Sensor Piezoelectrico
Páginas: 8 (1978 palabras)
Publicado: 11 de octubre de 2011
Dpto. de Ingeniería Eléctrica y Electrónica SENSORES PIEZOELÉCTRICOS
Sensores y Actuadores
La palabra "piezo" se deriva del griego que significa "prensar" y el efecto piezoeléctrico es la producción de electricidad mediante la presión. Solamente ocurre en ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad el presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio defuncionamiento consiste en la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de un esfuerzo. Es un efecto reversible ya que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre dos caras de un material piezoeléctrico, aparece una deformación. Estos efectos fueron descubiertos por Jacque y Pierre Currie en 1880-81. Piezoelectricidad Capacidad de algunos materiales de admitir un cambio en el campoeléctrico que a su vez modifique las dimensiones del material, en tanto un cambio en las dimensiones genera un campo eléctrico. Efecto Piezoeléctrico. Se presenta en cristales asimétricos tal como el cuarzo SiO2 (natural) o el Titanato de Bario BaTiO3 (artificial) que sin presión mecánica, las moléculas están acomodadas de tal forma que en sus extremos no se presenta ninguna diferencia de potencial.Sin embargo, si a este material se le aplica una fuerza de compresión, éste presenta una deformación, lo cual a nivel molecular resulta en un movimiento de los átomos, desplazando los iones cargados con carga positiva hacia un lado y los de carga negativa hacia el otro, provocando una diferencia de potencial. Cabe aclarar que es solamente una diferencia de potencial iónica, es decir, no haydesprendimiento de electrones debido al esfuerzo mecánico, sólo reacomodo de moléculas.
a) b) c) Fig. 1. Efecto Piezoeléctrico: a) sin fuerza aplicada, b) con fuerza de compresión, c) con fuerza de tensión (sentido inverso). Debido a que en cada molécula las cargas positivas se desplazan hacia un lado y las negativas hacia el otro, el efecto general en el material es la aparición de un voltaje en dosde sus caras. Si la fuerza es en el sentido inverso (fuerza de tensión), el material se estira de manera proporcional a la fuerza, sin embargo, el área transversal a la fuerza se contrae.
Instituto Tecnológico de Sonora
1-7
Dpto. de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Efecto Piezoeléctrico Inverso
Sensores y Actuadores
Si a este material se le aplica un voltaje en dos de sus caras,los átomos de cada molécula serán atraídos por su respectiva carga opuesta, lo cual produce un estiramiento del material en una dirección perpendicular al voltaje.
b) Fig. 2. Efecto Piezoeléctrico inverso: a) apliacndo voltaje positivo, b) con volatje negativo. Si el voltaje se invierte, ahora el voltaje repele a los átomos de su misma carga produciendo una compresión del material en ladirección perpendicular al voltaje. Con lo anterior se puede deducir que un material piezoeléctrico puede funcionar como sensor o como actuador, dependiendo del efecto que se le aplique. Materiales piezoeléctricos Los materiales piezoeléctricos se pueden clasificar en naturales y sintéticos, dentro de los naturales encontramos los cristales de cuarzo y turmalina y dentro de los sintéticos se encuentran lasal de Rochelle, el titanato de bario y algunos componentes cerámicos como PZT (titanatos —circonatos de plomo), metaniobato de plomo, el fluoruro de polivinilideno (PVF2 o PVDF), trifluoroetileno TrFE P(VDF/TRFE), el nylon y la polyurea.
a)
V =Q
C
= Qh
ε 0ε r aL
Fig. 3: Esquemático de un Piezoeléctrico.
El piezoeléctrico forma un capacitor, cuya carga depende de ladeformación del dispositivo.
La figura 3 representa esquemáticamente un material piezoeléctrico en forma de lámina con electrodos metálicos depositados sobre caras opuestas.
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2-7
Dpto. de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Sensores y Actuadores
Debido a que el cristal no es conductor sino aislante, el voltaje generado es acoplado por electrodos en las...
Sensores y Actuadores
La palabra "piezo" se deriva del griego que significa "prensar" y el efecto piezoeléctrico es la producción de electricidad mediante la presión. Solamente ocurre en ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad el presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio defuncionamiento consiste en la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de un esfuerzo. Es un efecto reversible ya que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre dos caras de un material piezoeléctrico, aparece una deformación. Estos efectos fueron descubiertos por Jacque y Pierre Currie en 1880-81. Piezoelectricidad Capacidad de algunos materiales de admitir un cambio en el campoeléctrico que a su vez modifique las dimensiones del material, en tanto un cambio en las dimensiones genera un campo eléctrico. Efecto Piezoeléctrico. Se presenta en cristales asimétricos tal como el cuarzo SiO2 (natural) o el Titanato de Bario BaTiO3 (artificial) que sin presión mecánica, las moléculas están acomodadas de tal forma que en sus extremos no se presenta ninguna diferencia de potencial.Sin embargo, si a este material se le aplica una fuerza de compresión, éste presenta una deformación, lo cual a nivel molecular resulta en un movimiento de los átomos, desplazando los iones cargados con carga positiva hacia un lado y los de carga negativa hacia el otro, provocando una diferencia de potencial. Cabe aclarar que es solamente una diferencia de potencial iónica, es decir, no haydesprendimiento de electrones debido al esfuerzo mecánico, sólo reacomodo de moléculas.
a) b) c) Fig. 1. Efecto Piezoeléctrico: a) sin fuerza aplicada, b) con fuerza de compresión, c) con fuerza de tensión (sentido inverso). Debido a que en cada molécula las cargas positivas se desplazan hacia un lado y las negativas hacia el otro, el efecto general en el material es la aparición de un voltaje en dosde sus caras. Si la fuerza es en el sentido inverso (fuerza de tensión), el material se estira de manera proporcional a la fuerza, sin embargo, el área transversal a la fuerza se contrae.
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Dpto. de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Efecto Piezoeléctrico Inverso
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Si a este material se le aplica un voltaje en dos de sus caras,los átomos de cada molécula serán atraídos por su respectiva carga opuesta, lo cual produce un estiramiento del material en una dirección perpendicular al voltaje.
b) Fig. 2. Efecto Piezoeléctrico inverso: a) apliacndo voltaje positivo, b) con volatje negativo. Si el voltaje se invierte, ahora el voltaje repele a los átomos de su misma carga produciendo una compresión del material en ladirección perpendicular al voltaje. Con lo anterior se puede deducir que un material piezoeléctrico puede funcionar como sensor o como actuador, dependiendo del efecto que se le aplique. Materiales piezoeléctricos Los materiales piezoeléctricos se pueden clasificar en naturales y sintéticos, dentro de los naturales encontramos los cristales de cuarzo y turmalina y dentro de los sintéticos se encuentran lasal de Rochelle, el titanato de bario y algunos componentes cerámicos como PZT (titanatos —circonatos de plomo), metaniobato de plomo, el fluoruro de polivinilideno (PVF2 o PVDF), trifluoroetileno TrFE P(VDF/TRFE), el nylon y la polyurea.
a)
V =Q
C
= Qh
ε 0ε r aL
Fig. 3: Esquemático de un Piezoeléctrico.
El piezoeléctrico forma un capacitor, cuya carga depende de ladeformación del dispositivo.
La figura 3 representa esquemáticamente un material piezoeléctrico en forma de lámina con electrodos metálicos depositados sobre caras opuestas.
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Debido a que el cristal no es conductor sino aislante, el voltaje generado es acoplado por electrodos en las...
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