Transductores Pizioelectricos



Introducción

Los sensores piezoeléctricos son catalogados como herramientas versátiles para la medición de varios procesos. Son utilizados para garantías de calidad, procesos de control, investigación y desarrollo en diferentes campos industriales. Aunque el efecto piezoeléctrico fue descubierto por Curie en 1880, éste comenzó a ser implementado en las aéreas sensoriales de la industriasolamente a partir del año 1950. Desde entonces, el uso de este principio de medición se ha incrementado, ya que puede ser considerado como una tecnología madura gracias a su fácil manejo y su alto nivel de confiabilidad.
Ya que la industria se encuentra lista para comenzar a utilizar sensores inalámbricos sin suministro exterior de potencia, es el momento de plantearse las últimas innovacionespiezoeléctricas y su aplicación en los sensores. La tecnología sensórica es ya un gran negocio, impulsada entre otras cosas por las necesidades de impulsar la automatización que están imponiendo los elevados costes de la energía. La exploración de fuentes para obtener la energía, reducir el consumo, y sobre todo evitar los costes añadidos de instalaciones por cable, está en pleno auge actualmente,y ha supuesto que de forma inesperada los sensores piezoeléctricos comiencen a adquirir un papel que no tenían hace tan solo un año. En un entorno industrial puede obtenerse energía usando vibraciones del movimiento, e incluso se está estudiando obtenerla a pequeña escala de la lluvia. Esta idea innovadora procede de la Comisión de la Energía Atómica, que lanzó esta idea recientemente en Grenoble.De hecho, con simuladores ya se ha demostrado que los sensores piezoeléctricos pueden obtener energía de la lluvia. Pero donde se pretende aprovechar el potencial de obtención de energía a través de los sensores piezoeléctricos es en los ambientes industriales. Si se consigue comercializar estos sensores, la revolución de la automatización está garantizada, ya que podríamos obtener información demanera inalámbrica y sin aportación de energía desde cualquier punto de la industria. Se abren las puertas de un apasionante mundo al seguimiento en tiempo real de todo tipo de procesos industriales, y a un coste reducido.

1. Principio de funcionamiento.

Algunos materiales son capaces de generar un potencial eléctrico en
respuesta a una deformación mecánica. Dicho potencial se genera a lolargo de ciertos ejes cristalográficos como respuesta a la deformación mecánica. El material sufre un reordenamiento de las cargas internas, tanto positivas como negativas, y por ende producen un potencial eléctrico. Para medir el potencial eléctrico generado se usan dos electrodos, su magnitud es proporcional a la deformación y depende en gran medida de la dirección en que se aplique ladeformación.
El efecto piezoeléctrico es reversible, es decir, que la aplicación de un potencial eléctrico a un cristal piezoeléctrico produce deformación. Ambas propiedades se han empleado considerablemente en la industria y en el diseño de bioinstrumentos.

Los piezoeléctricos son dispositivos de alta impedancia, por esto solo pueden suministrar corrientes muy pequeñas. Si la temperatura es elevada losuficiente estos materiales pueden perder sus propiedades.

Matemáticamente puede establecerse que la carga total inducida (q) es directamente proporcional a la fuerza (f) que se aplica sobre el piezoeléctrico:



Donde k es una constante piezoeléctrica que depende del material. El cambio de voltaje se puede encontrar “asumiendo” que el sistema actúa parecido a un capacitor. Está suposicióntiene sentido, ya que un capacitor es un dispositivo que almacena energía. Aun cuando el piezoeléctrico no la acumule exactamente, este puede brindar un potencial tras la aplicación de la fuerza mecánica adecuada.
La carga en un capacitor q es proporcional al Voltaje (V), y la constante de proporcionalidad es la capacitancia (C). Reemplazando la relación conocida entre capacitancia y...