تحقیق کاربرد پیزوالکتریک درسیستمهای اندازه گیری

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
این تحقیق در مورد کاربرد پیزوالکتریک درسیستمهای اندازه گیری در 121 صفحه و در قالب ورد و شاملPIZO،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

1-1- مقدمه. 1

1-2- اهداف... 6

2-1- تعریف... 7

2-2- تعریف فشار. 7

2-9- سنسور چیست؟. 19

2-10- انواع حسگرها 19

2-10-1- زوج حسگر مافوق صوت... 20

2-10-2- حسگر فاصله. 20

2-10-3- حسگر رنگ.... 20

2-10-4- حسگر نور.. 20

2-10-5- حسگر صدا 20

2-10-6- حسگر حركت و لرزش... 20

2-10-7- حسگر دما 20

2-10-8- حسگر دود. 20

2-11- مزاياي سيگنالهاي الكتريكي.. 20

2-11-1- پردازش راحتتر و ارزانتر.. 20

2-11-2- انتقال آسان.. 20

2-11-3- دقت بالا.. 20

2-11-4- سرعت بالا.. 20

2-12- حسگرهاي مورد استفاده در رباتيك.. 20

2-12-1- حسگرهاي تماسي.. 20

2-12-1-1- آشكار سازي تماس دو جسم. 21

2-12-1-2- اندازه گيري نيروها و گشتاورهايي كه حين حركت ربات بين اجزاي مختلف آن ايجاد ميشود 21

2-12-2- حسگرهاي هم جواري.. 21

2-12-2-1- القايي.. 21

2-12-2-2- اثرهال. 21

2-12-2-3- خازني.. 21

2-12-2-4- اولتراسونيك.. 21

2-12-2-5- نوري.. 21

2-12-3- حسگرهاي دوربرد. 21

2-12-3-1- فاصله سنج (ليزو و اولتراسونيك) 21

2-12-3-2- بينايي (دوربينCCD) 21

2-12-4- حسگر نوري (گيرنده-فرستنده). 21

2-3- تاريخچه اندازه گيري.. 8

2-4- تاریخچه فشار سنج.. 9

2-5- وسايل اندازه گيري فشار. 10

2-5-1- فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي.. 10

2-5-2- فشار سنجهاي پيستوني.. 10

2-5-3- فشار سنجهاي ستون مايع. 10

2-5-4- فشار سنجهاي آنرويدي (مكانيكي). 11

2-5-5- فشارسنجهاي بوردون.. 12

2-5-6- فشارسنجهاي ديافراگمي.. 13

2-5-7- فشار سنج الكترونيكي.. 13

2-5-8- فشار سنج خازني.. 13

2-5-9- فشار سنج مغناطيسي.. 13

2-5-10- فشار سنج پيزو الكتريك.. 14

2-5-11- فشار سنج نوري.. 14

2-5-12- فشارسنج پتانسيومتري.. 14

2-5-13- فشار سنج تشديدي.. 14

2-5-14- فشار سنج هدايت حرارتي.. 14

2-5-15- فشارسنج يونيزاسيون.. 15

2-6- انواع سیستمهای اندازهگیری.. 16

2-6-1- دستگاه گاوسی.. 16

2-6-2- دستگاه انگلیسی.. 16

2-6-3- دستگاه بین المللی SI 17

2-7- انواع فشار. 17

2-7-1- فشار نسبی.. 17

2-7-2- فشار مطلق.. 17

2-7-3- فشار خلاء. 17

2-8- واحدهای اندازه گیری فشار. 18

2-13- انواع سنسورها 22

2-13-1- با تماس مکانیکی.. 22

2-13-2- بدون تماس مکانیکی.. 22

2-14- انواع خروجیهای متداول سنسورها 22

2-14-1- نوعA.. 22

2-14-2- نوعB. 22

2-14-3- نوع c. 22

2-14-4- نوع d. 22

2-14-5- نوع E. 22

2-15- سنسور فشار. 23

2-16- کاربردهای سنسور فشار. 23

2-16-1- اندازه گیری فشار.. 23

2-16-2- اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا 23

2-16-3- آزمایش نشتی.. 23

2-16-4- اندازهگیری عمق.. 24

2-16-5- اندازهگیری جریان.. 24

2-17- انواع سنسورهای اندازه گیری فشار. 24

2-17-1- سنسور فشار مطلق.. 24

2-17-2- سنسور فشار گیج.. 24

2-17-3- سنسور فشار خلاء. 25

2-17-4- سنسور فشار تفاضلی.. 25

2-17-5- سنسور فشار مهر شده. 25

2-18- انواع سیستمهای اندازهگیری فشار1388). 26

2-18-1- اندازهگیری فشار توسط مانومترها 26

2-18-2- مانومتر یک شاخه ای.. 26

2-18-3- مانومتر دو شاخه ای.. 26

2-18-4- مانومتر مورب 26

2-18-5- اندازهگیری فشار توسط فشار سنجهای لوله بوردن 26

2-18-6- لوله ی C شکل 26

2-18-7- لوله ی فانوسی.. 26

2-18-8- لوله ی حلقوی.. 26

2-18-9- لوله ی حلزونی.. 26

2-18-10- کپسول.. 26

2-18-11- دیافراگم. 26

2-18-12- اندازه گیرهای الکتریکی فشار.. 26

2-18-13- استرین گیجها 27

2-18-14- اندازه گیرهای ظرفیتی فشار.. 27

2-18-15- اندازه گیرهای پیزوالکتریکی فشار.. 27

2-18-16- اندازه گیری فشار با بیلوز.. 27

2-19- فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي.. 28

2-20- فشار سنجهاي ستون مايع.. 28

2-21- فشارسنجهاي آنرويدي(مكانيكي). 28

2-22- فشارسنجهاي بوردون.. 28

2-23- انواع بوردن تیوب.. 29

2-23-1- سنسورنوع C. 29

2-23-2- سنسور نوع حلزونی.. 29

2-23-3- سنسور نوع حلقوی.. 29

2-24- اندازهگیری فشار با دیافراگم. 30

2-25- مزایای اندازهگیری فشار با دیافراگم. 30

2-26- کاربردهای ترانسديوسرها 30

2-27- انواع ترانسديوسر. 31

2-27-1- ترانسديوسرهای خازني.. 31

2-27-2- ترانسديوسرهای سلفي.. 31

2-27-3- ترانسديوسرهای مقاومتي.. 31

2-27-4- ترانسديوسرهای پيزوالكتريك.. 31

2-28- دیافراگم کپسولی.. 31

2-29- دیافراگم خازنی.. 32

2-30- گیج‌های کشش پیزو رزیستور. 32

2-31- استرین گیج.. 32

2-32- انواع حساسههای اندازه گیر. 33

2-32-1- سنسور.. 33

2-32-2- ترانسدیوسرها 33

2-32-3- ترانسمیتر.. 33

2-33- کنترل کننده ابزار دقیق.. 33

2-34- مشخصات دستگاههاي اندازهگیري ابزار دقیق.. 34

2-34-1- دامنه اندازهگیری.. 34

2-34-2- دقت... 34

اندازه گیری فشار. 34

2-34-3- تکرارپذیری.. 34

2-34-4- حساسیت... 34

2-34-5- پایداری.. 35

2-34-6- پاسخ دهی.. 35

2-35- محدودیت های اندازه گیری فشار. 35

2-35-1- رنج اندازهگیری.. 35

2-35-2- ابعاد سنسور.. 35

2-35-3- دمای کاری.. 36

2-35-4- نوع اندازه گیری.. 36

2-35-5- نوع خروجی تولید شده. 36

2-35-6- زمان پاسخ.. 36

2-35-7- ولتاژ آفست... 36

2-36- تعریف پیزوالکتریک.... 37

2-37- مواد پیزوالکتریک.... 38

2-38- اثر پیزوالکتریک.... 40

2-39- رفتار پيزوالکتريک.... 41

2-40- اثر مستقیم و معکوس پیزو الکتریک.... 42

2-41- کاربرد اثر مستقیم پیزو الکتریک.... 42

2-42- کاربرد امواج فراصوتی در مواد پیزو الکتریک.... 43

2-43- ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد. 43

2-44- وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما 43

2-45- وجود اثر پیزو الکتریک در تک بلور. 44

2-46- اثر پیزوالکتریک.... 44

2-47- استفاده‌های پیزوالکتریک.... 46

2-48- کاربرد پیزوالکتریک‌ها 46

2-49- مبدل های پیزوالکتریک.... 47

2-50- محرک های پیزوالکتریک.... 47

2-51- انواع سنسورهای پیزوالکتریک.... 49

2-51-1- حسگر ژیروسکوپ پیزوالکتریک.... 49

2-51-2- حسگر شتاب سنج پیزوالکتریک.... 49

2-51-3- حسگرهای صوتی پیزوالکتریک.... 49

2-52- ارتباط اثر پیزوالکتریک با ساختار مولکولی مواد. 50

2-53- کاربردهای اثر پیزوالکتریک.... 51

2-54- اثر فشاربرقی.. 52

2-55- سازندگان سنسور فشار. 52

2-56- مروری بر مطالعات گذشته. 52

3- طراحی و محاسبات.. 63

3-1- کلیات.. 63

3-2- فشار مکانیکی اعمالی.. 63

3-3- اندازه گيری نيرو، گشتاور و کرنش.... 64

3-3-1- خاصیت مکانيکی پیزوالکتریک.... 64

3-3-1-1- استفاده از خاصيت فنری اجسام ( در محدوده کشسان) 64

3-3-1-2- استفاده از توازن نيروها ( اهرمبندی، چرخدنده) 64

3-3-1-3- تبديل نيرو به فشار ( فشار سنجها) 64

3-3-2- خاصیت الکتريکی پیزوالکتریک.... 64

3-3-2-1- استفاده از خاصيت پیزو الکتريک (نيرو سنج کريستال پيزوالکتريک) 64

3-3-2-2- کرنش سنج مقاومت حساس (استرينگيج) 64

3-3-2-3- تبديل نيرو به جابجايي (مثل LVDT) 64

3-4- استفاده از خاصيت کشسانی اجسام. 64

3-5- فنر ساده F=kx. 65

3-6- تير يک سر درگير. 65

3-7- حلقه کشسان.. 66

3-8- روشهای اندازه گيری خيز ناشی از اعمال نيرو. 67

3-8-1- استفاده از روشهای مکانيکی مثل گیج.. 67

3-8-2- روشهای الکترومکانيکی.. 67

3-8-2-1- روش مبدل پيزوالکتريک.. 67

3-8-2-2- LVDT. 67

3-8-2-3- استرين گيج. 67

3-9- تعیین θ در آرایشها 70

3-9-1- آرایش مستطیلی.. 70

3-9-2- آرایش دلتا 71

3-10- اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس.... 71

3-11- بررسی مداری سنسور پیزوالکتریک.... 74

3-12- انواع تکنولوژی حس کردن فشار. 76

3-13- ساختار‌های پیزوالکتریک.... 76

3-14- قطبش‌زدایی.. 79

3-14-1- قطبش‌زدایی حرارتی.. 79

3-14-2- قطبش‌زدایی الکتریکی.. 80

3-14-3- قطبش‌زدایی مکانیکی.. 80

3-15- معادلات ریاضی ساختاری.. 80

3-16- تئوری ورقهای دایرهای شکل. 80

3-17- بیان روابط ورق در سیستم محورهای قطبی.. 81

3-18- خمش های متقارن محوری.. 84

3-19- تئوری خطی مواد پیزوالکتریک.... 86

3-20- مواد و روشها 90

3-20-1- کلیات... 90

3-20-2- طراحي.. 90

3-20-3- مواد. 91

3-21- روش ساخت دستگاه. 91

3-22- پیزوالکتریکها و آرایش آنها بر روی صفحه. 94

3-23- مدار پل وتستون و آمپلی فایر. 96

3-24- اسیلوسکوپ.. 96

3-25- ولت متر. 97

3-26- مولتیمتر. 97

3-27- نرم افزار کامسول. 98

3-27-1- قابلیت‌های کلیدی نرم‌افزار.. 98

3-28- روش مونتاژ پیزوالکتریکها 98

3-29- طراحی و ساخت دستگاه نمایشگر دیجیتال فشار. 99

دستگاه نمایشگر دیجیتال فشار. 99

3-30- روش نجام آزمایش و نمونه برداری.. 100

فصل چهارم. 101

4- نتایج.. 103

4-1- ساخت دستگاه. 103

4-2- ثبت ولتاژ و داده برداری توسط ولتمتر. 105

4-3- چگالی آب در دماهای مختلف... 109

4-4- محاسبه فشار درون مايع.. 110

4-5- رابطه بین فشار و ولتاژ. 111

4-6- تحلیل نرم افزاری دیافراگم در فشارهای مختلف... 111

4-7- المان بندی صفحه دیافراگم توسط نرم افزار. 112

4-7-1- تحلیل تنش دیافراگم در عمق 5/0 متری آب... 113

4-8- ماکزیمم بردار جابجایی.. 114

4-9- نمایش فشار اصلی وارده بر کل دیافراگم و نمایش المان محدود آن.. 114

4-10- نمایش و محاسبه مقدار خطای المان بندی.. 115

4-10-1- تحلیل تنش دیافراگم در عمق 1 متری آب...