EspañolVistas:30 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2023-10-09 Origen:Sitio
Los materiales cerámicos piezoeléctricos exhiben los efectos piezoeléctricos hacia adelante e inverso y encuentran una utilización extensa en varios dispositivos, incluidos sensores piezoeléctricos, actuadores, transductores y filtros.
Materiales cerámicos piezoeléctricos
Sus aplicaciones abarcan numerosos sectores como aeroespacial, electrónica de información, maquinaria industrial, tratamiento médico y tecnología automotriz. Según las proyecciones estadísticas, se anticipa que el mercado global de materiales y dispositivos piezoeléctricos alcanza un valor de US $ 35.4 mil millones para el año 2026.
Los sensores automotrices sirven como la principal fuente de información para los sistemas de control electrónico en los vehículos, lo que los convierte en componentes fundamentales de estos sistemas. A medida que los automóviles adoptan cada vez más la electrónica y la automatización, su dependencia de los sensores continúa creciendo. De hecho, un automóvil familiar ordinario puede incorporar más de 200 sensores. Entre estos, los sensores de cerámica piezoeléctrica incluyen tipos como sensores de detonación, sensores ultrasónicos y sensores de aceleración.
Un sensor de detonación de cerámica piezoeléctrica comprende un oscilador de cerámica piezoeléctrica, una lámina de metal, una junta de sellado, una carcasa de metal y más. La carga generada por el oscilador piezoeléctrico es directamente proporcional a las vibraciones del cilindro del motor. El voltaje resultante se transmite a la unidad de control electrónico a través del cableado blindado, lo que permite la detección del voltaje generado por vibración de aproximadamente 7 kHz. Según la magnitud del voltaje, la unidad de control electrónico determina la aparición de golpes del motor.
Dependiendo de la intensidad de la vibración, el sincronización de encendido se ajusta rápidamente o con un retraso, evitando golpear por adelantado. Esto asegura que el motor funcione cerca del umbral de golpes durante la ignición, optimizando la eficiencia térmica y reduciendo el consumo de combustible. Este enfoque logra un estado operativo libre de golpes, lo que permite que el motor funcione a su máximo potencial en términos de potencia y eficiencia económica.
Los sensores ultrasónicos sirven como sistemas de evitación de colisión inversa para automóviles y alarma. Consisten en una carcasa de aleación de aluminio, un transductor de cerámica piezoeléctrico, materiales que absorben el sonido y electrodos de plomo. Al aplicar una señal eléctrica a la cerámica piezoeléctrica, se generan vibraciones mecánicas, emitiendo ondas ultrasónicas. Estas olas se recuperan al encontrar obstáculos durante la propagación del aire. Al llegar a la cerámica piezoeléctrica, generan una señal eléctrica.
Transductor de sonido ultrasónico
A través del procesamiento de datos que involucra diferencias de tiempo, el sistema calcula y muestra la distancia entre el vehículo y los obstáculos. En caso de una colisión inminente, el sistema desencadena una alarma. Esta tecnología detecta con precisión pequeños obstáculos ubicados detrás del vehículo o dentro de los puntos ciegos del conductor. Además, los sensores ultrasónicos se emplean en sistemas de suspensión controlados electrónicamente para monitorear directamente la distancia entre el chasis del vehículo y la superficie de la carretera.
Los sensores de aceleración de cerámica piezoeléctrica encuentran aplicación en sistemas de airbag automotrices. Estos sensores consisten en dos láminas de cerámica piezoeléctrica unidas con un electrodo interno compartido, formando una estructura de diodo. Se instalan en la dirección del movimiento del vehículo, se configuran como vigas en voladizo y se integran con el circuito periférico utilizando la tecnología de película gruesa.
Ubicados dentro de una carcasa, estos sensores detectan la intensidad de colisión instantánea del vehículo, ya sea a velocidades bajas o altas y lo convierten en una salida de señal eléctrica. En las colisiones de alta intensidad, el airbag se despliega de manera rápida y precisa, lo que mejora el rendimiento de seguridad del vehículo.
La cerámica piezoeléctrica se ordeiza el efecto piezoeléctrico inverso para crear actuadores piezoeléctricos, ampliamente empleados en el sector automotriz para tareas como controlar espejos de visión retrovisora eléctrica, puertas y ventanas eléctricas y asientos eléctricos. Esta forma de actuación ofrece varias ventajas: reduce significativamente el tamaño del motor, cuenta con un control preciso, permanece inmune a la interferencia electromagnética, funciona en silencio y puede facilitar directamente el control de movimiento lineal sin requerir un mecanismo de conversión para traducir el movimiento de rotación en movimiento lineal.
Una innovación notable en la industria automotriz es el inyector piezoeléctrico, un nuevo sistema de inyección de combustible impulsado por la cerámica piezoeléctrica. Esta tecnología permite un control preciso sobre el volumen y el tiempo de inyección, lo que lleva a una mayor eficiencia de combustible y una reducción de las emisiones de escape. Los inyectores piezoeléctricos se han convertido en un elemento básico en los sistemas de inyección electrónica de automóviles avanzados, superando a los carburadores mecánicos tradicionales. Pueden aumentar la potencia del motor en un 5% a 10%, al tiempo que disminuye simultáneamente el consumo de gasolina en el mismo margen, lo que resulta en una reducción del 20% en las emisiones de escape.
La mayoría de los conductores de cerámica piezoeléctricos utilizados en inyectores piezoeléctricos en el mercado dependen de la cerámica piezoeléctrica PZT convencional. Estas cerámicas son favorecidas por su elevado coeficiente piezoeléctrico, rendimiento confiable y resistencia mecánica robusta. Sin embargo, su temperatura curie (TC) ronda alrededor de 360 ° C, limitando su uso a temperaturas por debajo de 180 ° C. En consecuencia, existe una necesidad inmediata del desarrollo de materiales piezoeléctricos de alta temperatura que ofrecen un rendimiento excepcional, rentabilidad y estabilidad de la temperatura para expandir su aplicabilidad en entornos desafiantes.
El ruido en los automóviles se ha convertido en un factor significativo que afecta la experiencia general de conducción. Cuando un automóvil se conduce a bajas velocidades y las pastillas de freno hacen contacto con el rotor, puede provocar vibraciones, lo que a veces conduce a ruidos desagradables y duros. Si bien este ruido no afecta el rendimiento de frenado, a menudo requiere el reemplazo innecesario de las pastillas de freno y la adición de varios componentes como juntas y materiales que absorben el sonido para eliminar el ruido.
Una solución efectiva para mitigar este problema es incorporar un mecanismo sencillo de freno de cerámica piezoeléctrica en el pistón de freno del automóvil. Este mecanismo introduce un 'Jitter ' periódico controlado a la placa de soporte dentro del conjunto de la pastilla de freno. Esta vibración controlada amortigua efectivamente las vibraciones responsables de los ruidos agudos, lo que permite ajustes basados en factores como la temperatura, la humedad y las condiciones de frenado. Esta solución funciona a la perfección como parte del desgaste regular del sistema de transmisión del vehículo.
En los accidentes de tráfico, la falla de los neumáticos es un factor significativo que contribuye a incidentes repentinos, con reventones de neumáticos que representan una parte notable de tales accidentes. En consecuencia, mantener la presión adecuada de los neumáticos mientras se conduce y detectar rápidamente las fugas de los neumáticos son medidas cruciales para prevenir las explosiones de los neumáticos.
Sensor piezoal para la máquina de equilibrio de ruedas
La solución prevaleciente para el monitoreo automatizado de la condición de neumáticos en los vehículos es el Sistema de Monitoreo de Presión de Neumáticos (TPMS). Este sistema monitorea continuamente y automáticamente la presión de los neumáticos en tiempo real mientras el vehículo está en movimiento, emitiendo alertas para la fuga de neumáticos y la baja presión de aire para mejorar la seguridad vial.
Actualmente, los productos TPMS dependen de las baterías para la energía, lo que implica inevitablemente ciertos inconvenientes, incluidos el volumen, la necesidad de reemplazo periódico de la batería, degradación del rendimiento en temperaturas extremas y la vida útil de la batería reducida general. En consecuencia, existe un creciente interés en explorar soluciones pasivas de TPMS. De hecho, las propiedades únicas de la cerámica piezoeléctrica ofrecen vías prometedoras para el desarrollo de la tecnología pasiva TPMS.
En los últimos años, a medida que ha aumentado el número de automóviles en nuestro país, las expectativas de las personas para la seguridad y la comodidad de los vehículos han crecido significativamente. Se espera que esta tendencia continúe ya que las tecnologías como los materiales y estructuras de cerámica piezoeléctrica, la conservación ambiental, los compuestos, la nanotecnología y otras innovaciones impulsan aún más el desarrollo y la aplicación de cerámicas piezoeléctricas avanzadas en la industria automotriz.
