Nicht erzeugte Spannung am DMM und zufällige Spitzen am Oszilloskop

Ich arbeite mit piezoelektrischem Material, das als PZT-P-43 MY PZT-Datenblatt bekannt ist (siehe rot umrandet).

Bisher habe ich versucht, die Energie zu finden, die an meinen 100-uF-Kondensator geliefert wird, aber ich habe einige beispiellose Probleme. Meine Schaltung, die ich gebaut habe, ist

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich verwende einen 100-uF-Kondensator mit einem Spannungspuffer, der von +10 V und -10 V über die Schienen versorgt wird. Nun, meine Probleme sind:

1) Über das Oszilloskop kann ich zufällige Spitzen im Bereich von 15 mV bis 50 mV beobachten, ohne irgendwelche Abgriffe auf dem Piezomaterial zu erzeugen. Die Wellenform dieser Spikes ist unten dargestellt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

2) Sehr interessanterweise zeigt mein DMM eine maximale Spannung von 340 mV (lädt sich langsam auf diesen Wert auf), ohne JEDES KLOPFEN auf das Piezomaterial, bei 340 mV, wenn ich anfange zu klopfen, steigt es sehr langsam an, aber es entlädt sich wieder auf 340 mV. Bei 340 mV wird es also nicht automatisch geladen oder entladen.

Hinweis: 1) Ich habe herausgefunden, dass, wenn ich mein Piezomaterial bei 340 mV nur berühre (mit bloßen Händen), entlädt es sich und sobald ich meine Berührung entferne, lädt es sich auf 340 mV auf. Bedeutet dies, dass Strom durch den Brückengleichrichter zum piezoelektrischen Element zurückfließt? und ja, mein Brückengleichrichter funktioniert absolut einwandfrei.

2) Es gibt einen kontinuierlichen Betrag von mV (3-5 mV), ohne das Piezomaterial zu berühren.

3) Suchen Sie wirklich nach einem RICHTIGEN Weg, um die Energie zu berechnen, die im Kondensator gespeichert ist, und wie viel Energie durch einen einzigen Hahn erzeugt wird.

Ihr Link funktioniert nicht gut, und ich garantiere, dass Ihr Schaltplan falsch ist.
Schema stimmt fast. Der Brückengleichrichter ist ausgeschaltet, Piezo geht an die AC-Punkte, + und - gehen an den Kondensator. C1 ist stark zu groß (nur meine Vermutung), ich würde C1 für die ersten Messungen entfernen. Wenn Sie eine kontinuierliche mechanische Auslösung nicht garantieren können, ist es unmöglich, C1 mit nur einem harten Antippen des Piezos zu laden. Von der Hülse aus darf C1 nicht größer als 1-10 uF sein
Die Schaltung misst nicht wirklich Energie. Es würde so etwas geben, wenn es einen Ladewiderstand über C1 geben würde und Sie messen, wie lange es dauert, C1 zu entladen.
@GeeBee Wenn ich das c1 reduziere, verschwinden diese Spitzen wahrscheinlich? und ja, diese Schaltung diente nicht zum Messen der Energie, aber ich habe mir angesehen, wie sich die Dinge zeigen, bevor ich anfange, die Messwerte zu nehmen. und ich fand diese Probleme, sodass ich mit den Tests nicht fortfahren konnte.
@GeeBee - Ich bezog mich auf die Tatsache, dass das Netzteil des Operationsverstärkers schwebt. Die Tatsache, dass der Operationsverstärker nicht identifiziert wird, ist ebenfalls ein großes Warnsignal.
@WhatRoughBeast, tatsächlich ist das Schweben nur ein Problem, es ist versehentlich auch mit dem Ausgang geerdet. Puh, das hätte ich merken sollen! Der Operationsverstärker ist nur ein Follower, die Frequenz ist nicht zu groß, daher ist der tatsächliche Typ möglicherweise nicht zu relevant. Andererseits ist es einfach, einen Operationsverstärker mit einem Piezo zu töten - der Piezo kann den Eingang des Operationsverstärkers leicht weit über 20 V treiben.
@GeeBee - "Der Piezo kann den Eingang des Operationsverstärkers problemlos weit über 20 V ansteuern." Ähm. 100 uF bei 20 Volt sind 0,02 Joule. Das ist eine Menge Energie unter den gegebenen Umständen. Es impliziert Mega-Newton-Kräfte und für Millisekunden-Transienten Ströme im Ampere-Bereich.
Nein, ich meine ohne Kondensator. Ohne den Kondensator kann es weh tun. (Ich habe unten in der Antwort vorgeschlagen, den Kondensator für die ersten Messungen zu entfernen, deshalb ist es wichtig, den Operationsverstärker nicht zu töten).

Antworten (1)

Ich versuche, eine Antwort zu schreiben, da Kommentare wirklich schwer zu folgen sind.

  • Repariere den Gleichrichter. Es ist falsch verdrahtet, + und - sind das, was Sie messen, die AC-Punkte gehen zum Piezo.
  • Stellen Sie sicher, dass Sie einen verdammt guten Gleichrichter haben. Standardgleichrichter von der Stange funktionieren nicht gut - denken Sie daran, dass eine Diode einen Durchlassspannungsabfall von 0,7 V hat, das bedeutet 700 mV! Und Sie haben ZWEI Dioden, um die Energie weiterzuleiten, sodass Sie 1,4 V am Gleichrichter verlieren.
  • Eliminieren Sie zuerst C1 vollständig. C1 ist zu groß, wenn Sie kleine Piezospitzen messen möchten, frisst C1 diese einfach. Der Widerstand des Piezos und C1 macht einen Tiefpassfilter bei einer sehr niedrigen Grenzfrequenz, also kurz gesagt: Bei C1 sieht man wahrscheinlich nichts, es sei denn, man kann den Piezo kontinuierlich mechanisch ansteuern.

In Anbetracht dessen ist das, was Sie auf dem Oszilloskop sehen können, ein totales Durcheinander, das sehr wahrscheinlich von den Messleitungen, der Umgebung oder der Stromversorgung herrührt. (Es ist eine gute Idee, einen einfachen Akku zu verwenden, da das Netzteil sonst größere Spannungsspitzen verursachen kann, als Sie suchen.)

Was Sie also tun sollten, ist:

  • vergiss diese Schaltung für eine Weile
  • Verbinden Sie das Piezo direkt mit dem Bereich
  • Lösen Sie den Piezo aus, finden Sie heraus, wie Sie den Piezo auslösen können, damit er eine Spitze von etwa 4 V oder mindestens 2 V erzeugt. Wenn Sie es dafür nicht auslösen können, kommen Sie nicht weiter. Ändern Sie Ihr mechanisches Layout oder Ihren mechanischen Abzug.
  • Sobald Sie mindestens 2 V haben, können Sie den Gleichrichter anschließen. Denken Sie daran, dass Standarddioden einen Spannungsabfall von 0,7 V haben, also haben Sie nach dem Gleichrichter 2 V-1,4 V = 0,6 V. Nicht zu viel.
  • C1 anschließen. Ich wette, es wird das gesamte Signal vollständig auffressen, also möchten Sie C1 auf 10uF oder 1uF ändern - wählen Sie es so wenig aus, dass Sie immer noch ein Signal auf dem Oszilloskop sehen können, aber so groß, dass das Signal nicht im Zickzack nach oben geht. zu stark nach unten, sondern hat eher eine einfache Steigung.
  • Jetzt haben Sie ein funktionierendes Piezo-Erntegerät, cool! Um die Leistung zu messen, benötigen Sie etwas: entweder eine Last, an der Sie den Strom messen (siehe meinen anderen Beitrag zu Ihrer anderen Frage), oder eine Last, die die in C1 gespeicherte Energie verbraucht, nachdem die mechanische Auslösung beendet ist. Wie lange C1 Energie an die Last liefern kann, hängt davon ab, wie viel Energie C1 gespeichert hat, was davon abhängt, wie viel Energie Sie produziert haben. Sie sehen also eine exponentielle Flanke der Kondensatorentladung und messen die Zeit von oben bis 10 % der Unterseite.
  • Wie viel Energie bedeutet das wirklich? Ich würde sagen, du kannst es googlen. Ansonsten ist es völlig unwichtig, siehe meinen Kommentar zu Ihrer anderen Frage. Wichtig ist, wie viel Energie Sie aus der Piezo + Whole Energy Harvesting-Lösung entnehmen können. Das Messen des Piezos selbst ist nur ein kleiner Teil der ganzen Wahrheit.
Nicht erzeugte Spannung am DMM und zufällige Spitzen am Oszilloskop
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