بررسی تغییر دمای سیال بر عملکرد ترانسدیوسر آکوستیکی توان بالا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله اثر دما بر امپدانس الکتریکی، فرکانس رزونانس و آنتی رزونانس یک مبدل پیزوالکتریک آکوستیکی پرتوان بررسی شده است. این اثرات در طراحی مدارهای الکترونیکی متصل به پروژکتور تانپیلز پرتوان که در تمیز نمودن لوله­ های نفتی با استفاده از امواج آکوستیکی کاربرد دارد، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. به ­این منظور یک لولۀ مخصوص نگهداری روغن، مبدل، تجهیزات گرمایشی و کنترل، طراحی و ساخته شد. دو دماسنج حساس، دمای روغن و مبدل را به‌صورت دقیقی اندازه­ گیری می­کند. رفتار امپدانسی در ناحیۀ دماییoC 120-20 و در بازۀ فرکانسی kHz25-18 انجام شد. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش دما، فرکانس رزونانس Hz480 و آنتی رزونانس Hz400 کاهش یافته است. تغییرات مقدار امپدانس افزایشی 43 اهمی در فرکانس رزونانس و کاهشی 965 اهمی در فرکانس آنتی رزونانس را نشان می­دهد. نتایج آزمایش‌ها نشان می­ دهد که امپدانس، فرکانس رزونانس و آنتی رزونانس به‌شدت به دما وابسته هستند. این موضوع می­تواند برای تحقیقات آینده در خصوص افزایش بازده آکوستیکی مبدل‌های پرتوان در سیستم­های تمیزکننده به‌خصوص در لوله­ های نفتی موردتوجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effects of fluid temperature variation on the high power acoustic tonpilz projector in the cleaning system

نویسندگان [English]

  • mohammad hadi sokhanvar
  • Reza Mardani
Malek-Ashtar University of Technology
چکیده [English]

In this paper, the effect of temperature on electrical impedance, resonant frequency and antiresonance of a plural acoustic piezoelectric transducer has been investigated. These effects are being studied in the design of electronic circuits connected to the high-power Tonpillos projector that is used to clean oil pipelines using acoustic waves. A special oil storage tank, converter, heating equipment and control were designed and constructed. Two sensitive thermometers, oil temperature and converter are accurately measured. The impedance behavior was performed in the temperature range of 20-120 ° C and in the frequency range 18-25 kHz. The results show that with increasing temperature, the frequency of the resonance is 480 Hz and the antiresonance of 400 Hz is decreased. Changes in the magnitude of the impedance increase of 43 ohms in the resonant frequency and a decrease of 965 ohms at the antiresonance frequency. The results of the experiments show that impedance, resonant frequency and antiresonance are strongly dependent on temperature. This could be considered for future research on increasing the acoustic efficiency of high-capacity converters in cleaning systems, especially in oil pipelines.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acoustic transducer
  • resonance and antiresonance frequency
  • electric impedance
  • temperature effects

[1] Baptista FG, Budoya DE, de Almeida VA, Ulson JA. An experimental study on the effect of temperature on piezoelectric sensors for impedance-based structural health monitoring. Sensors. 2014 Jan 10; 14(1):1208-27.

[2] Yao Q, Bjorno L. Broadband Tonpilz underwater acoustic transducers based on multimode optimization. IEEE transactions on ultrasonic, ferroelectrics, and frequency control. 1997 Sep; 44(5):1060-6.

[3] Jordan TL, Ounaies Z. Piezoelectric ceramics characterization. Institute for computer applications in science and engineering; 2001 Sep.

[4] Miclea C, Tanasoiu C, Amarande L. Effect of temperature on the main piezoelectric parameters of a soft PZT ceramic Romanian Journal of Information Science and Technology.

2007 Jan 1;10(3):243-50.

[5] Kim SB, Park JH, Ahn H, Liu D, Kim DJ. Temperature effects on output power of piezoelectric vibration energy harvesters. Microelectronics Journal. 2011 Aug 1; 42(8):988-91.

[6] Butt Z, Pasha RA. Effect of temperature and loading on output voltage of lead zircon ate titan ate (PZT-5A) piezoelectric energy harvester. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016 Aug; 146(1): 012016

[7] Ilg J, Rupitsch SJ, Lerch R. Impedance-based temperature sensing with piezo ceramic devices. IEEE Sensors Journal. 2013 Jun; 13(6):2442-9.

[8] خادمی سعید. پیزوسرامیک­ها و مبدل‌های پیزوالکتریک زیر آب. ویرایش 1. تهران:  انتشارات دانشگاه صنعتی مالک اشتر؛1384.ص.21-25.

 [9] Trainer M. Ferroelectrics and the Curie-Weiss law. European Journal of Physics. 2000 Sep; 21(5):459.

 [10] Berlincourt DA, Curran DR, Jaffe H. Piezoelectric and piezo magnetic materials and their function in transducers. Physical Acoustics Principles and Methods. 1964; 1(Part A):247.

[11] Lee S, Kim M, Kim J, Yoo S. Equivalent circuit with temperature parameters for piezoelectric sensor under space environment. Paper presented at: 2012 IEEE International Ultrasonics Symposium; 2012 Oct 7; Dresden.