Пьезоэлектрический генератор своими руками

Обновлено: 05.07.2024

В последние годы получило новое развитие направление пьезоэлектрического приборостроения, связанное с созданием пьезоэлектрических преобразователей для генерации электрической энергии за счет использования механической энергии деформации, перемещения конструкций и движения транспортных средств и человека.

Внедрение новой технологии изготовления пленочных пьезоэлектрических элементов с толщиной от 5 до 100 мкм и реализация технологии их автоматической сборки в многослойные конструкции позволяют изготовить пьезоэлектрические генераторы с оптимальными параметрами, обеспечивающими согласование их импеданса с импедансом нагрузки и выходными напряжениями от 2–10 до 240–300 В [1–4]. Конструкция пьезогенератора определяется конструкцией пьезоэлемента.

Пьезоэлементы, в которых направление поляризации совпадает с направлением механического усилия, используются при создании мощных пьезоэлектрических генераторов на напряжения 100–300 В. Пьезоэлементы изгибного типа (биморфы), в которых направление поляризации перпендикулярно направлению деформации при вибрации, используются при создании мини-пьезоэлектрических генераторов на напряжения 2–10 В.

Как правило, мощные пьезоэлектрические пьезогенераторы являются преобразователями механической энергии (с давлением не менее 1–2 кН) в электрическую при циклическом нагружении, при этом переменное напряжение преобразуется с помощью мостовых выпрямителей в постоянное. Поскольку пьезопреобразователь работает в течение продолжительного времени с относительно малой электрической энергией, производимой за один цикл, как правило, используется система накопления и хранения энергии (рис. 1). Для стабилизации выходного напряжения пьезогенератора на заданном уровне используется система с обратной связью, специальный контроллер. Контроллер также обеспечивает согласование импеданса пьезогенератора с выходным импедансом потребителя энергии.

В работах [1–4] показана принципиальная возможность создания двух вариантов конструкции пьезоэлектрических генераторов в основном как источника зарядки аккумуляторных батарей на напряжение 2–10 В.

В последние годы начаты работы по созданию на основе многослойных монолитных конструкций пьезоэлементов мощных источников питания.

В работе [5] были проведены исследования и определены предельные параметры многослойных пьезоэлектрических генераторов на основе многослойных пьезоэлементов с габаритами 6×6×2,7 мм (количество слоев 50, толщина слоя 50 мкм). Основные конструктивные и электрические их параметры приведены в работах [6, 7]. Целью исследования являлась разработка макетного образца автономного пьезоэлектрического источника питания на основе преобразования механической энергии движения поезда (количество вагонов 10) в постоянное напряжение для подзарядки устройств питания радиомодуля, обеспечивающего его непрерывную работу в течение двух часов, выходное напряжение 3–5 В, максимально развиваемое усилие 5×10 7 Н/м 2 , цикличность движения — один состав в час со средней скоростью 20 км/ч.

Было разработано два варианта конструкции макетных образцов многослойных пьезогенераторов:

первый — из 13 многослойных элементов, соединенных механически последовательно, а электрически параллельно;
второй — из одного слоя многослойных элементов, расположенных попарно на ситалловых подложках 48×48×0,5 мм и соединенных электрически параллельно (сверху слой закрыт такой же ситалловой подложкой, в слое шесть линеек по шесть элементов).

Были проведены исследования электрофизических параметров пьезогенераторов на устройствах, позволяющих воспроизводить циклические нагружения пьезогенераторов, аналогичные воздействию движущегося поезда на рельсы.

Следует отметить, что проведенный расчет деформации рельсов от давления основного вагона поезда массой 60 т показал, что их величина менее 0,001 мкм, и при расчете преобразования механической энергии в электрическую этот параметр можно не учитывать.

Исследования проводились в электрической схеме включения (рис. 2).

Диод VD1 в этой схеме предотвращает утечки заряда обратно к пьезогенератору (ПГ), когда давление снижается. Диод VD2 обеспечивает разряд обратного напряжения, которое возникает на пьезогенераторе, когда давление спадает до нуля после переклички с генерированной энергией в накопителе (в данном случае в качестве накопителя использована емкость С_н = 40 мкФ, R_н = 2×10 7 Н/м 2 ). Время одного цикла нагружения и сброса нагрузки не более 1 мин., общее количество циклов не менее 120.

Для многослойных пьезогенераторов наблюдается линейная зависимость напряжения и заряда от давления вплоть до предельных значений 2×10 8 Па.

При давлении 10 7 Н/м 2 пьезогенератор обеспечивает напряжение 7 В и величину заряда 70×10 –6 К, энергия 21×10 –5 Дж.

Для второго варианта конструкции напряжение 10 В, заряд 180×10 –6 К, энергия 75×10 –5 Дж. Результаты исследований показали, что такой пьезогенератор может обеспечить подзарядку аккумулятора радиопередатчика мощностью 10 Вт при увеличении площади сечения в 100 раз и увеличении цикла нагружения в течение 1 ч до 10 раз.

В работе [8] были рассмотрены предельные параметры конструкции многослойных пьезоэлектрических генераторов в качестве твердотельных батарей. Показано, что для аналогичных элементов толщиной до 100 мкм предельные значения давления составляют 5×10 8 Н/м 2 . Удельное предельное значение запасенной энергии в пьезогенераторе при давлении 10 8 Н/м 2 : W/V = 0,25–0,3 Дж/см 3 , удельное значение величины заряда Q/S = 5–6×10 –2 К/м 2 .

Проведенные исследования предельных параметров двух вариантов макетных образцов пьезогенераторов показали, что расчетные предельные соотношения с точностью ±10% совпадают с результатами эксперимента при давлении 10 7 Н/м 2 . Первый вариант конструкции обеспечивает заряд ~660×10 6 К, второй — 1760×10 –6 К, электрическая энергия 21×10 –3 Дж и 77×10 –3 Дж соответственно.

Предельные параметры 10 8 Н/м 2 для многослойных пьезоэлектрических конструкций соответствуют требованиям, обеспечивающим их надежную и долговечную работу (~цикл до 2×10 9 импульсов), тогда как предел разрушения многослойной керамики достигает 10 9 и более Н/м 2 .

Несколько лет назад в Израиле были начаты разработки мощных пьезогенераторов, преобразующих механическое давление транспортных средств (автомашины, поезда, самолеты) в электрическую энергию. Созданная в 2008 г. израильская компания Innowattech (Energy Harvesting Systems) занимается исследованиями и разработками пьезоэлектрических генераторов с системой сбора энергии [9]. Разрабатываются варианты, преобразующие в электроэнергию энергию давления:

автомобилей на полотно дороги (для автомобильных дорог);
движущегося железнодорожного транспорта на полотно железной дороги (для железных дорог);
самолета при взлете и посадке на взлетно-посадочную полосу (для аэродромов).

Производство электрической энергии при преобразовании давления транспортных средств имеет ряд преимуществ:

не требует выделения дополнительных площадей;
не наносит ущерба окружающей среде (экологически чистое производство);
не зависит от погодных условий.

При применении для освещения дороги и электропитания светосигнальных дорожных транспортных устройств источник питания расположен непосредственно на трассе и не требует дополнительных электрических подводок.

Система позволяет передавать информацию в реальном масштабе времени о частоте и скорости потока автомобилей, грузоподъемности транспортных средств, а также расстоянии между ними.

В октябре 2009 г. с участием фирмы MAATZ (Israeli National Roads Company) были проведены испытания образцов пьезогенераторов, установленных на участках скоростной дороги № 4. Под асфальтом на глубине 3 см в участок полотна длиной 100 м было установлено 500 000 пьезоэлементов, на участке 400 м — до 2 000 000.

Конструкция и технология изготовления пьезоэлектрических генераторов типа I PEG с системой сбора С. С. защищены четырьмя международными патентами, данные в открытой печати не опубликованы. Результаты проведенных исследований позволили фирме Innowattech приступить к разработке и реализации следующих проектов:

С участием национальной компании IRC (Israel Railways Company) на опытном участке близ станции Лод устанавливаются рельсы с вмонтированными в них пьезогенераторами. Проведенные предварительные расчеты показывают, что при интенсивном движении 10–20 поездов (с числом вагонов не менее 10) в час возможно получить до 200 кВт/ч, способных обеспечить электроснабжением до 300 индивидуальных домов.
Заключен контракт Start Road на проведение работ в период 2010–2013 гг. по установке пьезоэлектрических генераторов типа I PEG с аккумуляторной системой сбора на трассе Венеция–Триест. Пьезогенераторы закладываются на глубину до 3 см, через каждые 500 м осуществляется сбор и накопление электроэнергии с последующей ее передачей потребителям. Предварительные расчеты показывают, что при частоте движения 600 автомобилей в час на 1 км четырехполосного шоссе полотно с установленными под ним пьезогенераторами позволяет выработать до 1 МВт/ч, на двухполосном шоссе длиной 10 км — до 5 МВт/ч, что позволяет полностью обеспечить энергопитанием системы освещения дороги, электронные системы управления движением (светофоры, табло и т. д.). Сумма инвестиций итальянской компанией Impregilo составляет 225 млн евро.

В [13] приведены предварительные расчеты по созданию волновых электростанций с использованием преобразования механической энергии набегающих прибрежных волн в электрическую. Предварительные расчетно-экспериментальные данные показали низкую эффективность преобразования пьезогенератора: линейка многослойных пьезогенераторов шириной 10 см и толщиной 5 см обеспечивает получение 8–10 Вт с одного метра при воздействии волны с частотой 0,2–0,25 Гц и высотой до 1 м.

Перспективным направлением является создание пьезоконвертера на основе применения многослойных пьезоэлементов для бытовых устройств, которые преобразуют усилие нажатия человека на кнопку в электрическую энергию. При давлении 1 Н/см 2 многослойный пьезоэлемент площадью 1 см 2 и толщиной 2–3 мм генерирует напряжение 3–12 В, что достаточно для:

передачи сигнала с пульта дистанционного управления для измерения и индикации результатов;
передачи сигнала автомобильного брелока на охранную систему и систему сигнализации;
работы дистанционного радиозвонка для коттеджа (один из производителей таких бытовых звонков фирма Carradon Fredland отмечает, что выигрыш от применения пьезоконвертеров состоит даже не в снижении стоимости батареек, а прежде всего в возможности герметизации всего устройства);
работы безбатарейного устройства, настенного или мобильного, для включения и выключения освещения, которое может быть установлено в стену и не требует прокладки сетевой проводки, что создает дополнительные удобства для пользователей, повышает пожарную безопасность и позволяет экономить на строительно-монтажных работах по прокладке сетевых кабелей;
электромеханической блокировки электронного замка (с помощью пластиковой карточки при ее движении осуществляется передача энергии на микропроцессор, опознающий код карточки).

Мини-пьезогенераторы

В одном из последних обзоров [11] приведены различные варианты создания пьезо-электрических генераторов и наносистем для различных областей применения. Показана перспективность и применение изгибных пьезогенераторов в малогабаритных устройствах беспроводной электроники и устройствах коммуникации (телефоны сотовой связи, смартфоны), бытовой электромеханике и электротехнике.

В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию информационно-измерительных и управляющих систем, способных принимать и идентифицировать электромагнитные сигналы от беспроводных микромощных датчиков, встроенных в различные конструкции сетей передачи информации, расположенные в любых, в том числе и труднодоступных, местах, где возможности централизованного питания ограничены. Большое число элементов в таких информационных беспроводных сетях практически исключает возможность длительного, многолетнего поддержания их работоспособности путем регулярной или выборочной замены источника питания. Достижения в области создания маломощных СБИС наряду с низкими коэффициентами заполнения беспроводных датчиков уменьшают требования к питанию до диапазона десятков и сотен микроватт. Связанная с этим низкая потребляемая мощность открывает возможность обеспечения питанием сенсорных узлов посредством извлечения энергии из окружающей среды, устраняя необходимость в батареях и увеличивая срок службы до бесконечности. В таблице 1 приведено сравнение источников извлечения энергии и источников фиксированной энергии (батарей).

Таблица 1. Сравнение источников извлечения энергии и источников фиксированной энергии

Данные таблицы показывают, что батареи являются приемлемым вариантом при коротких сроках службы. Для длительных сроков службы требуется другое решение. Солнечные элементы обеспечивают превосходную плотность энергии при прямом солнечном свете. Однако практически исключают выработку энергии в закрытых помещениях и зависят от погодных условий. Решение данного вопроса возможно при генерации электрической энергии непосредственно на месте расположения электронного маломощного устройства из энергии окружающей среды.

В таблице 2 приведена информация об источниках вибрации.

Таблица 2. Информация об источниках вибрации

Механизмы преобразования

Существуют три основных механизма преобразования вибраций в электрическую энергию: электромагнитный, электростатический и пьезоэлектрический. В первом случае относительное перемещение между катушкой и магнитным полем вызывает протекание тока в катушке. Электростатический генератор состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком, которые перемещаются относительно друг друга. При перемещении проводников энергия, хранящаяся в конденсаторе, меняется, обеспечивая, таким образом, механизм преобразования механической энергии в электрическую. В третьтем варианте преобразование механической энергии в электрическую происходит на основе пьезоэффекта в пьезокерамическом материале.

В таблице 3 приведено качественное сравнение особенностей указанных трех механизмов преобразования.

Таблица 3. Сравнение особенностей механизмов преобразования

Из анализа данных, приведенных в таблице 3, следует, что наиболее перспективным является прямое преобразование механической энергии колебаний в электрическую, осуществляемое пьезокерамическим преобразователем. В качестве основного элемента преобразователя используются пьезоэлектрические датчики. Прямое преобразование механических колебаний конструкции в электрическую энергию будет наиболее эффективно при использовании гибких пьезоэлектрических датчиков — пьезобиморфов [1–4].

Принципиальная конструкция пьезоэлектрического микропреобразователя на основе пьезобиморфа показана на рис. 3.

В ряде работ [12–14] были проведены расчеты и оптимизация основных параметров, приведенных в таблице 4, а также установлены предельные ограничения, обусловленные механической прочностью конструкции из пьезокерамического материала.

Измерим размер и форму стельки. С помощью ножниц вырежем заготовку из пластика. Она будет основой будущей конструкции, на которой в дальнейшем монтируются пьезоэлектрические диски с дополнительными компонентами.

Помните:

Шаг 5: Идеальный материал

Расположим 3 диска на стельке в местах, где пятка давит на подошву. После этого обведём места предполагаемой установки, чтобы зафиксировать их для дальнейшей работы.

Какие материалы использовались в проекте.

Основываясь на концепцию проекта, необходимо было найти пластину в 2-5 мм толщиной, при этом она должна была быть легкой и жесткой, способной выдержать постоянные нагрузки на изгиб. Металлы слишком жесткие, а углеродное волокно слишком тонкое. После экспериментов с большим количеством материалов выбор пал на ПВХ.

Где можно заполучить ПВХ материал.

ПВХ материалы вокруг нас. Их можно приобрести в ближайшем строительном магазине или попросить у соседа, что недавно делал ремонт и менял сантехнику. Мне повезло, в гараже было полно труб квадратного сечения.

Шаг 6: Вырезаем отверстия ПВХ колодок

Шаг 7: Приклеиваем пьезоэлементы

Крепление дисков должно выдержать многократные изгибы, так как на них будут наступать неоднократно. Не используйте суперклей! При засыхании он твердеет и не проявляет гибкость соединения. Лучшим вариантом в данном случае выступает резиновый клей. Его особенность поддаваться воздействие будет идеальна для проекта.

Шаг 8: Спаиваем пьезоэлементы

Спаиваем элементы параллельно. Не припаивайте их последовательно, так как величина тока вырастит, а напряжения – упадет.

Шаг 9: Изготавливаем диодный мост

Следуем приведенной схеме. Переменный ток не имеет полярности, можно припаивать пьезоэлементы в любом варианте. Нагрузкой (на схеме резистор) будет выступать заряжаемое устройство.

Шаг 10: Добавляем пену

Приклеим небольшие куски пены в центр дисков, они будут выступать в качестве толкателей. С их помощью можно будет выжимать диски во время ходьбы.

Шаг 11: Наблюдение и тестирование

Наконец настало время проверить всю теории в практике. Подключим цифровой мультиметр в режиме амперметра, включив 2-значный диапазон измерения постоянного тока. Помните, что ток в элементах образуется в момент нажатия и держится короткий период времени. Поэтому для более читабельных показаний воспользуемся конденсатором на 100 нФ.

Показания вольтметра:

Нажатие рукой = 15.03 В (2 mA);

Прогулка = 18.53 В (5 mA);

Бег = 27.89 В (11 mA);

Шаг 12: Устанавливаем стельки

Устанавливаем генератор между колодкой и стелькой.

Шаг 13: Добавим батарейный блок

Генератор в пиковых значениях выдает до 28 В. Хотя значение тока и небольшое, но напряжение вполне в состоянии повредить устройство, питающееся от 5В.

Примечание: для безопасной работы устройства необходимо поставить понижающий блок до 5 В.

Шаг 14: Будущие прототипы

Вот такая получалась необычная самоделка. Приятной всем прогулки.

То, что пьезоэлемент не является источником энергии, - очевидно. Ясно также и то, что как преобразователь механической энергии в электрическую, революцию в энергетике он не произведёт. Ведь к чему сводятся идеи использовать пьезогенераторы в кроссовках, в асфальте, в эспандере, на ногах балерины, чтобы ток давала? Всё это сводится к тому, чтобы получить нетрадиционный электрический ток за счёт механической работы (кстати, с крайне низким кпд), которая, в свою очередь, совершается за счёт сжигания традиционного топлива и съёдания традиционной картошки. Пьезогенератор это преобразователь, но никак не источник электроэнергии. Как преобразователь он занимает достойное место в технике в качестве источника электрических зарядов, источника высокого напряжения для целей воспламенения, контроля изоляции и многих других. В некоторых случаях целесообразно применение в качестве микромощных источников питания. В этой статье речь пойдёт о пьезогенераторах, предназначенных для искрообразования и создания электрических зарядов.

Немного теории

(1)

Из формулы следует, что напряжение уже зависит от размеров пьезоэлемента, так как входящая в формулу ёмкость C является функцией межэлектродного расстояния и площади электродов. Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н (100кГ), получим 6 кВ.

Этих сведений вполне достаточно, чтобы проанализировать работу пьезогенератора. Сделаем это на примере пьезоэлектрической зажигалки.

Как работает пьезоэлектрическая зажигалка?

Речь пойдёт о пьезозажигалке нажимного действия, которая по ходу своей клавиши выдаёт серию искр. Есть зажигалки ударного действия, которые выдают одиночную искру при приведении в действие ударного механизма. Пьезоэлектрическая зажигалка – это пример, пожалуй, самого удачного применения пьезогенератора. Это один из самых популярных бытовых приборов в жилищах, оборудованных газовыми плитами для приготовления пищи. Они надёжны, долговечны, не требуют никакого обслуживания и всегда готовы к использованию. На рис.1 представлено фотоизображение раскрытой пьезозажигалки с пьезогенератором. Не будем останавливаться на описании конструкции

Рис.1. Пьезозажигалка в раскрытом виде с пьезогенератором

пьезогенератора, так как в нём нет ничего, выходящего за рамки интеллектуального наследия Архимеда, а рассмотрим упрощённую модель пьезогенератора, изображённую на рис.2. Она представляет собой опору с рычагом, позволяющим прикладывать

1. Почему пьезозажигалка издаёт характерный треск при искрении? Это звук маленьких грозовых разрядов? Нет, хотя эти разряды тоже издают звук, но очень слабый. Сделаем умозрительный эксперимент на модели пьезоэлемента, обратившись к рис.3. Модель включает в себя сильную пружину1, которую можно сжимать, надавливая на платформу3. Имеются дугообразные, более слабые, пружинки2. Почему дугообразные и почему их две – не имеет значения. Просто для красоты рисунка. В экспериментальном наборе имеется множество дугообразных пружинок разной длины, потому что они быстро

ломаются. В исходном состоянии, когда сила равна нулю, подберём две дугообразные пружинки с расстоянием между концами равном расстоянию между платформой и нижним основанием и вставим их, как показано на рисунке. Теперь начнём наращивать усилие сверху. Пружины начнут сжиматься противодействуя силе. Основную нагрузку берёт на себя главный атлант – пружина1. Ей помогают дугообразные пружинки. Но вот, в некоторый момент, дугообразные пружинки ломаются. Атлант остаётся без помощников и резко проседает, дабы мобилизовать дополнительную силу своей упругости и, тем самым, уравновесить внешнюю. В этот же момент мы вставляем новую пару дугообразных пружинок, но уже с меньшим расстоянием между концами, соответствующим новой высоте платформы над основанием. Теперь у сильной пластины вновь два более слабых помощника. Но и они, получив определённую деформацию, также ломаются. Сильная пружина вновь резко проседает и так далее. Затем приостановим этот процесс и, перед тем, как снять внешнее усилие, вставим самые короткие дугообразные пружинки. И не просто вставим, а приклеим их в точках касания. Теперь, будучи свободной от внешней силы, большая пружина начинает ход вверх, растягивая маленькие пружинки. Маленькие пружинки при растяжении также ломаются, а мы ухитряемся их мгновенно заменять и приклеивать. Наконец, большая пружина остановила свой ход, но исходной высоты не достигла, так как последняя пара пружинок не поломалась. Мы их доломаем, и тогда пружина и платформа вернутся в исходное положение. Так что на обратном ходе самостоятельных поломок меньше.

Что же в пьезоэлементе является аналогом сильной и слабой пружин? Что понимается под поломкой слабой пружины? Вообще любое твёрдое тело это пружина. Правда, её ход очень мал и, согласно нашей аналогии, это сильная пружина. Пьезоэлемент это тоже сильная пружина, но в нём, в отличие от обычных твёрдых тел, имеется и слабая пружина. Сжимая обычное твёрдое тело, мы затрачиваем работу на увеличение потенциальной энергии упругости. Сжимая пьезоэлемент, мы также трудимся на увеличение потенциальной энергии, но, кроме этого, создаём в образце электрическое поле, которое также обладает потенциальной энергией. В приведенной выше аналогии можно вообще не вставлять дугообразные пружинки. Тогда сильную пружину будет легче сжать. В пьезоэлементе, то же самое, можно исключить появление электрического поля, закоротив электроды, и также его будет легче сжать.

Ответ на первый вопрос вышел довольно пространный, но зато попутно получилось толкование одного из основных положений пьезоэлектричества. Далее решения будут более короткими.

2. Какова мощность разряда пьезоэлемента? Сделать точный расчёт крайне затруднительно, да и не имеет смысла, а оценить порядок величины любопытно. Мощность тока искры это квадрат напряжения, делённый на сопротивление разрядного промежутка. Напряжение, конечно, меняется за время существования разряда от 3000 вольт до, почти, нуля.. Поэтому возьмём среднее значение 1500 вольт Но какое же сопротивление у разрядного промежутка? Мы его грубо оценим в 1 Ом, так как было замечено, что увеличение сопротивления токовода до 1 Ома уменьшает яркость искры. Теперь делаем расчёт.

мегаватт.

Может быть реальная величина отличается от этого результата, тем не менее порядок величины – миллион!

Подойдём к этому вопросу с другой стороны. По своему определению мощность – это работа за единицу времени. Так и поступим, предварительно вычислив энергию, которая расходуется на работу тока в разрядном промежутке.

3. Какова энергия, потраченная на искровой разряд? Это энергия электрического поля пьезоэлемента. Вычислим её по формуле:

Мы знаем, что ёмкость С равна 40 пФ, а напряжение U к началу пробоя 3000 вольт. Рассчитываем энергию W:

микроджоулей.

Этот результат ещё обсудим, а сейчас продолжим расчёт мощности. Нам не хватает продолжительности существования разряда. Определим это время как удвоенную постоянную времени RC-цепочки, когда напряжение на пьезоэлементе уменьшится на порядок.

наносекунды.

Разделив работу тока на время его протекания, получим следующее значение мощности:

киловатт.

Несмотря на определённый произвол в оценке данных результат получился такого же порядка величины.

4. Каков кпд пьезогенератора зажигалки? Полезная работа вычислена в предыдущем пункте, однако её надо взять на порядок больше, то есть 600 микроджоулей, так как при движении рычага зажигалка выдаёт до 10 искр. Затраченную работу вычислим как произведение хода клавиши (2см) на силу её сжатия. Сила линейно меняется от 0 до 5кГ. Её легко измерить с помощью бытового безмена. В расчёте следует взять среднее значение, 2,5кГ (25Н). Умножив 25Н на 0,02м получим 0,5 дж. Тогда кпд будет равен 1,2*10 -3

5. Сколько тепла выделяет искра? В нашем случае задача искры – поджечь газ. Не всякая искра может поджечь газ, хотя температура в канале разряда, судя по спектральному содержанию, видимо, мало отличается, будь то зажигалка или грозовая молния. Это, примерно, 10000 о К. Для поджига требуется некое критическое количество массы вещества, нагретого до температуры воспламенения, 2 – 3 тысячи градусов. Так, массы пламени спички явно недостаточно, чтобы разжечь костёр из крупных поленьев. В пункте 3 мы выяснили, что энергия искры порядка 60 микроджоулей. Посмотрим, на сколько повысится температура 1см 3 воды, если она получит 60 микроджоулей тепла. Теплоёмкость воды С=4.18 дж/грамм градус. Тогда повышение температуры составит:

четырнадцать миллионных долей градуса! На сколько же повысится температура такого же объёма воздуха? Его теплоёмкость 1дж/грамм градус. Масса 1см 3 почти равна 10 -3 г, один миллиграмм. Повышение температуры 1см 3 воздуха составит:

Источник высокого напряжения

Рассмотрим иную задачу, когда не требуется расходовать пьезоэлектрическую энергию на искрообразование, а ставится цель получить возможно более высокое напряжение. Какое же напряжение можно получить на электродах пьезоэлементов рассмотренных пьезогенераторов без образования разряда? Очевидно не более 15 киловольт, так как расстояние между электродами составляет 15 миллиметров, а электрическая прочность воздуха порядка 1 кВ/мм. Используя формулы (1) получим, что эта сила равна

Подставив значение ёмкости С, ( 40*10 -12 ), напряжения U и пьезомодуля , получим величину силы 2400 ньютонов или 240 кГ. Рычажный механизм обеспечивает действие такой силы при достаточно лёгком нажатии на приводное плечо. При этом величина продуцируемого заряда составит:

микрокулон.

Вы публикуете как гость. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Объявления

Это конечно самое простое решение, а это возможно без изменения номиналов элементов цепей коррекции?)

Усилитель рассчитан на работу с стандартным ЦАП, имеющим на выходе 2 В амплитуды. Варианта 3. Сделать пред, поменять источник или увеличитьь Кус.

Читайте также: