Italianonumero Sfoglia:30 Autore:Editor del sito Pubblica Time: 2023-10-09 Origine:motorizzato
I materiali ceramici piezoelettrici mostrano sia gli effetti piezoelettrici in avanti che quelli inversi e trovano un ampio utilizzo in vari dispositivi, tra cui sensori piezoelettrici, attuatori, trasduttori e filtri.
Materiali in ceramica piezoelettrica
Le loro applicazioni abbracciano numerosi settori come aerospaziale, elettronica di informazione, macchinari industriali, cure mediche e tecnologia automobilistica. Secondo le proiezioni statistiche, si prevede che il mercato globale per i materiali e i dispositivi piezoelettrici raggiungano un valore di 35,4 miliardi di dollari entro l'anno 2026.
I sensori automobilistici fungono da fonte di informazioni principali per i sistemi di controllo elettronico nei veicoli, rendendoli componenti chiave di questi sistemi. Man mano che le automobili abbracciano sempre più l'elettronica e l'automazione, la loro dipendenza dai sensori continua a crescere. In effetti, un'auto di famiglia normale può incorporare oltre 200 sensori. Tra questi, i sensori ceramici piezoelettrici includono tipi come sensori di detonazione, sensori ad ultrasuoni e sensori di accelerazione.
Un sensore di detonazione in ceramica piezoelettrica comprende un oscillatore in ceramica piezoelettrica, una lamiera di metallo, una guarnizione di tenuta, un involucro di metallo e altro ancora. La carica generata dall'oscillatore piezoelettrico è direttamente proporzionale alle vibrazioni del cilindro del motore. La tensione risultante viene trasmessa all'unità di controllo elettronico tramite cablaggio schermato, consentendo il rilevamento della tensione generata da vibrazione di circa 7kHz. Sulla base della grandezza della tensione, l'unità di controllo elettronica determina l'insorgenza del bussare al motore.
A seconda dell'intensità delle vibrazioni, il tempismo di accensione viene regolato prontamente o con un ritardo, impedendo il bussare in anticipo. Ciò garantisce che il motore funzioni vicino alla soglia di bussare durante l'accensione, ottimizzando l'efficienza termica e riducendo il consumo di carburante. Questo approccio raggiunge uno stato operativo senza bussai, consentendo al motore di eseguire al massimo potenziale in termini di potere ed efficienza economica.
I sensori ad ultrasuoni fungono da sistemi di evitamento della collisione e allarme inversa. Sono costituiti da un involucro in lega di alluminio, un trasduttore ceramico piezoelettrico, materiali che assorbono il suono ed elettrodi di piombo. Applicando un segnale elettrico alla ceramica piezoelettrica, vengono generate vibrazioni meccaniche, emettendo onde ad ultrasuoni. Queste onde rimbalzano dopo aver incontrato ostacoli durante la propagazione dell'aria. Dopo aver raggiunto la ceramica piezoelettrica, generano un segnale elettrico.
Trasduttore audio ad ultrasuoni
Attraverso l'elaborazione dei dati che coinvolge le differenze di tempo, il sistema calcola e mostra la distanza tra il veicolo e gli ostacoli. In caso di collisione imminente, il sistema innesca un allarme. Questa tecnologia rileva accuratamente piccoli ostacoli situati dietro il veicolo o all'interno dei punti ciechi del conducente. Inoltre, i sensori ad ultrasuoni sono impiegati in sistemi di sospensione controllati elettronicamente per monitorare direttamente la distanza tra il telaio del veicolo e la superficie della strada.
I sensori di accelerazione ceramica piezoelettrica trovano l'applicazione nei sistemi di airbag automobilistici. Questi sensori sono costituiti da due fogli di ceramica piezoelettrica legati a un elettrodo interno condiviso, che formano una struttura di diodo. Sono installati nella direzione del movimento del veicolo, configurati come travi a sbalzo e integrati con il circuito periferico utilizzando la tecnologia a film spesso.
Ospitati all'interno di un involucro, questi sensori rilevano l'intensità di collisione istantanea del veicolo, a bassa o alta velocità e lo convertono in un'uscita del segnale elettrico. Nelle collisioni ad alta intensità, l'airbag viene distribuito prontamente e accuratamente, migliorando le prestazioni di sicurezza del veicolo.
La ceramica piezoelettrica sfrutta l'effetto piezoelettrico inverso per creare attuatori piezoelettrici, ampiamente impiegati nel settore automobilistico per attività come il controllo di specchietti retrovisori elettrici, porte elettriche e finestre e sedili elettrici. Questa forma di attuazione offre diversi vantaggi: riduce significativamente le dimensioni del motore, vanta un controllo preciso, rimane immune all'interferenza elettromagnetica, funziona silenziosamente e può facilitare direttamente il controllo del movimento lineare senza richiedere un meccanismo di conversione per tradurre il movimento rotazionale in movimento lineare.
Un'innovazione degna di nota nell'industria automobilistica è l'iniettore piezoelettrico, un nuovo sistema di iniezione di carburante guidato da ceramiche piezoelettriche. Questa tecnologia consente un controllo preciso sul volume e sui tempi di iniezione, portando a una maggiore efficienza del carburante e una riduzione delle emissioni di scarico. Gli iniettori piezoelettrici sono diventati un punto fermo nei sistemi di iniezione elettronica automobilistica avanzati, sovraperformando i tradizionali carburatori meccanici. Possono aumentare la potenza del motore dal 5% al 10%, riducendo contemporaneamente il consumo di benzina dello stesso margine, con conseguente riduzione del 20% delle emissioni di scarico.
La maggior parte dei driver di ceramica piezoelettrica utilizzati in iniettori piezoelettrici sul mercato si basa sulla convenzionale ceramica piezoelettrica PZT. Queste ceramiche sono favorite per il loro coefficiente piezoelettrico elevato, prestazioni affidabili e una solida resistenza meccanica. Tuttavia, la loro temperatura Curie (TC) si aggira intorno a 360 ° C, limitando il loro uso a temperature inferiori a 180 ° C. Di conseguenza, vi è una necessità immediata per lo sviluppo di materiali piezoelettrici ad alta temperatura che offrono prestazioni eccezionali, efficacia in termini di costi e stabilità della temperatura per espandere la loro applicabilità in ambienti difficili.
Il rumore nelle auto è diventato un fattore significativo che ha un impatto sull'esperienza di guida complessiva. Quando un'auto viene guidata a basse velocità e le pastiglie dei freni entrano in contatto con il rotore, può provocare vibrazioni, a volte portando a rumori spiacevoli e duri. Sebbene questo rumore non influisca sulle prestazioni di frenata, spesso richiede la sostituzione non necessaria delle pastiglie dei freni e l'aggiunta di vari componenti come guarnizioni e materiali che assorbono il suono per eliminare il rumore.
Una soluzione efficace per mitigare questo problema è quella di incorporare un semplice meccanismo di freno in ceramica piezoelettrica nel pistone del freno dell'auto. Questo meccanismo introduce un 'jitter ' controllato, periodico 'alla piastra di supporto all'interno del gruppo della pastiglia del freno. Questa vibrazione controllata smorza efficacemente le vibrazioni responsabili dei rumori acuti, consentendo regolazioni basate su fattori come la temperatura, l'umidità e le condizioni di frenata. Questa soluzione funziona perfettamente come parte della normale usura del sistema di guida del veicolo.
Negli incidenti stradali, il fallimento dei pneumatici è un fattore significativo che contribuisce agli incidenti improvvisi, con gli scoppi di pneumatici che rappresentano una parte notevole di tali incidenti. Di conseguenza, il mantenimento della corretta pressione dei pneumatici durante la guida e il rilevamento prontamente delle perdite dei pneumatici sono misure cruciali per prevenire gli scoppi di pneumatici.
Sensore piezoelente per la macchina per bilanciamento delle ruote
La soluzione prevalente per il monitoraggio automatizzato delle condizioni dei pneumatici nei veicoli è il sistema di monitoraggio della pressione dei pneumatici (TPMS). Questo sistema monitora continuamente e automaticamente la pressione dei pneumatici in tempo reale mentre il veicolo è in movimento, emettendo avvisi sia per la perdita di pneumatici che per la bassa pressione dell'aria per migliorare la sicurezza stradale.
Attualmente, i prodotti TPMS si basano sulle batterie per l'energia, che comportano inevitabilmente alcuni svantaggi, tra cui la volontà, la necessità di sostituzione periodica della batteria, il degrado delle prestazioni a temperature estreme e la durata complessiva della batteria ridotta. Di conseguenza, c'è un crescente interesse nell'esplorazione di soluzioni passive TPMS. In effetti, le proprietà uniche della ceramica piezoelettrica offrono strade promettenti per lo sviluppo della tecnologia passiva TPMS.
Negli ultimi anni, con l'aumentare del numero di automobili nel nostro paese, le aspettative delle persone per la sicurezza e il comfort dei veicoli sono cresciute in modo significativo. Questa tendenza dovrebbe continuare come tecnologie come materiali e strutture ceramici piezoelettrici, la conservazione ambientale, i compositi, la nanotecnologia e altre innovazioni guidano ulteriormente lo sviluppo e l'applicazione di ceramiche piezoelettriche avanzate nel settore automobilistico.
