگیری فشار. 21

سنسور چیست؟. 22

انواع حسگرها. 23

زوج حسگر مافوق صوت... 23

حسگر فاصله. 23

حسگر رنگ.... 23

حسگر نور. 23

حسگر صدا 23

حسگر حركت و لرزش.... 23

حسگر دما 23

حسگر دود. 23

مزاياي سيگنالهاي الكتريكي... 23

پردازش راحتتر و ارزانتر. 24

انتقال آسان.. 24

دقت بالا.. 24

سرعت بالا.. 24

حسگرهاي مورد استفاده در رباتيك.... 24

حسگرهاي تماسي.. 24

حسگرهاي هم جواري.. 24

حسگرهاي دوربرد. 24

حسگر نوري (گيرنده-فرستنده). 25

انواع سنسورها. 25

با تماس مکانیکی.. 25

بدون تماس مکانیکی.. 25

انواع خروجیهای متداول سنسورها. 25

نوعA.. 25

نوعB.. 25

نوع c. 26

نوع d. 26

نوع E.. 26

سنسور فشار. 26

کاربردهای سنسور فشار. 26

اندازهگیری فشار. 27

اندازهگیری ارتفاع از سطح دریا 27

آزمایش نشتی.. 27

اندازهگیری عمق.. 27

اندازهگیری جریان.. 27

انواع سنسورهای اندازه گیری فشار. 27

سنسور فشار مطلق.. 27

سنسور فشار گیج.. 28

سنسور فشار خلاء. 28

سنسور فشار تفاضلی.. 28

سنسور فشار مهر شده. 29

انواع سیستمهای اندازهگیری فشار(هاوارد، 1998؛ عبدالکریم ماندگاری، 1393؛ سلطانی، 1388). 30

اندازهگیری فشار توسط مانومترها 30

مانومتر یک شاخهای.. 30

مانومتر دو شاخهای.. 30

مانومتر مورب 30

اندازهگیری فشار توسط فشار سنجهای لوله بوردن 30

لولهی C شکل.. 30

لولهی فانوسی.. 30

لولهی حلقوی.. 30

لولهی حلزونی.. 30

کپسول.. 30

دیافراگم.. 30

اندازهگیرهای الکتریکی فشار. 30

استرین گیجها 30

اندازهگیرهای ظرفیتی فشار. 31

اندازهگیرهای پیزوالکتریکی فشار. 31

اندازه گیری فشار با بیلوز. 31

فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي... 31

فشار سنجهاي ستون مايع.. 32

فشارسنجهاي آنرويدي(مكانيكي). 32

فشارسنجهاي بوردون.. 32

انواع بوردن تیوب... 33

سنسورنوع C.. 33

سنسور نوع حلزونی.. 33

سنسور نوع حلقوی.. 33

اندازهگیری فشار با دیافراگم.. 34

مزایای اندازهگیری فشار با دیافراگم.. 34

کاربردهای ترانسديوسرها. 34

انواع ترانسديوسر. 35

ترانسديوسرهای خازني.. 35

ترانسديوسرهای سلفي.. 35

ترانسديوسرهای مقاومتي.. 35

ترانسديوسرهای پيزوالكتريك.... 35

دیافراگم کپسولی... 35

دیافراگم خازنی... 36

گیج‌های کشش پیزو رزیستور. 36

استرین گیج... 36

انواع حساسههای اندازهگیر. 37

سنسور. 37

ترانسدیوسرها 37

ترانسمیتر. 37

کنترل کننده ابزار دقیق... 37

مشخصات دستگاههاي اندازهگیري ابزار دقیق... 37

دامنه اندازهگیری.. 38

دقت... 38

اندازهگیری فشارهای متفاوت بهترین راه ساختن یک سنسور با حداکثر دقت ممکن است. به این دلیل که فشار مرجع، نسبت به فشار اتمسفر بیشتر تحت کنترل کاربر است. چون تمرکز فشار اتمسفر بیشتر در اندازهگیری فشار گیج مطرح میگردد (مرادی، 1394). 38

تکرارپذیری.. 38

حساسیت... 38

پایداری.. 38

پاسخ دهی.. 39

محدودیت های اندازهگیری فشار. 39

رنج اندازهگیری.. 39

ابعاد سنسور. 39

دمای کاری.. 39

نوع اندازه گیری.. 40

نوع خروجی تولید شده. 40

زمان پاسخ.. 40

ولتاژ آفست... 40

تعریف پیزوالکتریک.... 40

مواد پیزوالکتریک.... 42

اثر پیزوالکتریک.... 44

رفتار پيزوالکتريک.... 45

اثر مستقیم و معکوس پیزو الکتریک.... 46

کاربرد اثر مستقیم پیزو الکتریک.... 46

کاربرد امواج فراصوتی در مواد پیزو الکتریک.... 46

ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد. 47

وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما. 47

وجود اثر پیزو الکتریک در تک بلور. 47

اثر پیزوالکتریک.... 48

استفاده‌های پیزوالکتریک.... 49

کاربرد پیزوالکتریک‌ها. 50

مبدل های پیزوالکتریک.... 50

محرک های پیزوالکتریک.... 51

انواع سنسورهای پیزوالکتریک.... 52

حسگر ژیروسکوپ پیزوالکتریک.... 52

حسگر شتاب سنج پیزوالکتریک.... 52

حسگرهای صوتی پیزوالکتریک.... 53

ارتباط اثر پیزوالکتریک با ساختار مولکولی مواد. 53

کاربردهای اثر پیزوالکتریک.... 54

اثر فشاربرقی... 55

سازندگان سنسور فشار. 55

مروری بر مطالعات گذشته.. 55

تعریف

در میان تنوع مواد پیزوالکتریک، تقدم مواد زیرکونیم[1] و تیتانیم[2] (pzt) بیشترین تاثیر در پایداری پیزوالکتریک و زوج نیروهای الکترومکانیکال را دارا می­باشد؛ که موجب پیدایش پر طرفدارترین سنسورهای فشار گردیده است. هر چند طبیعت شکننده و ترد (pzt) به عنوان یک مشکل برای ساختن ساختار دیافراگمی در مقایسه با دیگر مواد قایل انعطاف­تر پیزوالکتریک مانند پلیمرهای (pvdf[3]) و لایه های نازک zno می­باشد؛ اخیرا گسترش ساخت pzt با لایه­های ضخیم­تر سرامیک در حدود چند دهم بیشتر با فرآیند نوارهای ریخته­گری مورد توجه قرار گرفته است؛ که موجب می­گردد پیزوالکتریک­های فشارسنج قابل انعطاف و محکم­تری طراحی و ساخته شوند.

تعریف فشار

همه مواد موجود در طبيعت ازمولکول ساخته شده­اند و هرمولکول ازاتم­هاى مختلف تشکيل شده است. مولکول­هاى يک جسم سيال (مايع يا گاز) با سرعت زياد در تمام جهات حرکت مى­کنند (سلطانی، 1388). در اثر اين حرکت­ها با يکديگر و با ديواره ظرفى که درآن قرار دارند برخورد مى­نمايند. در اثر برخورد مولکول­ها به ديواره ظرف نيرويى به آن وارد مى­شود؛ بنابراين مقدار نيروى وارده بر ديواره ظرف به عوامل زير بستگى دارد(ویلانی، 1393).
الف) سرعت مولکول­ها
ب) تعداد مولکول­ها
ج) وزن مولکول­ها\

عمده ­ترین کاربرد پیزوالکتریک­ها استفاده برای اندازه­گیری فشار سیالات می­باشد (مجیدی، ۱۳۹۲). در این حالت سنسورهای فشار عموما فشار گاز یا مایع را اندازه می­گیرند. فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولاً به صورت نیرو بر سطح تعریف می­شود. سنسور فشار معمولاً به صورت مبدل کار می‌کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می­کند (ویلانی، 1393). برای این منظور می­توان سیگنال الکتریکی در نظر گرفت. سنسورهای فشار روزانه برای کنترل و مانیتورینگ هزاران کاربرد استفاده می­شوند (سبزپوشان، 1393). همچنین سنسورهای فشار می­توانند به طور غیر مستقیم برای اندازه­گیری سایر متغیرها استفاده شوند (مرادی، 1394)؛ برای مثال: دبی سیال/ گاز، سرعت، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرها هستند. به سنسورهای فشار، مبدل­های فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشان­دهنده فشار، پیزومتر و مانومتر نیز گفته می­شود (‌ه‍اپ‍ت‍م‍ن، 1371). سنسورهای فشار از نظر تکنولوژی، طراحی، عملکرد، کاربرد و قیمت باهم متفاوت هستند (مجیدی، ۱۳۹۲).

تاريخچه اندازه­گيري

سابقه اندازه­گيري به عهد باستان باز مي­گردد و مي توان آن را به عنوان يكي از قديمي­ترين علوم به حساب آورد. در اوايل قرن 18 جيمز وات[4] مخترع اسكاتلندي پيشنهاد نمود تا دانشمندان جهان دور هم جمع شده يك سيستم جهاني واحد براي اندازه­گيري­ها به وجود آورند. به دنبال اين پيشنهاد گروهي از دانشمندان فرانسوي براي به وجود آوردن سيستم متريك[5] وارد عمل شدند (سلطانی، 1388). سيستم پايه­اي را كه داراي دو استاندارد يكي «متر» براي واحد طول و ديگري «كيلوگرم» براي وزن بوده­، به وجود آوردند. در اين زمان ثانيه را به عنوان استاندارد زمان و ترمو­­سانتي­گراد را به عنوان استاندارد درجه حرارت مورد استفاده قرار دادند. در سال 1875 ميلادي دانشمندان و متخصصان جهان در پاريس براي امضاء قراردادي به نام پيمان جهاني متريك دور هم گرد آمدند. اين قرارداد زمينه را براي ايجاد يك دفتر بين المللي اوزان و مقياسها در سورز[6] فرانسه‌ آماده كرد. اين مؤسسه هنوز به عنوان يك منبع و مرجع جهاني استاندارد پا برجاست (ویکی­پدیا).

اندازه­گیری مهارتی است که میان نظریه علمی و دنیای واقعی رابطه ایجاد می‌کند (سبزپوشان، 1393). این رابطه دو طرفه می‌باشد. هر رویداد اندازه­گیری شده‌ای که قبلا پیشگویی نشده باشد، باید نظریه جدید آنرا توجیه کند. اشخاصی که کار تجربی انجام می‌دهند باید اطلاعات فنی جامعی از اصول اندازه­گیری داشته باشند. نحوه اندازه­گیری و محدودیت­های ناشی از وسایل اندازه­گیری را بشناسد. هر دانشمندی فقط با دانستن اینکه چه اندازه­گیری­هایی انجام شده است و نحوه اندازه­گیری­ها چگونه بوده است، می‌تواند اثر و کشفیات دانشمندان دیگر را خوب بفهمد. بنابراین، اندازه­گیری هنری است که در حال حاضر تکنولوژی پیشرفته حامی آن است (سبزپوشان، 1393).

اصلاح قواعدی حاکی از آن است که اندازه­گیری دارای نظم و ترتیب است و این نظم و ترتیب را باید بطور دقیق و روشن بیان کرد. در بعضی موارد این قواعد چنان بدیهی هستند که توضیح مفصل آنها ضرورت ندارد. مانند موقعی که از خط­کش برای اندازه­گیری طول یک متر استفاده می­شود. اما قواعد مربوط به اندازه­گیری صفات روانی و متغیرهای آموزشی تا این اندازه آشکار نیستند. برای مثال، اندازه گیری هوش یا یادگیری دانش آموزان؛ به بیان دقیق قواعد اندازه­گیری نیاز دارد. به ویژه در آزمون­های میزان شده ....