Принцип работы пьезозажигалки: Устройство зажигалок на сайте о зажигалках

Содержание

BRIG :: Устройство зажигалок

ПЬЕЗО ЗАЖИГАЛКИ

В пьезо зажигалках для осуществления поджога используется пьезоэлемент. Пьезоэлемент — это механизм в котором образуется искра от удара в пьезопластинку. Под действием удара в пьезопластинку возникает деформация пьезопластинки, на поверхности которой образуется электрический заряд, который мы видим в виде искры при нажатии кнопки зажигания на пьезо зажигалке.

СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОМ

Амплитуда колебаний диска сильно увеличена для наглядности.

Воспламенение происходит путем срабатывания этого пьезоэлемента и возникновения искры между проводом пьезоэлемента и рассекателем на конце верхнего клапана зажигалки. Рассекатель образует газо-воздушную смесь, которая и обеспечивает зажигание. Ни в коем случает нельзя самим прикасаться к рассекателю потому, что зажигалка может выйти из строя. Такие зажигалки с пьезоэлементом очень долговечны.

ПЬЕЗО ЗАЖИГАЛКИ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ФУНКЦИЯМИ

В последние годы все чаще в продаже появляются пьезо зажигалки с дополнительными функциями. В зажигалки встраивают различные устройства, которые могут понадобится в различных ситуациях в быту. Если раньше в продаже имелись только зажигалки с открывалкой для пива в бутылках, то сейчас с легкостью можно преобрести зажигалки: с часами, с фонариком, с термометром, с компасом,с шариковой ручкой,с духами, и с другими дополнительными и полезными функциями. Самыми распрастранёнными в данный момент являются пьезо зажигалки с фонариком. Зажигалки пьезо с фонариком могут использоваться в быту и как зажигалка и как фонарик. Такая зажигалка может пригодиться всегда, в мало освещенном помещении или на улице. Дома такая зажигалка тоже очень пригодна для использования, а возможность многократно заправлять газ позволит зажигалке прослужить долго. У нас вы можете купить зажигалки оптом со следующими дополнительными функциями: зажигалки с фонариком, зажигалки с ручкой, зажигалки с мигалкой, зажигалки с турбированным пламенем.

ПЬЕЗО ЗАЖИГАЛКИ В НАШЕМ КАТАЛОГЕ

BRIG ПЬЕЗО

BRIG ПЬЕЗО С ФОНАРИКОМ

ПЛАМЯ ПЬЕЗО ЗАЖИГАЛКИ

Газ, в обычных газовых пьезо зажигалках, выходит с верхнего клапана через рассекатель с небольшой скоростью и на выходе перемешивается с воздухом.

ПРИМЕЧАНИЕ

1. Зажигалки, в которых закончился газ, лучше не использовать.

2. Предохраняйте зажигалку от грязи, воды и пыли.

3. До рассекателя или турбины лучше не прикасаться, это может испортить зажигалку.

Как работает пьезозажигалка, разбор и принцип работы пьезозажигалки

Многие, кто пользуются газовыми плитами, знают про такую удобную в
хозяйстве вещь. Пьезозажигалка, висящая рядом с плитой, заменяет сотни
коробков спичек.

Открывая газ, мы подносим носик с контактами к горелке и
нажимаем на кнопку. Раздается треск электрической искры и газ
загорается ровным синим пламенем. Но что же внутри зажигалки? Разберем

и посмотрим

Внутри пластмассового корпуса уложены провода и блок
пьезоэлемента. В данной модели в качестве электродов разрядника торчат
зачищенные жилы одножильного медного провода. Основной элемент – блок
пьезоэлемента:

Он увеличивает и передает на пьезоэлемент давление с кнопки. Как
и в классическом рычаге мы проигрываем в перемещении но выигрываем в
силе. Чем выше приложенная к пьезокристаллу сила (до предела прочности)
тем выше его поляризация.
Рассмотрим сам пьезоэлемент:

Конструктивно он выполнен в полиэтиленовом корпусе виде двух

цилиндров пьезоэлектрика, соединенных параллельно, середина является
одним полюсом и выводится к разряднику проводом, второй электрод –
корпус, те площадки, на который давит рычаг.

Для того что бы равномерно распределить нагрузку на торец пьезоэлектрика устанавливаются стальные диски.

Как можно использовать пьезозажигалку не по назначению?

Во первых ее можно использовать как источник высокого напряжения в опытах по электростатике (напряжение около 15000 вольт).

Во вторых щелчок такой пьезозажигалкой по электронике (а энергия
искры у нее больше чем в маломощный карманных газовых пьезозажигалках)
наверняка выведет ее из строя, причем внешних следов никаких не
останется, всё будет выглядеть как электрический пробой.

Так можно
например вывести из строя мобильный телефон начальника, щелкнув по
разъему датакабеля.

Источник

Отзыв о покупке двух интересных зажигалок для газовой плиты: электронной на батарейках и с пьезоэлементом на кнопке

Всем привет!
Две интересные зажигалки сегодня у меня на обзоре — электрическая и с пьезоэлементом. Одна из них работает от батарейки (аккумулятора) типоразмера АА, а вторая не требует ничего дополнительного (ни батарейки, ни газа, ни кремния).

Давненько я уже планировал попробовать лично нечто подобное. В оффлайне конечно можно встретить почти в каждом хозяйственном магазине зажигалки для мангала и для бытовых печей. Но все они работают от газа и соответственно требует дозаправки. А герои сегодняшнего обзора выделяются как раз таки тем, что газ им не нужен вообще.

Упаковка и внешний вид.
Приехали зажигалки в фирменных упаковках.

Электрическая отправляется продавцом в рандомном цвете. Мне достался синий, но может попасться и белый, и салатовый. Принципиальной разницы конечно тут нет, от цвета конструкция или качество не отличаются. Металлическая с пьезоэлементом доступна только в одном варианте.

Свой рассказ начну с более дешевой — пластиковой. Упаковка у нее простенькая — это пластиковый блистер, без дополнительной комплектации или мануала. На единственной бумажке товар именуется как Electronic Igniter Click-01, что дословно переводиться как — электронный зажигатель.

На обратной стороне говориться, что устройство работает от одной батарейки типоразмера АА на 1.5В, а так же есть и прочая информация.

В живую зажигалка оказалась несколько больше чем я себе представлял. Но это даже к лучшему, потому что в руках она лежит отлично. Выполнен корпус из матового пластика, в моем случае синего цвета. Та его часть, которая будет непосредственно находиться вблизи газовой конфорки, закрыта металлической трубкой.

Качество сборки не на высшем уровне. При сильном зажатии в руке можно услышать похрустывания и скрипы.

Общая длина устройства примерно — 25см, металлической трубки — 7см, а толщина в самом широком месте — 4см.

Трубка сделана не из цельного куска металла.

Место выхода искры — сопло с отверстиями по бокам.

Никаких надписей о модели устройства о его технических особенностей на корпусе нет вообще никаких. Ноунейм в чистом виде. Отсек под единственную батарейку находиться в нижней части рукоятки. Работает зажигалка от одной пальчиковой батарейки АА на 1.5В, либо же можно использовать аккумулятор такого же типоразмера на 1.2В. Работает в обои случаях без каких либо проблем, искра на глаз вроде одинаковая.

Включается большой кнопкой, лежащей на верхней части корпуса. Нажимается с некоторым усилием, без щелчка.

Внутреннее строение.
Разберем и глянем, что внутри. Оставлю фото без комментариев, так как особо не разбираюсь в схематехнике таких зажигалок.

Проверка на практике.
Принцип работы в данной модели простой, нажимаем на единственную кнопку и получаем непрерывную искру с определенной частотой. Искра выдается до тех пор пока мы держим эту самую кнопку.

В реальности это выглядит так —

Поджигать конфорку очень удобно и нет необходимости подносить зажигалку очень близко.

В момент выхода искры потребление составляет — 2.63мА, что считаю очень экономным. Думаю даже самой простой батарейки хватит на долго, а аккумулятор на 2450мАч (тот, что использовал я) продержится наверно больше года. Во включенном состоянии, расхода энергии нет, так что можно хранить устройство с вставленным элементом питания не опасаясь быстрого саморазряда.

Перейдем к рассмотрению второго решения. Эта зажигалка стоит в два раза дороже первой и имеет немного другой принцип работы, ей не требуется батарейка или газ.

Упаковка и внешний вид.

Хоть эта зажигалка и стоит дороже первой, ее упаковка и комплектация принципиально ничем не отличается. Все очень по — простому. Но бросается сразу в глаза другое, и на упаковке и на самом устройстве везде красуется надпись — Made in Japan (сделано в Японии). Учитывая, что в Китае подделывает все, даже продукты на рынке, поверить в это очень сложно.

Называется данная модель — Spark-l.

Внешний вид напоминает пистолет. Корпус выполнен практически полностью из нержавеющей стали. Единственный пластиковый элемент небольшого размера удерживает в ровном положении трубку. В данном случае качество изготовления на две головы выше чем у пластиковой электрозажигалке. Тут все собрано идеально, нет ни люфтов ни каких то прочих косяков. Металл не тонкий, толщина стенок корпуса примерно 0.7мм, а курка — 1мм. Под давлением не гнется и не издает посторонних скрипов или похрустываний.
Общая длина корпуса от края сопла до края рукоятки — 27 см, а если взять в расчет нижний край — 29 см, длина самой ручки — 10 см, а толщина — 3.

5 см, длина трубки — 13 см, а толщина — 0.8 см. Весит — 146.7 г.

На ручке выдавлена надпись — сделано в Японии.

Имеется и отверстие для подвешивания. Можно крепить либо на крючок, либо привязать темляк.

Наклейка от производителя гарантирует нам до 30 тысяч «выстрелов». Что при умеренном использовании должно гарантированно хватить на 2 года.

В руке держать удобно, хотя рукоятка мне показалась немного скользкой. Могли бы сделать какие — нибудь насечки.

Толщина стенок сопла примерно 0.5 мм. Трубка жесткая и под усилием так же не прогинается.

Искра от центральной иглы передается на корпус.

Механизм работы такой же как у электрической. Для получения искры необходимо нажать на курок, но если в электрической она выдается непрерывно, до тех пор пока кнопка в нажатом положении, то здесь импульс одноразовый. Внутри стоит обычный пьезоэлемент, как во многих современных газовых зажигалках.

При срабатывании, т.е. выстреле слышен громкий и отчетливый звук. Курок кстати тугой, поэтому не всегда удается ровно держать зажигалку.

Демонстрация работы в реальных условиях —

Заключение.
Сегодня я показал две схожие по своему предназначению, но разные как по качеству так и по принципу работы зажигалки для газовой плиты. Первая, электрическая в реальных условиях показала себя лучше. Ею оказалось удобнее и быстрее поджигать конфорку. Она не потребляет большого количества энергии, поэтому даже самой обычной батарейки будет хватать на долгое время. Но, а вот качество ее изготовления подкачало. Корпус собран не ровно, есть люфты и похрустывания. Правда и цена у нее не высокая.
Вторая зажигалка с пьезоэлементом оказалась намного качественнее. К сборке не придерешься, все собрано идеально. Металлический корпус на практике конечно долговечнее обычного пластика, есть и отверстие для шнурка. Но при реальном использовании, как мне лично показалась она уступает дешевой пластиковой.

Поджечь конфорку удается не всегда с первого раза, иногда требуется 3-4 попытки, и подносить ее надо как можно ближе. Ресурса пьезоэлемента как заявляет производитель гарантированно должно хватить на 30 тысяч срабатываний. Проверить эта будешь сложно, так что подтвердить или опровергнуть не могу.

Ссылка на электронную зажигалку Electronic Igniter Click-01 — Тут.
Ссылка на пьезозажигалку SPARK-L — Тут.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Как работает пьезоэлемент в зажигалке, пьезоэлектрический генератор

Конструктивно он выполнен в полиэтиленовом корпусе виде двух
цилиндров пьезоэлектрика, соединенных параллельно, середина является
одним полюсом и выводится к разряднику проводом, второй электрод –
корпус, те площадки, на который давит рычаг.

Для того что бы равномерно распределить нагрузку на торец пьезоэлектрика устанавливаются стальные диски.

Как можно использовать пьезозажигалку не по назначению?

Физические свойства пьезоэлемента

Пьезоэлектрические материалы по своей сути довольно простые и характеризуются всего лишь двумя физическими величинами – диэлектрической проницаемостью и пьезоэлектрическим модулем. От первой величины зависит емкость пьезоэлемента, а от пьезоэлектрического модуля – электрический заряд, образующийся на электродах, после того как к ним была приложена какая-то сила.

В пьезокерамике для описания процесса применяется три модуля в зависимости от расположения силы, действующей по отношению к полярности оси пьезоэлемента.

Наиболее выраженный эффект проявляется в модуле d33, в котором первая цифра индекса означает направление полярной оси вдоль оси Z традиционной системы координат, а вторая указывает на направление действующей силы вдоль этой же оси. За счет этого пьезоэлемент с величиной модуля d33 существенно превышает значение комбинаций с другими направлениями.

Прямой пьезоэффект модуля измеряется в единицах кулон/ньютон (К/Н). Именно эта величина характеризует материал, из которого он изготовлен. Независимо от приложенной силы и размеров самого элемента, при воздействии силы в 1 ньютон, на электродах будет образовываться один и тот же заряд.

Для определения напряжения на электродах существует формула: U = q/C, в которой в свою очередь q = F d33. Из данной формулы видно, что в отличие от заряда, напряжение будет зависеть от размеров пьезоэлемента, поскольку емкость С связана с площадью электродов и расстоянием между ними. Если в качестве примера взять емкость обычной зажигалки, равной 40 пикофарадам (пф), то приложенная сила в 1 Н даст напряжение 6 В. Соответственно, если сила увеличится до 1000 Н (100 кг), то полученное напряжение составит уже 6 кВ.

Принцип работы

Действие пьезоэлемента наиболее четко просматривается на примере зажигалки нажимного действия. При нажатии на клавишу, зажигалка выдает целую серию искр, что свидетельствует о наиболее удачном использовании пьезогенератора в данной конструкции. Чтобы представить себе принцип работы, рекомендуется рассмотреть схему упрощенной модели этого устройства. Она выполнена в виде опоры с рычагом, создающим большое усилие, воздействующее на пьезоэлемент.

Сами элементы представляют собой сплошные цилиндрические конструкции, на торцах которых расположены электроды. Они соприкасаются друг с другом, поэтому на них воздействует одинаковая сила. Ориентация каждого пьезоэлемента между собой выполнена таким образом, чтобы электроды соприкасающихся поверхностей имели один заряд, например, положительный, а противоположные концы – заряд с другим знаком. Порядок подключения необходимо обязательно соблюдать, особенно при изготовлении подобного устройства своими руками.

Под действием рычага электроды замыкаются, и возникает электрическое параллельное соединение каждого пьезоэлемента между собой. От точки соприкосновения выводится токовод с закругленным наконечником, расположенным от металлической основы на определенном расстоянии. Во время нажатия на рычаг воздушный промежуток между основой и наконечником пробивается электрической искрой. Теперь уже понятно, как работает такая зажигалка. При дальнейшем нажатии усилие возрастает, что приводит к появлению второй и последующей искр. Это будет происходить до тех пор, пока пьезоэлементы не разрушатся полностью.

Применение

Любой пьезоэлемент можно использовать в современных технических устройствах разного назначения. Они применяются в качестве кварцевых резонаторов, миниатюрных трансформаторов, пьезоэлектрических детонаторах, генераторах частоты с высокой стабильностью и во многих других местах. Каждый прибор устроен таким образом, что в нем может использоваться не только кристаллический кварц, но и элементы из поляризованной пьезокерамики.

Однако пьезоэлемент не ограничивается одними лишь зажигалками. В настоящее время ведутся работы по решению задачи, как сделать использование этих материалов более продуктивным. Данный принцип достаточно давно применяется на танцевальных площадках и стоянках автомобилей, где под давлением происходит превращение механической энергии в электрическую.

В перспективе возможно устройство более мощных энергодобывающих систем. В настоящее время разрабатываются генераторы, обладающие небольшими размерами, основой которых служит нитрид алюминия, успешно заменивший традиционный цирконат-титанат свинца. Данное устройство по своей сути является беспроводным температурным датчиком, способным накапливать энергию от различных вибраций и передавать полученные данные через установленные промежутки времени.

В настоящее время преобразователи на базе пьезоэлементов устанавливаются на реактивные самолеты. Данное техническое решение дает возможность экономии до 30% топливных ресурсов, используя колебания крыльев и самого фюзеляжа. Созданы экспериментальные светофоры, работающие от аккумуляторов, заряжающихся от колебаний воздуха, вызванных городским шумом.

В будущем эти разработки позволят ликвидировать дефицит мощностей. С помощью пьезоэлементов станет возможно получать электричество в результате движения автомобилей по специально оборудованным трассам. Даже десять километров такой пьезодороги выдадут около 5 МВт/час. Тротуары для пешеходов также внесут свой вклад в добычу электроэнергии. Данное направление очень интересное и перспективное, привлекающее внимание ученых многих стран.

Пьезогенераторы — новые источники электроэнергии. Фантазии или реальность?

Тонкая пьезоэлектрическая пленка на оконном стекле, поглощающая шум улицы и преобразующая его в энергию для зарядки телефона. Пешеходы на тротуарах, эскалаторах метро, которые заряжают через пьезо преобразователи аккумуляторы автономного освещения. Плотные потоки автомобилей на оживленных трассах, вырабатывающие мегаватты электроэнергии, которой хватает для целых городов и поселков.

Фантастика? К сожалению, пока да, и таковой может остаться. Есть большая вероятность, что скоро закончится ажиотаж вокруг сенсационных сообщений о чудесных перспективах генераторов энергии на пьезоэлементах. А мы будем опять мечтать о безопасной, возобновляемой и, что греха таить, дешевой электрической энергии, полученной с привлечением других явлений. Ведь список физических эффектов замечательно велик.

Явление пьезоэлектричества было открыто братьями Джексоном и Пьером Кюри в 1880 году и с тех пор получило широкое распространение в радиотехнике и измерительной технике. Заключается оно в том, что усилие, приложенное к образцу пьезоэлектрического материала, приводит к появлению на электродах разности потенциалов. Эффект обратим, т.е. наблюдается и обратное явление: прикладывая к электродам напряжение, образец деформируется.

В зависимости от направления преобразования энергии пьезоэлектрики делятся на генераторы (прямое преобразование) и двигатели (обратное). Термин “пьезогенераторы” характеризует не эффективность превращения, а только направление преобразования энергии.

Именно первым явлением, связанным с генерацией электричества при механическом воздействии, заинтересовались в последние годы инженера и изобретатели. Как из рога изобилия, посыпались сообщения о возможностях получения электрической энергии, утилизируя уличный шум, движение волн и ветра, нагрузки от перемещения людей и машин.

Сегодня известно несколько примеров практического использования подобной энергии. На станции метро «Марунучи» в Токио установлены пьезогенераторы в зале для приобретения билетов. Скопления пассажиров хватает для управления турникетами.

В Лондоне, в элитной дискотеке, пьезогенераторы питают несколько ламп, которые стимулируют танцующих и …продажу прохладительных напитков. Стали обыденными пьезоэлектрические зажигалки. Сейчас любой курильщик носит в кармане собственную «электростанцию».

Сравнительно недавно взорвало мировую общественность сообщение об испытаниях систем получения энергии от движущегося автотранспорта. Израильские ученые из небольшой фирмы Innowattech подсчитали, что 1 километр автобана может генерировать электрическую мощность до 5 МВт. Они не только выполнили расчеты, но и вскрыли несколько десятков метров полотна автострады и смонтировали под ним свои пьезогенераторы. Казалось, что наконец наступил прорыв в области альтернативной энергетики. Но в этом возникают серьезные сомнения.

Рассмотрим подробней физику процессов, происходящих в пьезоэлектрике. Для знакомства с принципами генерации энергии пьезоэлектрическими материалами достаточно понимания нескольких базовых механизмов. При механическом воздействии на пьезоэлемент происходит смещение атомов в несимметричной кристаллической решетке материала. Это смещение приводит к возникновению электрического поля, которое индуцирует (наводит) заряды на электродах пьезоэлемента.

В отличие от обычного конденсатора, обкладки которого могут сохранять заряды достаточно долго, индуцированные заряды пьезоэлемента сохраняются только до тех пор, пока действует механическая нагрузка. Именно в это время можно получить от элемента энергию. После снятия нагрузки индуцированные заряды исчезают. По сути, пьезоэлемент является источником тока ничтожной величины, с очень высоким внутренним сопротивлением.

Поскольку специалисты компании Innowattech так и не сочли нужным поделиться с широкой общественностью результатами своего эксперимента, попробуем сами сделать грубые численные прикидки эффективности работы пьезоэлектриков в качестве источника энергии. В качестве объекта для расчетов возьмем обычную бытовую пьезозажигалку – единственное изделие, получившее сейчас широкое распространение.

Из обилия технических характеристик пьезоматериалов нам понадобятся всего несколько. Это значение пьезоэлектрического модуля, которое для распространенных (а иных пока промышленность не выпускает) пьезоэлектриков составляет от 200 до 500 пикокулон (10 в минус 12 степени) на ньютон, и характеризует эффективность генерации заряда под воздействием силы.

Эта характеристика не зависит от размеров пьезоэлемента, а полностью определяется свойствами материала. Поэтому пытаться делать более мощные преобразователи за счет увеличения геометрических размеров бессмысленно. Емкость обкладок пьезоэлемента зажигалок известна и составляет около 40 пикофарад.

Рычажная система передачи усилия на пьезоэлемент создает нагрузку приблизительно 1000 ньютонов. Зазор, в котором проскакивает искра — 5 мм. Диэлектрическую прочность воздуха принимаем 1 кВ/мм. При таких исходных данных зажигалка генерирует искры мощностью от 0,9 до 2,2 мегаватта!

Но не стоит пугаться. Длительность разряда составляет всего 0,08 наносекунды, отсюда такие огромные значения мощности. Подсчет же суммарной энергии, генерируемой зажигалкой, дает значение всего 600 микроджоулей. При этом КПД зажигалки, с учетом того, что механическое усилие через рычажную систему полностью передается пьезоэлектрику, составляет всего … 0,12%.

Предлагаемые в разных проектах схемы извлечения энергии близки к режимам работы зажигалок. Отдельные пьезоэлементы генерируют высокое напряжение, которое пробивает разрядный промежуток, и ток поступает на выпрямитель, а затем в накопительное устройство, например, ионистор. Дальнейшее преобразование энергии стандартно и интереса не представляет.

От зажигалок перейдем к задаче получения энергии в промышленных масштабах. Пусть будут использованы наиболее эффективные элементы, генерирующие 10 милливатт на элемент. Собранные в кластеры (группы) по 100-200 элементов, они помещаются под полотно дороги. Тогда для получения заявленной величины мощности порядка 1 МВт на километр дороги потребуется всего… 100 миллионов отдельных элементов с индивидуальными схемами съема энергии. Остается еще задача ее суммирования, преобразования и передачи потребителю. При этом токи элементов, учитывая изменяющуюся нагрузку на дорожное полотно, будут лежать в диапазоне нано или даже пикоампер.

Знакомясь с подобными проектами получения энергии от пьезоэффекта, невольно напрашивается аналогия с гидроэлектростанцией, в которой турбины работают от влаги утренней росы, бережно собранной с окрестных полей.

А как же с экспериментом израильской компании? Отчет о результатах «вредительства» на полотне автострады так и не появился. А ведь впереди выполнение контракта на получении энергии с автострады Венеция – Триест, который заключила фирма Innowattech.

По этому поводу есть одна версия: это компания типа «стартап», т.е. с высоким риском инвестиционного капитала. Получив более чем скромные предварительные результаты исследователей, ее основатели решили оправдать затраченные деньги инвесторов и провернули великолепный маркетинговый ход – провели эффектное испытание с участием прессы. И весь мир заговорил о маленькой компании. И в этом шуме потерялся основной вопрос: где же мегаватты дешевой энергии?

Подводя итоги, можно сделать только один вывод: пьезоэлементы никогда не станут альтернативными источниками электроэнергии в промышленных масштабах. Круг их применений ограничится маломощными (микромощными) источниками питания и датчиками. А жаль, такая красивая была идея!

Пьезоэлектрический генератор электрической мощности

Ажиотаж в мире в отношении создания пьезоэлектрических источников энергии до недавнего времени не отличался высоким уровнем изобретательских предложений. Например, учёные Израиля предлагают монтировать пьезоэлементы в дорожном полотне и использовать энергию проезжающих машин. В Японии пол одного из залов метро покрыт пьезоэлементами. Эти и подобные им проекты генераторов напряжения не выдерживают никакой критики с экономической точки зрения. Причина в следующем.
За один щелчок электрозажигалки, который длится примерно 0,1 наносекунды, выделяется мощность более 2 мегаватт. То есть мощность за секунду равна 0,2 ватта. Если бы можно было сделать 1000 щелчков в секунду, то получили бы мощность 200 ватт. Мощность большая, но как сделать 1000 щелчков в секунду. Это невозможно, но вот прижать пьезоэлемент к гладкому вращающемуся колесу 20 и более тысяч раз можно, возбуждая в нём ультразвуковые колебания.
Это хотя бы доказывает ниже приведенный рисунок (рис.1). Тридцать ватт отбираемой от пьезоэлемента мощности (ватт на грамм пьезоэлемента) в непрерывном режиме при напряжении 300В было достаточно, чтобы питать люминесцентную лампу. Для этого энергия вращающегося колеса преобразовывается в изгибные ультразвуковые колебания камертона выполненного на одном из концов пакета Ланжевена, и затем, за счёт пьезоэффекта, в электрические колебания высокой частоты.

То есть, с помощью пьезоэлементов можно создавать не только электрические генераторы напряжения, но и генераторы мощности.
Идея использовать пьезоэлектрический мотор в качестве генератора мощности (рис.2) долго обходилась без должного внимания. Причина в том, что, согласно этой идее, один тип колебаний принудительно должен возбуждаться в одной из частей пьезоэлемента. Эту часть назовём возбудителем. Для этого, помимо механического воздействия, используется отдельный источник питания. Второй тип колебаний должен генерироваться в другой части пьезоэлемента, за счёт принудительного вращения ротора. Эту часть пьезоэлемента назовём генератором.

Испытания опытных образцов подтвердили возможность получения энергии в генераторе. Но мощность генератора должна быть в несколько раз больше мощности отбираемой от источника питания возбудителя. Иначе в таком генераторе нет смысла. Вот как раз это долго и не получалось.
Лишь только относительно недавно Вячеслав Лавриненко, изобретатель пьезоэлектрического мотора, пенсионер, работая у себя дома после тщательной подборки материалов пьезоэлемента и контактных пар смог получить полезную мощность на нагрузке в несколько раз больше, мощности, отбираемой от дополнительного источника питания. Появилась возможность часть мощности генератора направить в возбудитель и убрать дополнительный источник. Эту задачу он решал двумя способами.
По первому способу измерял амплитуду и фазу на входе возбудителя и с помощь реактивных элементов подгоняли под такую же амплитуду и фазу напряжение на выходе генератора. То есть, как и в обычных электрических генераторах выполнялись условия баланса амплитуды и фазы. Когда эти условия были выполнены, выход замыкался с входом.
По второму способу напряжение с генератора преобразовывалось в постоянное напряжение, которым питался усилитель мощности и маломощный генератор переменного напряжения. По мере того, как удалось устойчиво получать полезную мощность в пределах 0,2 Ватта на грамм пьезоэлемента, Лавриненко обнаруживает интересный эффект, соизмеримый в физике с открытием, который он сформулировал так:

В двух, совмещённых в одном теле, резонаторах взаимно перпендикулярных акустических колебаний, с частотами резонанса смещёнными друг относительно друга для создания сдвига фаз между колебаниями при их возбуждении спонтанно генерируются взаимно поперечные колебания на частоте между упомянутыми резонансными частотами при фрикционном взаимодействии тела с другим телом, например, с вращающимся колесом.
То есть, при фрикционном взаимодействии упомянутых тел существует положительная обратная связь. Появление случайных колебаний образуют эллипс, размеры которого увеличиваются при вращении колеса. Подобным образом в электрическом усилителе напряжения, охваченной положительной обратной связью спонтанно возбуждаются электрические колебания, и энергия источника постоянного напряжения преобразуется в переменное напряжение. Зависимость этого напряжения от скорости вращения имеет вид, показанный на рис.3.

Обнаруженный эффект значительно упрощает идею создания пьезоэлектрических генераторов мощности, причем мощность в 5 ватт на грамм пьезоэлемента становится вполне реальной. Будут ли они иметь преимущества перед электромагнитными генераторами можно будет сказать только со временем, по мере их изучения, хотя о некоторых из них можно говорить уже сейчас.
Отсутствие меди и обмоток – это надёжность в условиях повышенной влажности. Отсутствие тяжёлых металлов (меди и сплавов железа) – это высокие удельные параметры. Получаемый на выходе высокочастотный сигнал, легко трансформируется под любую нагрузку. А главное преимущество, что для любых частот вращения колеса не требуется редуктор. Достаточно лишь правильно рассчитать диаметр колеса.
При невозможности применения солнечных батарей, пьезоэлектрические генераторы мощности, используя энергию, мускул или ветра, могут их заменить, например, для зарядки аккумуляторов ноутбуков, планшетов и пр. Хотя актуальность направления очевидна, для его развития требуется достаточная финансовая поддержка, которой, как и у многих проектов наших стран, пока нет.

Пьезогенераторы. Устройство и работа. Особенности и применение

С развитием технологий человечество начинает расходовать все меньше энергии понапрасну. Появились солнечные панели, ветровые электростанции, солнечные концентраторы, пьезогенераторы, суперконденсаторы и иные устройства, которые помогают людям получать альтернативную энергию и сохранять ее. Большинство из этих устройств уже используются в повседневной жизни.

Но наука не стоит на месте, в скором времени можно будет получать энергию с помощью повседневных и малозначительных движений. Это можно будет сделать при помощи пьезогенераторов. Ее вполне хватит, чтобы быстро зарядить телефон или плеер. Могут появиться и такие пьезогенераторы, которые будут подзаряжать, к примеру, наручные часы при помощи возбуждения, которое передается сердцебиением.

Устройство

В последние годы было создано несколько опытных образцов пьезогенераторов для различного применения. Они могут быть объединены в два различных класса, которые отличаются по типу колебаний, продольных и поперечных.

Пьезогенератор, работающий по продольной схеме колебаний. В данном устройстве одиночный пьезоэлемент монтируется в подкладку обуви, он позволяет генерировать определенную мощность энергии при быстром передвижении, к примеру, при беге человека. Данное устройство изобретено в техническом университете Луизианы и был выполнен в виде специального спирального пластинчатого пьезоэлемента.

На данный момент обеспечить надежность и долговечность подобного устройства затруднительно в виду хрупкости пьезокерамического материала. Однако данная идея может оказаться продуктивной при использовании гибких пьезополимерных пластин. Но подобные материалы на данный момент находятся на стадии исследований.

Не менее перспективны пьезогенераторы, работающие на изгибных колебаниях. Они также могут отличаться своей конфигурацией и конструктивным исполнением.

Для источников питания сравнительно большой мощности созданы опытные образцы макропьезогенераторов самых разных конструкций. К самым продвинутым разработкам подобного класса устройств можно отнести экспериментальную систему накопителей энергии, созданную на основе пьезогенераторов, которые вмонтированы в настил пола у билетных терминалов на входе в станции метро Marunouchi (Токио).

Известно устройство взрывного пьезогенератора, который включает:

Устройство инициирования:
Генератор ударной волны:
Пьезоэлектрический преобразователь, выполненный из набора пьезопластин, соединенных параллельно:
Электроды, которые нанесены на противоположные грани пьезопластин, расположены перпендикулярно выходной поверхности генератора ударной волны:
Блок пьезопластин размещен в цилиндрический объем, у которого торцевая часть совпадает с поверхностью генератора ударной волны:
Генератор ударной волны выглядит как аксиально симметричная конструкция, она выполнена из слоя взрывчатого вещества, конического алюминиевого лайнера и конической алюминиевой крышки.

Принцип действия

Пьезоэффект, который применяется в пьезогенераторах, заключается в том, что в устройстве имеется специальный диэлектрик, к которому прикладываются механические напряжения. В результате диэлектрик на двух разных концах создает разницу потенциалов. В итоге, создавая давление на подобный пьезоэлемент, можно на выходе получить электрическое напряжение определенной величины.

Пьезоэффект также может вызывать и обратное преобразование, то есть обеспечить превращение электрической энергии в механическую, к примеру, для создания звуковых излучателей. По типу применяемого соотношения между вектором поляризации пьезоэлемента и направлением механических колебаний пьезогенераторы можно разделить на классы с поперечным и продольным направлением механического воздействия.

Если рассматривать физику процессов, которые происходят в пьезоэлектрике, подробней, то все выглядит довольно просто. Для этого нужно только понимать принципы генерации энергии пьезоэлектрическими материалами:

При механическом воздействии на пьезоэлемент наблюдается смещение атомов в его материале, то есть в несимметричной кристаллической решетке.
Данное смещение приводит к появлению электрического поля, которое приводит к индукции зарядов на электродах пьезоэлемента.

В отличие от стандартного конденсатора, обкладки которого способны сохранять заряды весьма долго, индуцированные заряды пьезогенератора сохраняются до момента, пока не перестает действовать механическая нагрузка. Именно в течение данного периода от элемента можно получать энергию. Как только нагрузка снимается, индуцированные заряды исчезают.

Явление пьезоэлектричества открыто братьями Пьером и Джексоном Кюри в 1880 году, с того времени оно широкое распространение в измерительной технике и радиотехнике. Термин «пьезогенераторы» характеризует лишь направление преобразования энергии, а не эффективность превращения. Именно с явлением, связанным с генерацией электричества в случае механического воздействия, заинтересовались инженера и изобретатели в последние годы.

Начали появляться сообщения о возможностях получения электрической энергии при помощи воздействия разной механической энергии:

Движение волн и ветра.
Воздействие уличного шума.
Нагрузки от перемещения машин и людей.
Сердцебиение и так далее.

На основе всех этих вариантов стали придумываться различные изобретения. Многие из них уже нашли применение, а некоторые на данный момент находятся в планах, так как технологии не достигли требуемого уровня.

Применения и особенности

На текущий момент известно несколько вариантов практического применения пьезогенераторов в:

Пьезозажигалках с целью высокого напряжения на специальном разряднике от движения пальца. Сегодня любой курильщик может носить в кармане собственную «электростанцию».
Качестве чувствительного элемента в приемных элементах сонаров, микрофонах, головках звукоснимателя электрофонов, гидрофонах.
Контактном пьезоэлектрическом взрывателе, к примеру, к выстрелам гранатомета РПГ-7.
Датчиках в виде чувствительного к силе элемента, к примеру, датчиках давления газов и жидкостей, силоизмерительных датчиках и так далее.

Обратный пьезоэлектрический эффект может применяться в:

Пьезокерамических излучателях звука, к примеру, музыкальные открытки, всевозможные оповещатели, которые используются в самых разных бытовых устройствах от стандартных наручных часов до техники на кухне.
Системах сверхточного позиционирования, к примеру, позиционер перемещения головки винчестера, в сканирующем туннельном микроскопе в системе позиционирования иглы.
Излучателях гидролокаторов (сонарах).
Ультразвуковых излучателях для ультразвуковой гидроочистки (промышленные ультразвуковые ванны, ультразвуковые стиральные машины).
Пьезоэлектрических двигателях.
Струйных принтерах для подачи чернил.
Адаптивной оптике с целью изгиба отражающей поверхности деформируемого зеркала.

Обратный и прямой эффект пьезогенераторов одновременно используются в:

Датчиках на специальных поверхностных акустических волнах.
Ультразвуковых линиях задержки специальных электронной аппаратуры.
Приборах на эффекте специальных поверхностных акустических волн.
Пьезотрансформаторах с целью изменения напряжения высокой частоты.
Кварцевых резонаторах, применяемых в качестве эталона частоты.

Большинство из применяемых пьезогенераторов вырабатывают небольшой ток. Отдельные пьезоэлементы могут генерировать высокое напряжение, которое пробивает разрядный промежуток, затем ток поступает на выпрямитель, после чего в накопительное устройство, к примеру, ионистор.

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ пьезогенераторов можно выделить:

Длительный срок службы.
Небольшие габариты.
Мобильность.
Отсутствие отходов, а также загрязнения окружающей среды.
Независимость от погодных и природных условий.
Не требует выделения дополнительных площадей.
Широкая применяемость пьезогенераторов в самых разных устройствах.
Отличное решение в качестве источника электрических зарядов, контроля изоляции, источника высокого напряжения с целью воспламенения и многих других. В некоторых случаях применение пьезогенераторов целесообразно в качестве микромощных источников питания. Максимальное напряжение, которое могут выдавать пьезогенераторы, в большинстве случаев не превышает 1,6 В, чего вполне хватает для небольших источников света, мобильных плееров или мобильных коммуникационных аппаратов.

Среди недостатков пьезогенераторов можно выделить:

Небольшой ток. Пьезогенератор является преобразователем, но не источником электроэнергии.
Выработка электрического заряда только в момент механического воздействие. Ток идет краткосрочный, что требует внедрение в ряд устройств дополнительных элементов. В результате конструкция усложняется, а значит, утрачивает свою надежность.
На текущий момент времени пьезогенераторы не могут использоваться для питания мощных устройств.

Перспективы

Развитие технологий в ближайшем будущем позволит использовать пьезогенераторы мощности в случае невозможности применения солнечных батарей. Они смогут эффективно заменить их, для этого потребуется энергия ветра, моря или мускул. Вырабатываемой энергии вполне будет хватать для зарядки аккумуляторов планшетов, ноутбуков и возможно для питания целого дома.
Сегодня проводятся опыты по созданию систем с пьезогенераторами, которые могли бы получать энергию от движущегося автотранспорта. По подсчетам ученых километр автобана способен генерировать электрическую мощность, равную 5 МВт. Однако на текущий момент прорыв в этой области альтернативной энергетики останавливает недостаточное развитие технологий.
В обозримом будущем будет возможно подзаряжать плеер, мобильный телефон или иное устройство, просто положив его в карман. А сердцебиение человека сможет стать источником тока, к примеру, для портативного датчика артериального давления. Подобные революционные перспективы открываются благодаря созданию плоских миниатюрных «наногенераторов», которые могут при тряске, сгибании или сжатии вырабатывать то же напряжение, что и стандартная батарейка АА.

распространенные причины поломок и способы их устранения

Если раньше газовые плиты проектировались без функции пьезоподжига, которая попросту считалась ненужной, то сегодня такой это является неотъемлемой частью каждой новой модели техники. Такие новшества принесли в жизнь пользователя не только новые возможности, поскольку теперь, время от времени, приходится сталкиваться с ситуацией, когда не работает пьезоподжиг на газовой плите, а вы совершенно не знаете, что с этим делать.

Согласитесь, вызывать мастера при каждой поломке электоподжига несколько нецелесообразно, к тому же, такой ремонт не требует специальных навыков. В данном случае важно безошибочно определить причину неисправности и научиться проводить ремонт техники своими руками.

Несмотря на совершенствование каждой новой модели газовой плиты, пьезоэлемент может время от времени выходить из строя. Причина может быть как в элементарном отсутствии искры, так и в повреждении изоляции провода или перегорании трансформатора. Далее в статье будут представлены самые частые типы поломок электроподжига, а вы сможете ознакомиться с пошаговым ремонтом пьезоподжига в зависимости от вида неисправности.

Содержание статьи:

Принцип работы пьезоэлемента

Функция электроподжига применяется только на газовых плитах, позволяя поджигать голубое топливо в автоматическом режиме, и, тем самым, избавляя пользователя от необходимости контактировать с открытым огнем.

Такая, на первый взгляд, удобная функция пьезоподжига считается одной из самых капризных и ненадежных устройств современной .

При обнаружении неисправности не стоит пытаться включать систему со снятыми конфорками, поскольку это может спровоцировать пробой на корпус

Система электроподжига оснащена специальными пьезоэлементами, которые при повороте переключателя на панели управления производят искру для поджигания газового потока.

Если рассматривать принцип работы пьезоподжига газовой плиты более подробно, то выглядит он следующим образом:

при повороте переключателя определенной конфорки напряжение подается на область конденсатора;
далее начинается зарядка конденсатора, после чего увеличивается уровень на тиристоре;
как только уровень доходит до установленного предела, конденсатор начинается разряжаться;
полученное напряжение приводит в действие разрядник, и в результате – искра поджигает газ.

Процесс зажигания газа путем включения электроподжига занимает считанные секунды, при этом в новых моделях плит искра всегда попадает именно на область включенной конфорки. Устройство пьезоподжига работает от электрической сети с напряжением 220 вольт.

Нередко поломка системы электроподжига газовой плиты возникает в результате резкого скачка в напряжении, из-за чего может понадобиться ремонт устройства и замена вышедших из строя деталей.

Признаки неисправности электроподжига

Электроподжиг газовой плиты может сломаться совершенно неожиданно, при этом в процессе пользования техникой переключатель будет продолжать крутиться и щелкать, газ выходить, но искра так и не появится.

Если при повороте переключателя одна или все конфорки не поджигаются, но искра присутствует, то проблема, скорее всего, не в системе пьезоподжига, а в элементарном загрязнении форсунки.

Определить тип поломки электроподжига, и вместе с тем обнаружить вышедшую из строя деталь, можно в зависимости от количества не зажигающихся конфорок

Отсутствие искры при включении хотя бы одной конфорки уже говорит о наличии неисправности в системе пьезоподжига. Также часто встречаются ситуации, когда газовые конфорки при работе издают шум. Подробнее об этой проблеме можно прочесть .

Однако разобраться в том, какая именно деталь дала сбой, можно только на основе следующих признаков:

при нажатии на ручку управления горелкой функция электроподжига не срабатывает;
автоматические функции пьезоподжига исправно работают, сопровождаясь , однако искра при этом отсутствует;
система не отключается даже при опускании ручки или нажатии на кнопку выключения;
во время включения прибора наблюдается выбивание автомата защиты в квартирном щитке.

Нередко проблема неисправности автоматического розжига заключается в полном отсутствии искры, или наоборот – беспрерывном искрении даже при выключенном устройстве.

Также электроподжиг может временно выйти из строя по причине заедания кнопок включения, спровоцированного накапливанием жира на панели управления. Устранить проблему можно путем чистки и сушки всех компонентов газовой плиты, включая кнопки и контакты.

Причины и способы устранения неисправностей

Независимо от возраста газовой плиты, функция электроподжига может сломаться в любой момент, при этом причина поломки далеко не всегда является следствием неправильной эксплуатации.

Конечно, иногда неисправность пьезоподжига возникает после влажной очистки варочной поверхности, в результате которой влага вместе с моющим средством попадает внутрь плиты. В данном случае поломка легко устраняется без осуществления ремонта.

При попадании влаги во внутреннюю часть газовой плиты достаточно произвести чистку контактов и просушить свечи, после чего функция электроподжига будет полностью восстановлена

Если в ходе эксплуатации газовой плиты наблюдается один или несколько ранее перечисленных признаков, то проблема кроется именно в пьезоподжиге.

Неисправность такой важной функции может возникнуть по любой из следующих причин.

Отсутствие искры на электродах.
Попадание влаги или жира внутрь системы.
Появление трещины на поверхности керамической свечи.
Повреждение изоляции провода, идущего к свече.
Перегорание трансформатора – блока генерации искры.
Окисление или загрязнение контактов кнопки включения.

В некоторых случаях ремонт пьезозажигалки газовой плиты можно произвести самостоятельно, однако для этого понадобится провести полную диагностику техники, и правильно определить причину прекращения работы системы. Далее в статье будут представлены способы восстановления функции пьезоподжига при самых распространенных поломках устройства.

Если после нажатия кнопки автоподжига , и при этом, вы заметили, что нет искры поджига, то это означает только одно – электроподжиг вышел из строя. Отсутствие искры в одной, двух или всех четырех конфорках может говорить о разных поломках, о чем вы сможете более подробно узнать из следующих разделов статьи.

После снятия верхней панели плиты следует сразу сопоставить каждый элемент системы с представленной схемой, чтобы понимать, в какой области искать поломку

На основе представленной схемы вы сможете самостоятельно разобраться, как правильно починить пьезоэлемент в газовой плите, не вызывая при этом мастера. Поскольку функция автоподжига у всех газовых плит устроена по одному и тому же шаблону, процесс восстановления работы будет одинаковым для всех моделей будет одинаковым.

Искра отсутствует на всех конфорках

Если при включении духовки вы заметили, что электроподжиг не щелкает, и при этом ни на одной из конфорок не появляется искра, то для начала необходимо проверить, исправна ли вилка и шнур питания. Только после исключения таких неисправностей можно предположить, что сбой произошел в системе автоподжига.

В случае отсутствия искры на всех конфорках проблема может заключаться в неисправности блока розжига, при этом зачастую первым выходит из строя именно конденсатор, дающий искру при нажатии на кнопку. Единственный выход – заменить блок розжига.

Еще одной причиной неисправности может стать поломка кнопки автоподжига (в устаревших моделях с одной кнопкой для всех конфорок). В данном случае сама кнопка будет нажиматься с перебоями – слишком слабо или туго. Из-за окисления или механического повреждения кнопки контакты не замыкаются, а значит, электроподжиг не срабатывает.

Механическое повреждение кнопки автоподжига может возникнуть в результате длительной неаккуратной эксплуатации, иногда в сочетании с серьезными загрязнениями

Для устранения проблемы понадобится зачистить контакты от окисления, или в случае повреждения кнопки заменить ее. В специализированных интернет-магазинах можно подобрать кнопку электроподжига к любой модели газовой плиты, даже устаревшей.

Не поджигается только одна конфорка

Если при включении функции пьезоподжига искра не появляется только на одной конфорке, то первое, что вам понадобится сделать – проверить свечу на предмет загрязнения. В процессе эксплуатации внутрь системы могла проникнуть вода, оставившая следы окисления на свече, из-за чего электроподжиг временно вышел из строя. В данном случае вам понадобится протереть деталь с помощью губки и аэрозоля WD-40, после чего снова попытаться включить конфорку.

Дальнейшее отсутствие реакции на включение кнопки автоподжига может сигнализировать о неисправности свечи розжига конкретной конфорки. Зачастую причина заключается в поломке шнура питания, идущего от блока розжига к свече, который может быть элементарно поврежден.

Если в процессе эксплуатации на шнур попадает еда, он попросту прилипает к корпусу плиты, из-за чего его будет пробивать через осевший жир на корпус.

Зажигалка для газовой плиты: электрозажигалка, на батарейках, пьезозажигалка

Несмотря на огромный ассортимент бытовой кухонной техники, на большинстве кухонь все еще располагается традиционная газовая плита. Такие устройства более практичны и удобны, а чтобы их разжечь, чаще всего необходимы спички. Сегодня многие пользователи предпочитают покупать зажигалки для газовых плит. Современный производитель предлагает широкий выбор такой продукции.

Виды устройств

Зажигалка – компактное портативное устройство, которое помогает быстрее добыть огонь. Большинство современных моделей оснащены удлиненным носиком, что делает розжиг плиты очень удобным и комфортным. Существует огромное количество видов, поэтому, прежде чем отправляться за покупкой, следует с ними ознакомиться.

Бытовые газовые

Такие устройства представляют собой небольшие зажигалки, в корпус которых вмонтирован баллон с газом. Их можно с успехом применять для розжига плит и каминов.

Электрические

Они питаются от розетки. Принцип работы таких приборов основывается на размыкании и замыкании электрической цепи под действием магнитного поля. В результате нажатия кнопки происходит создание достаточно мощного электрического заряда, который мгновенно разжигает газ.

Электрические зажигалки для газовой плиты имеют массу преимуществ. Это их длительный срок эксплуатации, моментальное разжигание газа. Но существуют и свои недостатки, из-за которых некоторые отказываются от их приобретения: привязанность к розетке, невозможность использования при отсутствии электричества. Такими приборами стоит пользоваться очень аккуратно, не допуская попадание провода в пламя горелки.

Пьезозажигалки

Очень удобный вариант аксессуара, который обеспечит быстрое поджигание газовой плиты. Пьезозажигалке для газовых плит не требуется питание от сети, в их структуре нет кремния или батареек. Заряд тока получается путем сжатия пьезокристалла. Но он не такой сильный, как в электрических устройствах, поэтому при использовании к этому придется привыкнуть. Чтобы получилось зажечь газ с первой попытки, потребуется приблизить носик к конфорке на минимальное расстояние. Благодаря взаимодействию воздуха, газа и тока возникает огонь.

Среди основных преимуществ таких зажигалок стоит отметить:

эргономичный корпус;
полную безопасность;
работа без провода;
возможность работы при любом температурном режиме.

Но у них есть существенный минус – отсутствие возможности отремонтировать изделие. Если пьезоэлемент вышел из строя, то потребуется приобретение нового прибора.

Электронные

Функционирование электрозажигалки основывается на использовании батареек. Такие устройства очень удобны отсутствием проводов. Минусом такого варианта является только частая замена питания, но купить сменные элементы питания сегодня можно в любом супермаркете.

Приборы безопасны и комфортны в использовании, но стоит помнить, что попадание на корпус жидкости, жира или грязи вполне может привести к поломке.

Зажигалка своими руками

Как стало понятно, производители предлагают широкий ассортимент подобных устройств, которые помогут разжечь духовку и конфорки, но ведь при наличии определенных знаний и навыков можно самостоятельно смастерить себе такого помощника на кухню.

Зажигалка для газовой плиты своими руками делается легко, так как имеет достаточно простое строение. Если некоторых элементом нет в наличии, то сегодня китайские сайты предлагают их купить по смешной цене.

Основной идеей, что положена в процесс создания прибора, является создание высокочастотного напряжения, которое соответственно образует горячую дугу.

Для самостоятельного создания потребуется:

Li-ion аккумулятор 18490/1400 мАч;
Зарядное устройство для указанного аккумулятора;
трансформатор, который используется в галогенных лампах на 50 Вт, с проводом 0,5 мм;
полевой транзистор IRFZ44;
кнопка включения и прочие мелкие элементы;
корпус;
паяльник и припой.

Схема строения представлена на изображении:

Процесс сборки своими руками выглядит следующим образом.

Подготовка зарядного устройства. Здесь потребуется плата Li-ion аккумулятора со специальной защитой, на которой присутствуют 2 индикатора. Один горит зеленым светом и свидетельствует о подзарядке, второй горит красным светом, когда батарея разряжена. Заряжать такое устройство следует током до 1Ам с использованием любого источника питания 5В.
Аккумулятор можно использовать совершенно любой, но здесь используется стандарт 18490 с емкостью 1400 мАч, так как он имеет уменьшенные размеры, что положительно скажется на объеме полученного прибора.
В качестве основы для преобразователя используется транзистор и сердечник от электронного трансформатора галогенной лампы мощностью 50Вт. Трансформатор первоначально выпаивается, убирается обмотка, а сетевая проводка оставляется. На сердечник наматывается первичная обмотка, а затем изолируется несколькими слоями скотча. На следующем шаге наматывается вторичная обмотка. К концу второй обмотки припаивается многожильный провод. Затем стоит прозвонить полученный трансформатор и изолировать с помощью обычной изоленты.
Все элементы нового устройства подготовлены, поэтому их можно устанавливать в корпус и проверять работу полученного прибора.

В заключение стоит отметить, что зажигалки для газовой плиты являются очень удобным прибором, который поможет разжечь газовую плиту вне зависимости, к какому типу или модели она относится. Главное, соблюдать правила эксплуатации газовых плит, чтобы этот процесс был максимально безопасным.

принципов работы альтернативы сверхпроводника

Логика

Физика, лежащая в основе сверхпроводящих логических схем

Фундаментальные физические явления, лежащие в основе работы сверхпроводящих логических схем, — это эффекты сверхпроводимости, квантование магнитного потока и эффект Джозефсона. Первый позволяет передавать баллистический сигнал, не ограниченный мощностью, необходимой для зарядки емкости межкомпонентных линий.Он обеспечивает наибольшее преимущество в энергоэффективности по сравнению с традиционной технологией CMOS. Действительно, сверхпроводящие микрополосковые линии способны передавать пикосекундные сигналы без искажений со скоростью, приближающейся к скорости света, на расстояния, значительно превышающие типичные размеры чипа, и с низкими перекрестными помехами [16]. Это основа для быстрых дальнодействующих взаимодействий в сверхпроводящих цепях.

Отсутствие сопротивления ( R = 0) приводит к отсутствию напряжения ( В, = 0) в сверхпроводящей цепи в стационарном состоянии.Поток сверхпроводящего тока соответствует не разности электрических потенциалов ( В, = δ), а разности фаз сверхпроводящего параметра порядка, δθ. Сверхпроводящий параметр порядка соответствует волновой функции сверхпроводящих электронов | ψ | e ^iθ в теории Гинзбурга – Ландау [17]. Магнитный поток Φ в сверхпроводящем контуре индуктивности L обеспечивает увеличение сверхпроводящей фазы вдоль контура и приводит к постоянному циркулирующему току I = Φ / L .Это соотношение аналогично закону Ома I = В / R . Это позволяет писать линейные уравнения Кирхгофа для сверхпроводящих цепей.

Квантование магнитного потока вводит фундаментальное различие между работой КМОП и сверхпроводящих схем. Это следует из однозначности волновой функции сверхпроводящих электронов.Действительно, увеличение сверхпроводящей фазы вдоль петли соответствует магнитному потоку как (где Φ ₀ = ч /2 e ≈ 2 × 10 ⁻¹⁵ Вт — квант магнитного потока, ч — постоянная Планка, e — заряд электрона). Для этого требуется (где n — целое число) и, следовательно, Φ = n Φ ₀. Соответственно, магнитный поток в сверхпроводящей петле может принимать только значения, которые являются целыми кратными кванту потока.

Физическое представление информации обычно основано на квантовании магнитного потока. Например, наличие или отсутствие SFQ в сверхпроводящем контуре можно рассматривать как логическую единицу, «1», или ноль, «0». Обратите внимание, что информация физически локализована в таком представлении. Это принципиальное отличие от представления информации в полупроводниковых схемах.Локализация приводит к глубокой аналогии между сверхпроводящими логическими ячейками и клеточными автоматами фон Неймана [16], где преобладают короткодействующие взаимодействия.

Нелинейным элементом в сверхпроводящих цепях является джозефсоновский переход. Это слабое звено между двумя сверхпроводниками, например, наиболее часто используемая сэндвич-структура сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС).Одним из важнейших параметров джозефсоновского перехода является его критический ток, I _c. Это максимальный сверхпроводящий ток, который может протекать через переход. Джозефсоновский переход можно переключить из сверхпроводящего в резистивное состояние, увеличив ток выше I _c. Переход в резистивное состояние позволяет изменять магнитный поток в сверхпроводящем контуре и, следовательно, выполнять цифровую логическую операцию.

Динамика SIS-перехода обычно описывается в рамках модели резистивно-шунтированного перехода с емкостью (RSJC) [18]. В этой модели джозефсоновский переход представлен как параллельное соединение самого перехода, пропускающего только сверхпроводящий ток, I _с, и резистора и конденсатора с соответствующими токами, I _r = В / R и I _cap = C (∂ V / ∂ t ), где t — время.Полный ток через переход равен сумме, I = I _с + I _r + I _cap. Эта модель основана на эффектах Джозефсона постоянного и переменного тока, которые определяют сверхпроводящий ток I _s и напряжение В .

Эффект Джозефсона постоянного тока описывает сверхпроводящее фазовое соотношение тока (CPR).Для SIS-переходов это I _s = I _c sin φ, где — разность фаз сверхпроводящего параметра порядка через джозефсоновский переход. Это называется фазой Джозефсона. Представляя связь между фазой сверхпроводящего параметра порядка и магнитным потоком как φ = 2πΦ / Φ ₀, мы отмечаем, что CPR связывает ток с магнитным потоком в сверхпроводящей петле. Соответственно, джозефсоновский переход действует как нелинейная индуктивность в цепях.

Эффект Джозефсона переменного тока связывает напряжение на джозефсоновском переходе в резистивном состоянии с эволюцией сверхпроводящей фазы как В = (Φ ₀ / 2π) [∂φ / ∂ t ]. В соответствии с этим соотношением увеличение джозефсоновской фазы на 2π сопровождается импульсом напряжения на переходе таким образом, что ∫ В d t = Φ ₀.Следовательно, однократное переключение джозефсоновского перехода в резистивное состояние соответствует прохождению импульса SFQ через переход. Энергия, рассеиваемая в процессе переключения, составляет E _Дж ≈ I _c Φ ₀ ≈ 2 × 10 ⁻¹⁹ Дж, принимая типичное значение I _c ≈ 0,1 мА. Типичное значение критического тока зависит от рабочей температуры (жидкий гелий), Тл = 4,2 К. Для правильной работы цепей оно должно быть примерно на три порядка выше, чем эффективное значение тока шума, I _T = ( 2π / Φ ₀) k _B T ≈ 0.18 мкА, где k _B — постоянная Больцмана.

Характерная частота процесса переключения джозефсоновского перехода ω _c определяется параметрами джозефсоновского перехода ω _c = (2π / Φ ₀) I _c R _n, где I _c R _n — характеристическое напряжение джозефсоновского перехода, причем R _n — сопротивление перехода в нормальном состоянии.Поскольку SIS-переходы обладают большой емкостью, они обычно шунтируются внешними резисторами, чтобы избежать резонансов LC . Сопротивление R _n примерно равно сопротивлению шунта, R _n ≈ R _s, потому что R _s намного меньше сопротивления туннельного перехода. Для переходов на основе ниобия характерная частота порядка ω _c / 2π ≈ 100–350 ГГц (характерное напряжение около 0.2–0,7 мВ). Сверхпроводящие цифровые схемы преимущественно основаны на туннельных переходах из-за высокой точности процесса их изготовления и высоких характеристических частот.

Выражая токи I _s, I _r и I _cap модели RSJC через фазу Джозефсона φ, мы можем представить полный ток, протекающий через переход, в следующей форме:

(1)

где β _c = ω _c R _n C — параметр Стюарта – Маккамера, отражающий влияние емкости, а точки обозначают производную по времени.Уравнение 1 полностью аналогично уравнению для механического маятника с моментом инерции (емкость здесь аналогична массе), коэффициентом вязкости 1 / ω _c (сопротивление определяет демпфирование) и приложенным крутящим моментом I / Я _c. Эта простая аналогия позволяет рассматривать сверхпроводящую цифровую схему как сеть связанных маятников. Поворот маятника на 2π сопровождается последующими колебаниями вокруг точки устойчивого равновесия (рис. 1).В динамике джозефсоновских контактов они называются «плазменными колебаниями». Частота колебаний плазмы ω _p = =. Для правильной работы логической ячейки эти колебания должны исчезнуть до последующего переключения джозефсоновского перехода. Соответствие этому требованию может быть достигнуто с помощью β _c ≈ 1, ω _p ≈ ω _c. Тактовая частота соответственно меньше ω _c, а в практических схемах ниже 100 ГГц.

Рисунок 1: Импульс напряжения на джозефсоновском переходе, соответствующий переходу SFQ, и его механическая аналогия с вращением маятника.

Рисунок 1: Импульс напряжения на джозефсоновском переходе, соответствующий переходу SFQ и его механической аналогии …

Сложность реализации сверхпроводящей схемы на кристалле определяется размерами джозефсоновского перехода.Площадь джозефсоновского перехода тесно связана с его критической плотностью тока, j _c. Этот параметр является одним из наиболее важных в стандартном процессе изготовления туннельного перехода на основе ниобия. Это фиксируется свойствами материала изоляционной прослойки Al ₂ O ₃ между сверхпроводящими ниобиевыми электродами, а ее толщиной d ≈ 1 нм. Значение критической плотности тока обычно находится в диапазоне j _c = 10–100 мкА / мкм ².Соответствующая удельная емкость джозефсоновского перехода составляет c ≈ 40–60 фФ / мкм ². Изменение критического тока джозефсоновского перехода, I _c = aj _c, получается изменением его площади, a . Это сопровождается изменением емкости джозефсоновского перехода, C = ac . Сопротивление шунта регулируется в соответствии с условием β _c = 1, as.Его площадь определяется площадью джозефсоновского перехода, a , минимальным размером элемента проводки [19,20] (примерно 0,5–1 мкм) и сопротивлением листа используемого материала (2–6 Ом на квадрат для Mo или MoN _x ) [19,20].

В то время как площадь слабых звеньев самого джозефсоновского перехода обычно составляет a ≈ 1 мкм ² для j _c = 100 мкА / мкм ², его общая площадь с шунтом больше на порядок величина.Соответствующая доступная плотность джозефсоновских переходов на кристалле составляет 10 ⁷ / см ². Сложность сверхпроводящих цепей ограничивается 2,5 миллионами переходов на квадратный сантиметр в предположении, что только четверть площади кристалла может быть занята джозефсоновскими переходами (с учетом межсоединений) [19]. Схемы могут быть дополнительно расширены с использованием технологии многокристальных модулей (MCM) [21,22].

Цифровая квантовая логика с одним потоком

Основные принципы работы схем SFQ: Обработку данных в схемах SFQ можно обсудить на примере работы ячейки RSFQ.Шина данных RSFQ показана на рисунке 2. Это параллельный массив сверхпроводящих контуров, состоящий из джозефсоновских переходов (показаны крестиками) и сверхпроводящих индуктивностей. Эта структура называется линией передачи Джозефсона (JTL). SFQ может передаваться по этой JTL путем последовательного переключения джозефсоновских контактов. Переключение достигается суммированием циркулирующего тока SFQ и приложенного тока смещения I _b. Переход джозефсоновского перехода в резистивное состояние приводит к перераспределению циркулирующего тока SFQ в сторону следующего перехода.Процесс перераспределения заканчивается переключением следующего перехода и последовательным возвращением текущего перехода в сверхпроводящее состояние.

Рисунок 2: Линия передачи Джозефсона.Джозефсоновские переходы показаны крестиками. I _b — приложенный ток смещения. Синяя стрелка показывает циркулирующий ток SFQ. Оранжевой стрелкой выделен джозефсоновский переход в резистивном состоянии.

Рисунок 2: Линия передачи Джозефсона. Джозефсоновские переходы показаны крестиками. I _b — приложенный ток смещения…

Этот пример показывает основной принцип работы логических ячеек SFQ. Это сводится к суммированию токов, которые представляют собой токи SFQ и токи смещения. Это суммирование приводит (или не приводит) к последовательному переключению джозефсоновских контактов, что приводит к воспроизведению (или нет) SFQ. Согласно соглашению RSFQ [16,23], прибытие импульса SFQ в течение периода тактовой частоты в логическую ячейку имеет значение двоичной «1», в то время как отсутствие импульса SFQ означает «0».

На рисунке 3 показан пример синхронизированного считывания информации из логической ячейки RSFQ. Тактирование осуществляется с помощью приложения SFQ к ячейке. Верхний JTL на рисунке 3 используется для распределения тактовых импульсов SFQ. SFQ назначаются ячейке через дополнительную ветвь, связанную с JTL, как показано. Обратите внимание, что джозефсоновский переход клонирует SFQ в точке ветвления.Операция считывания осуществляется парой переходов, отмеченных пунктирным прямоугольником. Эту пару обычно называют парой принятия решений. Наличие (или отсутствие) циркулирующего тока SFQ в контуре логической ячейки заставляет нижний переход быть ближе (или дальше от) к его критическому току по сравнению с верхним переходом. Тактовый SFQ переключает нижний (или верхний) переход соответственно. Воспроизведение SFQ нижним соединением означает логическую «1» на выходе, в то время как отсутствие SFQ означает логический «0».

Рисунок 3: Логическая ячейка RSFQ, соединенная с синхронизирующим JTL. I _b — приложенный ток смещения. Синие стрелки показывают циркулирующие токи SFQ.Оранжевыми стрелками выделены джозефсоновские переходы в резистивном состоянии. Пунктирным прямоугольником отмечена пара, принимающая решение.

Рисунок 3: Логическая ячейка RSFQ, соединенная с синхронизирующим JTL. I _b — приложенный ток смещения. Синие стрелки присутствуют …

В представленном примере можно увидеть несколько характерных особенностей схем SFQ.Логическая ячейка действует как конечный автомат. Его вывод зависит от истории его ввода. Эта конкретная ячейка работает как широко используемый D-триггер («D» означает «данные» или «задержка»), которые являются основой регистров сдвига. Отметим, что его реализация намного проще, чем у полупроводниковых аналогов. Базовые ячейки RSFQ — это триггеры, и поэтому логика RSFQ является последовательной логикой. Это контрастирует с полупроводниковой логикой, которая является комбинационной (где выход логической ячейки является функцией только ее текущего входа).Поскольку в течение тактового периода выполняется только одна синхронизированная операция (некоторые операции могут выполняться асинхронно), этап обработки в схемах RSFQ сокращается до нескольких логических ячеек. Это также полностью противоположно обычным полупроводниковым схемам.

Логика RSFQ: Логика RSFQ доминирует в сверхпроводниковых цифровых технологиях с 1990-х годов [24].На его основе реализовано множество устройств с цифровыми и смешанными сигналами, таких как аналого-цифровые преобразователи [25,26], процессоры цифровых сигналов и данных [27]. К сожалению, во времена развития RSFQ энергоэффективность не имела значения. Вначале считалось, что высокая тактовая частота является основным преимуществом RSFQ. Чрезвычайно быстрый цифровой делитель частоты на основе RSFQ [28] (T-триггер) был представлен примерно через десять лет после изобретения логики RSFQ. Его тактовая частота достигла 770 ГГц.Это по-прежнему одна из самых быстрых цифровых схем.

Первыми базовыми ячейками RSFQ были сверхпроводящие контуры с двумя джозефсоновскими переходами (широко известные как сверхпроводящие устройства квантовой интерференции, SQUID). Эти ячейки были соединены резисторами [23,29] (так что «R» в аббревиатуре означает «резистивный»). Муфта шины питания также была резистивной.В то время как резисторы, соединяющие ячейки, довольно быстро были заменены на сверхпроводящие индуктивности и джозефсоновские переходы [30], резисторы в линиях питания оставались до последних лет, см. Рисунок 4. Они определяли стационарную рассеиваемую мощность, P _S = I _b В _b, где I _b и В _b — это постоянный ток смещения и соответствующее напряжение. Ток смещения обычно составляет I _b ≈ 0.75 Я _c. Напряжение смещения должно быть на порядок выше характеристического напряжения джозефсоновского перехода, В _b ≈ 10 × I _c R _n, чтобы предотвратить перераспределение смещения. текущий. Это требование определило номиналы резисторов смещения. Типичное стационарное рассеивание мощности ячейки RSFQ [11] составляет P _S ≈ 800 нВт.

Рисунок 4: Схема питания RSFQ.

Еще одним механизмом, приводящим к рассеянию мощности, является переключение джозефсоновских переходов. Это динамическое рассеяние мощности определяется как P _D = I _b Φ ₀ f , где f — тактовая частота.Для типичной тактовой частоты 20 ГГц значение P _D находится на уровне [11] ок. 13 нВт. Это означает, что динамическое рассеивание мощности примерно в 60 раз меньше, чем стационарное рассеивание. Следовательно, основные усилия по повышению энергоэффективности цепей RSFQ были направлены на уменьшение стационарного рассеивания энергии. Энергоэффективные преемники RSFQ, то есть LV-RSFQ, ERSFQ и eSFQ, представлены ниже.

Low Voltage-RSFQ: Первым шагом к снижению P _S было снижение напряжения смещения.Перераспределение тока смещения между соседними ячейками в низковольтном RSFQ (LV-RSFQ) подавляется введением индуктивностей, включенных последовательно с резисторами смещения в линиях питания [31-35]. К сожалению, такой подход ограничивает тактовую частоту. Действительно, увеличение тактовой частоты сопровождается увеличением среднего напряжения на ячейке (в соответствии с эффектом Джозефсона переменного тока). Это, в свою очередь, приводит к уменьшению тока смещения пропорционально. Последнее в конечном итоге приводит к нарушению работы клетки [36].Этот компромисс и требование дополнительной площади цепи для индуктивностей в линиях питания практически ограничивают применение этого подхода. Поскольку статическое рассеяние мощности не устраняется, это несколько нерешительное решение. На смену ему пришли две другие версии RSFQ (ERSFQ и eSFQ, где «E / e» означает «энергоэффективный»), где P _S равно нулю.

Энергосберегающий RSFQ: ERSFQ [37] — следующий логический шаг после LV-RSFQ.Резисторы в линиях питания заменяются джозефсоновскими переходами, ограничивающими изменение тока смещения в этой логике, см. Рисунок 5. Эта замена в некоторой степени аналогична той, которая была сделана для резисторов, соединяющих ячейки SQUID в самых первых схемах RSFQ. Это дает возможность схемам находиться в чисто сверхпроводящем состоянии.

Рисунок 5: Схема питания ERSFQ. L _b — индуктивность, ограничивающая изменение тока смещения.

Основная трудность при устранении резисторов смещения — это образование сверхпроводящих контуров между логическими ячейками.Обычно логические ячейки переключаются асинхронно в зависимости от обрабатываемых данных. Среднее напряжение и общий приращение фазы Джозефсона у них разные. Это приводит к возникновению токов, циркулирующих по соседним ячейкам. Эти токи, добавленные к току смещения, мешают правильной работе цепей. Неуравновешенность джозефсоновского набега фазы автоматически компенсируется соответствующими переключениями джозефсоновских переходов, помещенных в линии питания ERSFQ. Поскольку эти переключения не синхронизированы с часами, некоторое немедленное изменение тока смещения все еще возможно.Это изменение Δ I ≈ Φ ₀/ L _b ограничено индуктивностью L _b, соединенной последовательно с джозефсоновским переходом в линии питания. Хотя большое значение этой индуктивности L _b минимизирует изменение тока смещения, его большой геометрический размер увеличивает площадь цепи (аналогично LV-RSFQ). Возможные решения этой проблемы — увеличение количества слоев разводки и / или использование сверхпроводящих материалов, имеющих высокую кинетическую индуктивность.Эти материалы также могут быть использованы для дальнейшей миниатюризации самих логических ячеек [19].

Энергосберегающий SFQ: Другой энергосберегающей логикой в семействе RSFQ является eSFQ [11,38-40]. Основная идея здесь — «синхронная фазовая балансировка». К паре принятия решения прикладывается ток смещения, см. Рис. 6. Один джозефсоновский переход этой пары всегда переключается в течение тактового цикла независимо от содержания данных.Следовательно, среднее напряжение и приращение фазы Джозефсона всегда равны для любой такой пары. Это предотвращает появление паразитных циркулирующих токов. Джозефсоновский переход в линии питания требуется только для настройки надлежащего баланса фаз во время процедуры включения. «Не ожидается переключения во время нормальной работы схемы» [11].

Рисунок 6: Схема питания eSFQ.Пунктирным прямоугольником отмечена пара, принимающая решение.

Рисунок 6: Схема питания eSFQ. Пунктирным прямоугольником отмечена пара, принимающая решение.

Достигнутый фазовый баланс позволяет убрать большую индуктивность с линий питания ERSFQ, и поэтому схемы eSFQ занимают почти ту же площадь, что и схемы RSFQ.Следует отметить, что, несмотря на «синхронный» характер этой логики, в [39] был предложен метод проектирования асинхронных схем на основе eSFQ, что делает его пригодным для архитектур с волновым конвейером.

Поскольку библиотека RSFQ была разработана без учета синхронной балансировки фаз, переход на eSFQ требует исправления.В некоторых случаях это приводит к увеличению количества джозефсоновских контактов. Например, JTL следует заменить регистром сдвига [41] или «Wave JTL» [39], или одним из его асинхронных аналогов: баллистической линией передачи, основанной на неуправляемых джозефсоновских переходах [42,43] или пассивной микрополосковой линия. Сходство подходов ERSFQ и eSFQ позволяет оценить общее увеличение числа джозефсоновских переходов до 33-40% по сравнению со схемами RSFQ [11]. Наследование базовой структуры ячеек RSFQ от ERSFQ упрощает использование.

Общие черты логики семейства RSFQ: Тактовый сигнал фактически является частью данных в схемах ERSFQ. Это означает, что они глобально асинхронны. Поскольку тактовая частота определяется частотой повторения SFQ в синхронизирующем JTL, ее можно регулировать «в полете» логическими ячейками в соответствии с обработанными данными.Источник напряжения смещения может быть реализован в виде JTL, питаемого постоянным током смещения, для которого входным сигналом является тактовый сигнал SFQ, подаваемый от встроенного тактового генератора SFQ, см. Рисунок 7. Среднее напряжение на этом JTL пропорционально тактовая частота, согласно ac-эффекту Джозефсона. Управление часами с помощью логических ячеек позволяет регулировать напряжение или даже отключать его. Последний вариант соответствует переключению цепей в «спящий режим», в котором рассеиваемая мощность равна нулю. Реализация этого механизма энергосбережения на уровне отдельных цепей возможна путем разделения цепей на последовательное соединение островков с одинаковым током смещения, но разным напряжением смещения [44].

Рисунок 7: Реализация источника постоянного напряжения смещения в схемах RSFQ.

Поскольку логические ячейки запитываются параллельно в схеме RSFQ, общий ток смещения увеличивается пропорционально количеству джозефсоновских переходов. Для одного миллиона джозефсоновских переходов значение тока смещения может быть неоправданно высоким I _b ≈ 100 A. Разделение цепей поддерживает его на приемлемом уровне [45] ниже 3 A.

Взаимная квантовая логика: RQL был предложен примерно в 2008 году. Он был разработан как альтернатива обычному RSFQ и представлен как «сверхмаломощная сверхпроводниковая логика» [46]. Основное отличие RQL от RSFQ — это схема питания [47]. В то время как в RSFQ мощность постоянного тока подается на джозефсоновские переходы параллельно через резисторы смещения (рисунок 4), в RQL мощность переменного тока подается последовательно через трансформаторы смещения, см. Рисунок 8.

Рисунок 8: Схема питания переменного тока RQL. Синяя стрелка показывает ток SFQ, фиолетовые стрелки показывают магнитную связь.

Рисунок 8: Схема питания переменного тока RQL.Синяя стрелка показывает ток SFQ, фиолетовые стрелки показывают магнитный ко …

Предложенная схема питания обладает рядом преимуществ: (i) Отсутствие постоянного тока смещения и отсутствие резисторов смещения означает нулевое статическое рассеяние мощности внутри криогенного охладителя. Ток смещения снимается с микросхемы при комнатной температуре.(ii) Хорошо известной проблемой проектирования схем RSFQ является сильное магнитное поле обратного тока смещения, влияющее на логические ячейки. Рекомендуется [45] поддерживать максимальный ток смещения ниже 100 мА в линии питания RSFQ. Этот обратный ток полностью отсутствует в RQL из-за упомянутого завершения тока смещения вне кристалла. (iii) Последовательное питание смещения позволяет поддерживать амплитуду тока смещения на довольно низком уровне [46] порядка I _b ≈ 1,8 мА независимо от количества джозефсоновских переходов на кристалле.Нет необходимости в крупномасштабном разделении схемы. (iv) Ток смещения играет роль тактового сигнала. Нет необходимости в распределительной сети часов SFQ. (v) На тактовый сигнал не влияет тепловой шум.

Логическая единица (или ноль) представлена парой SFQ, имеющих противоположные направления магнитного потока (или их отсутствие) в цепях RQL.Эти SFQ могут быть переданы в одном направлении посредством приложения обратно направленных токов смещения, см. Рисунок 9. SFQ помещены в полупериод положительной / отрицательной волны переменного тока соответственно. К сожалению, одного переменного тока смещения недостаточно для направленного распространения SFQ. Он может обеспечить только периодические пространственные колебания квантов потока. RQL использует два переменного тока смещения с фазовым сдвигом π / 2. Ячейки RQL подключаются к этим двум линиям питания поочередно (Рисунок 9).Эта связь дает пространственное разделение общего тока смещения / тактового сигнала на четыре окна, сдвинутых на 0, π / 2, π и 3π / 2 периода волны. По аналогии с четырехтактным карбюраторным двигателем эта четырехфазная схема смещения обеспечивает направленность распространения SFQ [46].

Рисунок 9: Линия передачи RQL с четырехфазным смещением. I _{b1, b2} — это токи смещения переменного тока, обеспечивающие питание и действующие как тактовый сигнал. Синие стрелки показывают токи SFQ, фиолетовые стрелки показывают магнитную связь.

Рисунок 9: Линия передачи RQL с четырехфазным смещением. I _{b1, b2} — переменные токи смещения, обеспечивающие питание …

Логические элементы, подключенные к одной линии переменного тока смещения в одном окне фазы тактового сигнала, образуют конвейер.Конвейер в RQL может содержать произвольное количество ячеек. Можно увеличить глубину конвейера за счет уменьшения тактовой частоты. Временная задержка конвейера должна быть менее одной трети тактового периода для правильной работы схемы. Скорость схемы фактически является продуктом тактовой частоты и глубины конвейера. Максимальную тактовую частоту RQL-цепей можно оценить как f _max ≈ 17 ГГц в предположении характерной частоты джозефсоновского перехода ω _c / 2π = 350 ГГц и N = 8 джозефсоновских переходов в трубопровод [47].Схема смещения RQL обеспечивает самосинхронизацию данных. Ранние импульсы ждут на краю конвейера повышения тока смещения в следующем фазовом окне. Джиттер SFQ накапливается только внутри одного конвейера и, следовательно, ошибки синхронизации незначительны, в отличие от RSFQ.

Логические ячейки RQL — это конечный автомат, аналогичный логическим ячейкам RSFQ.Внутреннее состояние логической ячейки может быть изменено SFQ, распространяющимся перед синхроимпульсом. Его парный SFQ с противоположной полярностью служит для сброса состояния в конце тактового периода. Полный набор логических ячеек RQL состоит всего из трех вентилей: логического элемента И – ИЛИ, логического элемента A-NOT-B и защелки установки – сброса. Эти вентили ведут себя как ячейки комбинационной логики, аналогичные их полупроводниковым аналогам [47]. Это делает схему RQL более близкой к технологии CMOS, чем к RSFQ.

Особые недостатки RQL, а также преимущества проистекают из схемы источника питания.Для правильного источника питания требуются высокочастотные делители мощности. Эти разветвители часто занимают довольно большую площадь. Например, в реализации 8-битного сумматора с упреждающим переносом они покрывают область размером около В 2,5 раза больше, чем сам сумматор [48]. Электропитание через трансформаторы также ограничивает возможность миниатюризации схем. Многофазное смещение переменного тока приводит к известным трудностям высокочастотной конструкции, например, к рассогласованию тактовой частоты. Это практически ограничивает тактовую частоту до 10 ГГц, тогда как схемы RSFQ обычно работают на частоте 50 ГГц.Более того, реализация технологии MCM усложняется при использовании RQL из-за возможной асинхронности микросхем или фазового сдвига тактовых импульсов. Помимо неудобств, связанных с питанием высокочастотных тактовых импульсов от внешнего источника, синхронизация с помощью токов смещения переменного тока исключает возможность управления тактовыми импульсами логическими ячейками. Соответствующие механизмы энергосбережения не могут быть реализованы в RQL. Кроме того, следует упомянуть ВЧ-потери в микрополосковых резонаторах, которые обычно составляют до 50% от общего бюджета мощности даже на относительно низких частотах.

Общая рассеиваемая мощность цепей RQL и ERSFQ в активном режиме кажется похожей. Статическое рассеяние мощности отсутствует. С этим связано динамическое рассеяние мощности

Введение в пьезоэлектрические приводы • Smashing Robotics

Чтобы создать мехатронную систему, которая может выполнять множество функций и определенных уровней производительности, дизайнеры должны мыслить нестандартно при поиске решений, которые будут реализованы, почти в каждом аспект при создании интеллектуальной машины.Это также относится к системе исполнительных механизмов, где классические решения могут соответствовать или не соответствовать определенным требованиям, установленным как необходимые. Относительно нетрадиционным подходом является использование пьезоэлектрических или просто пьезоактуаторов .

Physik Instrumente Многослойные пьезоэлектрические приводы

Эти приводы можно разделить на несколько типов:

Пьезоэлектрические приводы — обычно используются для управления впрыском топлива в двигателях внутреннего сгорания;
Электрохимические приводы — используются в системах расширения подушек безопасности;
Искусственные мышцы — используются для функций мобильности и манипулирования роботами-гуманоидами;
Приводы с памятью формы — встречаются в руках роботов, приводя в действие искусственные пальцы.

Диапазон нетрадиционных методов приведения в действие намного шире, в этой области ведется непрерывное развитие, включая другие типы приводов, основанные на принципах электростатики, электро- и магнитореологии или магнитострикции. Нередко самые неожиданные и нестандартные решения становятся ключевым фактором успеха того или иного продукта.

Преимущества пьезоприводов

Пьезоэлектрические приводы обладают следующими характеристиками:

Теоретически они имеют неограниченное разрешение, часто с разрешением до субнанометровых значений, т.е.е. обнаруживаются малейшие изменения напряжения питания, которые преобразуются в линейное движение без скачков и скачков;
Высокие усилия срабатывания могут быть достигнуты без значительной потери точности, например, нагрузки выше 10.000 Ньютонов могут быть размещены с точностью до микрометра;
Чрезвычайно высокое время отклика менее 1 миллисекунды. Например, характеристика удлинения пьезоэлектрического привода может быть ограничена только скоростью, с которой звук распространяется через керамические материалы.Могут быть достигнуты ускорения, в несколько тысяч раз превышающие ускорение свободного падения (G);
Нет движущихся частей и, следовательно, нет трения или люфта. Удлинение пьезоэлектрического исполнительного механизма основано только на деформации материала, а также при отсутствии усталости или старения. Испытания на долговечность показали, что в работе такого привода нет никаких изменений даже после 500 миллионов циклов;
Очень низкое энергопотребление, так как пьезоэффект преобразует энергию непосредственно в движение, исполнительный элемент поглощает энергию только при удлинении;
При работе привода магнитные поля не создаются.

Такие преимущества сделали пьезоприводы очень популярными в нескольких областях, таких как:

Точная механика и машиностроение — используются в инструментах для регулировки и экструзии, коррекции износа и активном управлении в инструментах Управление форсунками, микронасосы, пьезомолоты, микромолоты системы травления, активного гашения вибрации, микро- и нанороботы;
Оптика и измерительные системы — используются для быстрого сканирования и позиционирования зеркал, голографии, интерферометрии, лазерной развертки, позиционирования волоконной оптики, стабилизации изображения, активной адаптивной автофокусировки;
Медицина — микроманипуляции и микрохирургия, проникновение клеток, системы микродозирования, физиологические стимуляции, генерация шока;
Микроэлектроника — Позиционирование масок, микролитография, системы контроля и управления.

Принципы работы

Пьезоэлектрический привод — это позиционирующий элемент с электрическим управлением, который работает на основе пьезоэлектрического эффекта . Прямой пьезоэффект , применяемый, например, в пьезоэлектрических датчиках силы, представляет собой создание электрического заряда как эффект механической деформации. Актуаторы основаны на обратном эффекте , а именно, электрическое поле, параллельное направлению поляризации, определяет удлинение кристаллического материала по отношению к тому же направлению.Электрическое поле создает крутящий момент по электрическим диполям, находящимся в структуре материала, которые будут выровнены вдоль поля, что, в свою очередь, приведет к изменению длины монокристаллических перегородок.

Рисунок 1 — Диполи, выравнивающиеся в электрическом поле

Однако в природных монокристаллических материалах, таких как кварц, турмалин, соль Рошеля и т. Д., Пьезоэлектрический эффект имеет небольшую степень, поэтому были разработаны синтетические поликристаллические керамические материалы с превосходным пьезоэлектриком, такие как Материалом является цирконат титанат свинца (PZT).Эти материалы производятся в самых разных вариантах и широко используются в производимых сегодня пьезоэлектрических приводах.

Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой исполнительный механизм, который удлиняется под действием электрического поля. Это удлинение зависит от используемого керамического материала, его длины, напряженности электрического поля и силы, действующей на него. Выражение для резюмирования этого:

Максимальное удлинение ограничено напряженностью электрического поля, при котором привод может подвергаться воздействию без разрушения ударными волнами, обычно ограничивается 1-2 кВ / мм.Преобразователь — это упругое тело с определенной жесткостью, как и любое другое твердое тело. Если его сжать с определенной силой F, он будет сжат с силой, деленной на конкретную постоянную для материала.

Можно выделить два типа поведения пьезопреобразователя в зависимости от типа деформации, которой он подвергается:

Постоянная нагрузка (постоянная F) — в этом случае сила обычно создается остающимся грузом. постоянна в процессе удлинения привода.Поскольку на способность к удлинению не влияет нагрузка, максимальное удлинение будет таким же, как если бы материал не подвергался механическому напряжению, но нулевая точка области позиционирования будет смещена вниз на значение F / константа материала;
Рисунок 2 — Пьезоэлектрический преобразователь при постоянной нагрузке
Переменная нагрузка (F как функция удлинения) — здесь сила зависит от удлинения пьезоматериала. К этой категории относятся все приложения, в которых позиционирующий элемент воздействует на пружину или упругую стенку.Чем жестче упругое препятствие — пружина или эластичная стенка — с более высокой постоянной упругости Cs, тем меньший ход доступен для датчика.
Рисунок 3 — Пьезоэлектрический преобразователь при переменной нагрузке
Фактическое удлинение будет:

Как видно из графических представлений выше, удлинение преобразователя не изменяется линейно с напряжением питания, а скорее является кривой гистерезиса с различные значения при повышении или понижении напряжения. Явление гистерезиса определяется эффектами кристаллической поляризации — как показано на рисунке 1, диаграммах 2 и 3 — и молекулярными эффектами, максимальные значения этого эффекта составляют от 10 до 15 процентов от желаемого хода.Эти значения приводят к ошибкам в микрометрической области и могут быть незначительными в некоторых приложениях. Если требуется более высокая точность, может быть реализовано регулирование удлинения с обратной связью с помощью системы позиционного реагирования.

Динамическое поведение

Пьезопривод может достичь своего расчетного удлинения за время, равное одной трети его цикла резонансной частоты. Резонансная частота ненагруженного преобразователя составляет несколько десятков кГц для перемещения в диапазоне микрометров и несколько кГц для перемещения более 100 мм.Дополнительная нагрузка снизит резонансную частоту в соответствии с выражением:

Фактическое значение массы может быть получено из представленного ниже изображения:
Рисунок 4 — Пьезоэлектрический преобразователь без нагрузки и пьезоэлектрический преобразователь с грузом M

Выводы

A Пьезоэлектрический преобразователь работает аналогично конденсатору. Поскольку потери через керамический изоляционный материал очень низки — такой материал может выдерживать мощность до 10 МВт — можно сказать, что в статических условиях пьезоактуатор не использует энергию и не рассеивает тепло.Динамически потребляемая мощность изменяется линейно в зависимости от частоты и мощности преобразователя, например, преобразователь с ходом 15 мм и грузоподъемностью 10 кг, работающий на частоте 1 кГц, потребляет несколько ватт, а преобразователь с той же частотой, что имеет грузоподъемность несколько тонн, поглощает несколько сотен ватт.

Ресурсы

Механизм и принцип кондиционирования воздуха — простое схематическое объяснение

Вы когда-нибудь задумывались, как получить прохладный ветерок от кондиционера.Какой механизм на самом деле задействован в производстве холодного воздуха жарким летом? Вот простое схематическое объяснение принципа работы кондиционера. Независимо от того, какой тип кондиционера вы используете, с окнами, на раздельной стене (PTAC), в напольном шкафу или на крыше, основной принцип для всех них одинаков. Даже инверторный кондиционер, претерпевший изменения в примитивной конструкции, по-прежнему следует тому же принципу и законам термодинамики.

Основной механизм и принцип

Как работает кондиционер — Схема

Пояснение: Каждый кондиционер (также произносится как AC, A / C или Air Cooler в некоторых регионах мира) имеет внутри компрессор.Он работает для сжатия и перекачки хладагента. При сжатии хладагента выделяется тепло. Чтобы отвести это тепло, сжатый хладагент перекачивается в змеевики конденсатора, где вентилятор выдувает тепло во внешнюю атмосферу. Во время этого процесса хладагент принимает жидкую форму. Этот жидкий хладагент перекачивается к расширительному клапану. К расширительному клапану подключен датчик температуры, который работает в соответствии с настройками термостата. Расширительный клапан подает необходимое количество хладагента в испаритель (охлаждающие змеевики), где сжиженный хладагент принимает газообразную форму.Преобразование из жидкого в газообразное состояние из-за расширения вызывает охлаждение, поскольку энергия поглощается из окружающей среды. Воздух, проходя через ребра (прикрепленные к змеевикам), охлаждается и выдувается в комнату. Затем газообразный хладагент в охлаждающих змеевиках поступает в компрессор и снова сжимается. Цикл продолжается, пока компрессор не отключен.

В двух словах, кондиционер забирает тепло из помещения и отдает его наружу. Внутри помещения действует как источник, а снаружи как приемник тепла.

В автомобильных кондиционерах между конденсатором и расширительным клапаном устанавливается ресивер-осушитель. Он служит для сбора излишков хладагента, когда он не требуется для охлаждения. Он также имеет влагопоглотитель, который поглощает влагу, присутствующую в хладагенте.

Кондиционеры с инвертором: В этих кондиционерах используется инвертор для управления скоростью компрессора. Электричество сначала выпрямляется в постоянный ток (постоянный ток), а затем обратно обратно до требуемой частоты переменного тока (переменного тока) с использованием широтно-импульсной модуляции.Таким образом, скорость компрессора может увеличиваться и уменьшаться в зависимости от температуры в помещении. Такие кондиционеры чрезвычайно энергоэффективны и потребляют примерно на 30-60% меньше электроэнергии, чем кондиционеры старого образца. Инверторные кондиционеры дороги из-за наличия внутри них дополнительного оборудования, но затраты на электроэнергию постепенно окупаются. К другим их преимуществам относятся бесшумная работа, более быстрое охлаждение, отсутствие колебаний температуры в помещении и скачков напряжения, вызванных компрессором.

Кондиционер как обогреватель: Когда кондиционер используется как обогреватель, процесс, показанный и объясненный выше, просто меняется на противоположный. В результате реверсивного механизма горячий воздух направляется внутрь помещения, а холодный — наружу.

Принципы несения инженерной вахты STCW

Выдержки из Кодекса ПДНВ 2010

ГЛАВА VIII

Нормы несения вахты

Раздел A-VIII / 1

Пригодность к эксплуатации

1.Администрации должны учитывать опасность, которую представляет усталость моряков, особенно тех, чьи обязанности связаны с безопасным и надежным управлением судном.

2. Всем лицам, назначенным вахтенным помощником или рядовым, входящим в состав вахты, а также тем, чьи обязанности включают установленную охрану, предотвращение загрязнения и охрану, должен быть предоставлен период отдыха не менее :

.1 минимум 10 часов отдыха в любой 24-часовой период; и
.2 77 часов в любой 7-дневный период.

3. Время отдыха может быть разделено не более чем на два периода, один из которых должен быть не менее 6 часов, а интервалы между последовательными периодами отдыха не должны превышать 14 часов.

4. Требования к периодам отдыха, изложенные в параграфах 2 и 3, не должны соблюдаться в случае чрезвычайной ситуации или в других основных рабочих условиях. Сборы, пожарные и спасательные учения, а также учения, предписанные национальными законами и постановлениями, а также международными документами, должны проводиться таким образом, чтобы минимизировать нарушение периодов отдыха и не вызывать усталости.

5. Администрации должны требовать, чтобы расписания вахт были вывешены в легкодоступном месте. Расписания составляются в стандартном формате на рабочем языке или языках судна и на английском языке.

6. Когда моряк находится по вызову, например, когда машинное отделение остается без присмотра, он должен иметь адекватный компенсирующий период отдыха, если нормальный период отдыха нарушается вызовами на работу.

7. Администрации требуют, чтобы записи о ежедневных часах отдыха моряков велись в стандартизированном формате на рабочем языке или языках судна и на английском языке, чтобы можно было контролировать и проверять соблюдение положений настоящего раздела.Моряки получают копию относящихся к ним записей, которая заверяется капитаном или лицом, уполномоченным капитаном, и моряками.

8. Ничто в этом разделе не считается ущемляющим право капитана судна требовать от моряка выполнения каких-либо рабочих часов, необходимых для немедленной безопасности судна, людей на борту или груза или в целях оказание помощи другим судам или лицам, терпящим бедствие на море. Соответственно, капитан может приостановить график часов отдыха и потребовать от моряка выполнения любых необходимых часов работы до восстановления нормальной ситуации.В кратчайшие возможные сроки после восстановления нормального режима капитан должен обеспечить, чтобы всем морякам, выполнившим работу в запланированный период отдыха, был предоставлен адекватный период отдыха.

9. Стороны могут разрешить исключения из часов отдыха, требуемых в пунктах 2.2 и 3 выше, при условии, что период отдыха составляет не менее 70 часов в любой 7-дневный период.

Исключения из еженедельного периода отдыха, предусмотренного в пункте 2.2, не допускаются более чем на две недели подряд.Интервалы между двумя периодами исключений на борту судна не должны быть менее чем в два раза больше продолжительности исключения.

Часы отдыха, предусмотренные в пункте 2.1, могут быть разделены не более чем на три периода, один из которых должен быть не менее 6 часов, и ни один из двух других периодов не может быть менее одного часа. Интервалы между последовательными периодами отдыха не должны превышать 14 часов. Исключения не должны превышать двух 24-часовых периодов в любой 7-дневный период.

Исключения должны, насколько это возможно, учитывать рекомендации по предотвращению утомления в разделе B-VIII / 1.

10. Каждая администрация должна установить, с целью предотвращения злоупотребления алкоголем, предел не более 0,05% уровня алкоголя в крови (BAC) или 0,25 мг / л алкоголя в выдыхаемом воздухе или количества алкоголя, приводящего к такому алкоголю. концентрация для капитанов, офицеров и других моряков при выполнении установленных обязанностей по охране, безопасности и охране морской среды.

Раздел A-VIII / 2

Порядок и принципы несения вахты, которые необходимо соблюдать

ЧАСТЬ 1 — СЕРТИФИКАЦИЯ

1. Вахтенный помощник капитана или вахтенный помощник капитана должен иметь надлежащую квалификацию в соответствии с положениями главы II или главы VII, соответствующих его обязанностям, связанным с несением вахты или вахты на палубе.

2. Вахтенный механик должен иметь надлежащую квалификацию в соответствии с положениями главы III или главы VII в соответствии с обязанностями, связанными с несением механической вахты.

ЧАСТЬ 3 — ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

8. Вахты должны осуществляться на основании следующих принципов управления ресурсами мостика и машинного отделения:

.1 надлежащие меры для несущего вахту персонала должны быть обеспечены в соответствии с ситуациями;
.2 любые ограничения в квалификации или пригодности людей должны приниматься во внимание при развертывании вахтенного персонала;
.3 должно быть установлено понимание вахтенным персоналом его индивидуальных ролей, ответственности и командных ролей;
.4 капитан, старший механик и вахтенный помощник капитана должны нести надлежащую вахту, максимально эффективно используя имеющиеся ресурсы, такие как информация, установки / оборудование и другой персонал;
.5 вахтенный персонал должен понимать функции и работу установок / оборудования и уметь обращаться с ними;
.6 вахтенный персонал должен понимать информацию и как реагировать на информацию от каждой станции / установки / оборудования;
.7 информация со станций / установок / оборудования должна надлежащим образом передаваться всему вахтенному персоналу;
.8 вахтенный персонал должен поддерживать обмен соответствующей связью в любой ситуации; и
.9 Вахтенный персонал должен без колебаний уведомить капитана / старшего механика / помощника капитана, отвечающего за вахтенные обязанности, при возникновении любых сомнений относительно того, какие действия следует предпринять в интересах безопасности.

ЧАСТЬ 4 — ДЕЖУРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НА МОРЕ

Общие принципы несения вахты

9.Стороны должны обратить внимание компаний, капитанов, старших механиков и вахтенного персонала на следующие принципы, которые должны соблюдаться для обеспечения постоянного технического обслуживания вахты.

10. Капитан каждого судна обязан обеспечить, чтобы меры несения вахты были достаточными для ведения безопасной навигационной или грузовой вахты. Под общим руководством капитана вахтенные помощники капитана несут ответственность за безопасное управление судном во время своих служебных обязанностей, когда они будут особенно озабочены предотвращением столкновения и посадки на мель.

11. Старший механик на каждом судне обязан, по согласованию с капитаном, обеспечить, чтобы меры несения вахты соответствовали безопасной технической вахте.

Защита морской среды

12. Капитан, офицеры и рядовые должны знать о серьезных последствиях эксплуатационного или случайного загрязнения морской среды и принимать все возможные меры предосторожности для предотвращения такого загрязнения, особенно в рамках соответствующих международных и портовых правил.

Часть 4-2 — Принципы несения инженерной вахты

52. Термин инженерная вахта , используемый в частях 4-2, 5-2 и 5-4 настоящего раздела, означает либо лицо, либо группу персонала, составляющую вахту, либо период ответственности офицера, в течение которого физическое присутствие в машинных помещениях этого офицера может потребоваться, а может и не потребоваться.

53. Вахтенный механик является представителем старшего механика и всегда несет основную ответственность за безопасную и эффективную эксплуатацию и техническое обслуживание механизмов, влияющих на безопасность судна, и отвечает за инспекцию , эксплуатация и испытания, по мере необходимости, всех машин и оборудования, за которые отвечает инженерная вахта.

Часовые устройства

54. Состав инженерной вахты должен всегда быть адекватным для обеспечения безопасной работы всех механизмов, влияющих на работу судна, в автоматическом или ручном режиме, и соответствовать преобладающим обстоятельствам и условиям.

55. При выборе состава инженерной вахты, который может включать в себя должным образом квалифицированный персонал, должны приниматься во внимание следующие критерии, среди прочего :

.1 тип судна, а также тип и состояние оборудования;
.2 постоянный надлежащий надзор за механизмами, влияющими на безопасную эксплуатацию судна;
.3 любые особые режимы работы, продиктованные такими условиями, как погода, лед, загрязненная вода, мелководье, аварийные условия, локализация повреждений или уменьшение загрязнения;
.4 квалификация и опыт вахтенных инженеров;
.5 безопасность человеческой жизни, судна, груза и порта и защита окружающей среды;
.6 соблюдение международных, национальных и местных правил; и
.7 поддержание нормальной эксплуатации судна.

Принятие часов

56. Вахтенный механик не должен передавать вахту сменщику, если есть основания полагать, что последний явно не способен эффективно выполнять свои обязанности по несению вахты, и в этом случае старший механик должен быть уведомленным.

57.Вахтенный механик, заменяющий вахту, должен убедиться, что вахтенный механик, заменяющий его, очевидно, полностью способен эффективно выполнять свои обязанности.

58. Перед приемом вахты механика сменяющие офицеры должны убедиться, по крайней мере, в следующем:

.1 постоянные приказы и особые инструкции старшего механика, касающиеся эксплуатации судовых систем и механизмов;
.2 характер всех работ, выполняемых с механизмами и системами, задействованный персонал и возможные опасности;
.3 уровень и, где это применимо, состояние воды или остатков в трюмах, балластных танках, отстойных танках, резервных цистернах, цистернах пресной воды, сточных водах и любые особые требования к использованию или удалению их содержимого;
.4 состояние и уровень топлива в резервных, отстойных, дневных и других хранилищах топлива;
.5 любые особые требования, касающиеся утилизации санитарных систем;
.6 состояние и режим работы различных основных и вспомогательных систем, включая систему распределения электроэнергии;
.7 где применимо, состояние оборудования пульта мониторинга и управления и какое оборудование управляется вручную;
.8 там, где это применимо, состояние и режим работы автоматических средств управления котлами, таких как системы контроля пламени, системы контроля предельных значений, системы контроля горения, системы контроля подачи топлива и другое оборудование, связанное с работой паровых котлов;
.9 любые потенциально неблагоприятные условия, возникающие в результате плохой погоды, льда, загрязненной воды или мелководья;
.10 любые особые режимы работы, обусловленные отказом оборудования или неблагоприятными условиями на судне;
.11 отчеты старшин машинного отделения, относящиеся к возложенным на них обязанностям;
.12 наличие средств пожаротушения; и
.13 состояние завершения журнала машинного отделения.

Вахта инженерная

59. Вахтенный механик должен обеспечить соблюдение установленных механизмов несения вахты и что под руководством штатных сотрудников машинного отделения, если они входят в состав вахты инженерных войск, содействие безопасной и эффективной работе силовой установки. и вспомогательное оборудование.

60. Вахтенный механик продолжает нести ответственность за работу машинного отделения, несмотря на присутствие старшего механика в машинных помещениях, до тех пор, пока не будет конкретно проинформировано о том, что старший механик принял на себя эту ответственность, и это взаимно поняты.

61. Все вахтенные механики должны быть знакомы со своими обязанностями по несению вахты. Кроме того, каждый член в отношении корабля, на котором он служит, должен знать:

.1 использование соответствующих систем внутренней коммуникации;
.2 пути эвакуации из машинных помещений;
.3 системы аварийной сигнализации машинного отделения и уметь различать различные аварийные сигналы с особым акцентом на аварийную сигнализацию средств пожаротушения; и
.4 количество, расположение и типы противопожарного оборудования и средств борьбы с повреждениями в машинных помещениях, а также их использование и различные меры безопасности, которые необходимо соблюдать.

62. Любые механизмы, не работающие должным образом, предполагаемые неисправности или требующие специального обслуживания, должны быть отмечены вместе с любыми уже предпринятыми действиями.При необходимости должны быть составлены планы дальнейших действий.

63. Когда машинные помещения находятся в укомплектованном состоянии, вахтенный механик должен всегда иметь возможность управлять двигательной установкой в ответ на необходимость изменения направления или скорости.

64. Когда машинные помещения находятся в периодическом безлюдном состоянии, назначенный дежурный, отвечающий за инженерную вахту, должен быть немедленно доступен и по вызову для посещения машинных помещений.

65. Все промежуточные приказы должны быть незамедлительно выполнены. Изменения направления или скорости главных силовых установок должны регистрироваться, за исключением случаев, когда Администрация определила, что размер или характеристики конкретного судна делают такую регистрацию невозможной. Вахтенный механик должен обеспечить, чтобы органы управления главной силовой установкой в ручном режиме работы постоянно находились под контролем в режиме ожидания или маневрирования.

66.Должное внимание должно быть уделено текущему обслуживанию и поддержке всего оборудования, включая механические, электрические, электронные, гидравлические и пневматические системы, их устройства управления и связанное с ними оборудование безопасности, все оборудование систем обслуживания жилых помещений и учет использования запасов и запасного оборудования.

67. Старший механик должен обеспечить, чтобы вахтенный механик был проинформирован обо всех профилактических работах, устранении повреждений или ремонтных операциях, которые должны выполняться во время инженерной вахты.Вахтенный механик должен нести ответственность за отключение, обход и регулировку всего оборудования, находящегося в ведении вахты механика, над которым должны работать, и должен регистрировать все выполненные работы.

68. Когда машинное отделение приводится в состояние готовности, вахтенный механик должен обеспечить, чтобы все механизмы и оборудование, которые могут использоваться во время маневрирования, находились в состоянии немедленной готовности и что достаточный резерв мощности доступна для рулевого механизма и других требований.

69. Вахтенные механики не должны назначаться или выполнять какие-либо обязанности, которые могли бы препятствовать выполнению ими надзорных функций в отношении главной двигательной установки и вспомогательного оборудования. Они должны держать главную двигательную установку и вспомогательные системы под постоянным наблюдением до тех пор, пока не будут должным образом разряжены, и должны периодически проверять механизмы, находящиеся в их ведении. Они также должны обеспечить выполнение соответствующих обходов машин и рулевых механизмов с целью наблюдения и сообщения о неисправностях или поломках оборудования, выполнения или руководства текущими регулировками, необходимого обслуживания и любых других необходимых задач.

70. Вахтенные механики должны дать указание любому другому вахтенному механику сообщить им о потенциально опасных условиях, которые могут отрицательно повлиять на механизмы или поставить под угрозу безопасность жизни или судна.

71. Вахтенный механик должен обеспечить наблюдение за вахтой за машинным отделением и организовать замену персонала в случае недееспособности любого вахтенного персонала. Инженерная вахта не должна оставлять машинные помещения без присмотра, что могло бы предотвратить ручное управление установкой машинного отделения или дросселями.

72. Вахтенный механик должен предпринимать действия, необходимые для сдерживания последствий повреждения, вызванного поломкой оборудования, пожаром, затоплением, разрывом, столкновением, посадкой на мель или по другой причине.

73. Перед уходом с работы вахтенный механик должен обеспечить надлежащую регистрацию всех событий, связанных с основными и вспомогательными механизмами, которые произошли во время вахты инженеров.

74. Вахтенный механик должен сотрудничать с любым инженером, отвечающим за техническое обслуживание во время всех профилактических работ, устранения повреждений или ремонта.Это должно включать, но не обязательно ограничиваться:

.1 изолирующие и обходные механизмы, подлежащие работе;
.2 приведение остальной установки в надлежащее и безопасное состояние в течение периода технического обслуживания;
.3 запись в журнале машинного отделения или другом подходящем документе об оборудовании, с которым работало, и задействованном персонале, а также о том, какие меры безопасности были предприняты и кем, в интересах сменяющих друг друга офицеров и для целей учета; и
.4 испытание и ввод в эксплуатацию, при необходимости, отремонтированных машин или оборудования.

75. Вахтенный механик должен гарантировать, что любой рядовой машинного отделения, выполняющий обязанности по техническому обслуживанию, доступен для оказания помощи в ручном управлении механизмами в случае отказа автоматического оборудования.

76. Вахтенный механик должен иметь в виду, что изменение скорости в результате неисправности механизмов или любая потеря рулевого управления может поставить под угрозу безопасность судна и жизнь на море. Мостик должен быть немедленно уведомлен в случае пожара и любых надвигающихся действий в машинных помещениях, которые могут вызвать снижение скорости судна, неминуемый отказ рулевого управления, остановку силовой установки судна или любое изменение в выработке электроэнергии или аналогичную угрозу. для безопасности.Это уведомление, где это возможно, должно быть выполнено до внесения изменений, чтобы предоставить мосту максимальное доступное время для принятия любых возможных действий во избежание возможной аварии на море.

77. Вахтенный механик должен незамедлительно известить главного механика:

.1 в случае повреждения двигателя или неисправности, которая может угрожать безопасной эксплуатации судна;
.2 при возникновении какой-либо неисправности, которая, как предполагается, может вызвать повреждение или выход из строя силовой установки, вспомогательного оборудования или систем контроля и управления; и
.3 в любой чрезвычайной ситуации или если есть какие-либо сомнения относительно того, какое решение или меры принять.

78. Несмотря на требование уведомить старшего механика в вышеупомянутых обстоятельствах, вахтенный механик должен без колебаний принять немедленные меры для безопасности судна, его механизмов и экипажа, когда того требуют обстоятельства.

79. Вахтенный механик должен дать вахтенному персоналу все соответствующие инструкции и информацию, которые обеспечат безопасное несение инженерной вахты.Текущее обслуживание машинного оборудования, выполняемое как случайные задачи в рамках несения безопасной вахты, должно быть составлено как неотъемлемая часть режима вахты. Подробное техническое обслуживание, включающее ремонт электрического, механического, гидравлического, пневматического или соответствующего электронного оборудования на всем судне, должно выполняться с ведома вахтенного механика и старшего механика. Эти ремонты должны быть зарегистрированы.

Инженерная вахта в разных условиях и на разных территориях

Ограниченная видимость

80.Вахтенный механик должен обеспечить постоянное давление воздуха или пара для звуковых сигналов, а также незамедлительное выполнение приказов, связанных с изменением скорости или направления движения, и, кроме того, вспомогательное оборудование, используемое для возможность маневрирования.

Прибрежные и перегруженные воды

81. Вахтенный механик должен гарантировать, что все механизмы, участвующие в маневрировании судна, могут быть немедленно переведены в ручной режим работы, когда ему сообщают, что судно находится в заторах.Вахтенный механик должен также обеспечить наличие достаточного запаса мощности для рулевого управления и других требований маневрирования. Аварийное рулевое управление и другое вспомогательное оборудование должны быть готовы к немедленной эксплуатации.

Судно на якоре

82. На открытой якорной стоянке старший механик должен проконсультироваться с капитаном о том, стоит ли нести ту же инженерную вахту, что и на ходу.

83. Когда судно стоит на якоре на открытом рейде или в любом другом состоянии практически «в море», вахтенный механик обеспечивает:

.1 дежурная инженерная вахта;
.2 проводится периодическая проверка всего работающего и резервного оборудования;
.3 основные и вспомогательные механизмы поддерживаются в состоянии готовности в соответствии с приказами с мостика;
.4 приняты меры по защите окружающей среды от загрязнения с судна и соблюдаются применимые правила предотвращения загрязнения; и
.5 все системы аварийной защиты и пожаротушения находятся в готовности.

ЧАСТЬ 5 — СЛУЖБА В ПОРТУ

Принципы несения вахты

Общие

90.На любом судне, которое безопасно пришвартовано или находится на якоре при нормальных обстоятельствах в порту, капитан должен организовать надлежащую и эффективную вахту в целях безопасности. Особые требования могут потребоваться для специальных типов судовых двигательных систем или вспомогательного оборудования, а также для судов, перевозящих опасные, опасные, токсичные или легковоспламеняющиеся материалы или другие особые типы грузов.

Часовые устройства

95. Старший механик, по согласованию с капитаном, должен обеспечить, чтобы меры несения инженерной вахты были адекватны для поддержания безопасной инженерной вахты в порту.При выборе состава инженерной вахты, который может включать соответствующие параметры машинного отделения, следует принимать во внимание следующие моменты:

.1 на всех судах с двигательной мощностью 3000 кВт и выше всегда должен быть вахтенный механик;
.2 на судах с двигательной мощностью менее 3000 кВт не может быть, по усмотрению капитана и после консультации с главным механиком, вахтенного механика; и
.3 Вахтенные инженеры не должны назначаться и выполнять какие-либо задачи или обязанности, которые могли бы помешать выполнению ими надзорных функций в отношении системы механизмов судна.

Принятие часов

96. Вахтенные помощники капитана или механической вахты не должны передавать вахту своему сменщику, если у них есть основания полагать, что последний явно не способен эффективно выполнять свои обязанности по несению вахты, и в этом случае капитан или начальник об этом должен быть уведомлен инженер.Вахтенные помощники капитана или механическая вахта должны гарантировать, что все вахтенные помощники очевидно полностью способны эффективно выполнять свои обязанности.

97. Если в момент передачи палубной или механической вахты выполняется важная операция, она должна быть завершена сменяемым помощником капитана, за исключением случаев, когда капитан или старший механик приказали иное.

Часть 5-2 — Принятие на себя инженерных вахт

100.Перед принятием вахты механика сменщик должен быть проинформирован вахтой механика о:

.1 постоянные распоряжения дня, любые особые распоряжения, касающиеся судовых операций, функций технического обслуживания, ремонта судовых механизмов или оборудования управления;
.2 характер всех работ, выполняемых с механизмами и системами на борту судна, задействованный персонал и возможные опасности;
.3 уровень и состояние, где это применимо, воды или остатков в трюмах, балластных танках, отстойных танках, сточных танках, резервных танках и особые требования к использованию или удалению их содержимого;
.4 любые особые требования, касающиеся утилизации санитарных систем;
.5 состояние и готовность переносных средств пожаротушения, стационарных установок пожаротушения и систем обнаружения пожара;
.6 авторизованный ремонтный персонал на судне, занятый инженерными работами, их рабочие места и ремонтные функции, а также другие уполномоченные лица на борту и необходимый экипаж;
.7 любые портовые правила, касающиеся судовых сточных вод, требований пожаротушения и готовности судов, особенно при потенциально плохих погодных условиях;
.8 доступные линии связи между судном и береговым персоналом, включая администрацию порта, в случае возникновения чрезвычайной ситуации или необходимости в помощи;
.9 любые другие обстоятельства, имеющие значение для безопасности судна, его экипажа, груза или защиты окружающей среды от загрязнения; и
.10 процедуры уведомления соответствующих властей о загрязнении окружающей среды в результате инженерной деятельности.

101. Вахтенные механики перед тем, как принять на себя вахту вахтенного машиностроения, должны убедиться, что они полностью проинформированы сменяемым, как указано выше; и:

.1 быть знаком с существующими и потенциальными источниками энергии, тепла и освещения и их распределением;
.2 знать наличие и состояние судового топлива, смазочных материалов и всех запасов воды; и
.3 быть готовым подготовить судно и его механизмы, насколько это возможно, к работе в режиме ожидания или в аварийных условиях по мере необходимости.

Часть 5-4 — Выполнение инженерных вахт

103. Вахтенные механики должны обращать особое внимание на:

.1 соблюдение всех приказов, специальных рабочих процедур и правил, касающихся опасных условий и их предотвращения во всех областях, находящихся в их ведении;
.2 системы КИПиА, контроль всех источников питания, компонентов и систем в эксплуатации;
.3 методы, методы и процедуры, необходимые для предотвращения нарушения правил загрязнения, установленных местными властями; и
.4 состояние трюмных вод.

103. Вахтенные механики:

.1 в чрезвычайных ситуациях поднимать тревогу, когда, по их мнению, ситуация требует того, и принимать все возможные меры для предотвращения повреждения судна, находящихся на его борту людей и груза;
.2 знать потребности палубного командира в оборудовании, необходимом для погрузки или разгрузки груза, а также дополнительные требования к балласту и другим системам управления остойчивостью судна;
.3 часто проводить проверки для определения возможной неисправности или отказа оборудования и принимать немедленные меры по исправлению положения для обеспечения безопасности судна, грузовых операций, порта и окружающей среды;
.4 обеспечивать принятие необходимых мер предосторожности в пределах своей зоны ответственности для предотвращения несчастных случаев или повреждения различных электрических, электронных, гидравлических, пневматических и механических систем судна; и
.5 обеспечивать, чтобы все важные события, влияющие на работу, настройку или ремонт судового оборудования, надлежащим образом регистрировались.

Оптические волокна — Принцип работы — Физика

Эту статью написали Джони Нурми, Чжэнь Ши и Сун Хай

[1] Источник рисунка: http: // fiberoptic101.blogspot.fi/2010/11/history-of-fiber-optic.html

Принцип действия

Волоконно-оптические кабели — это очень прозрачные цилиндрические световоды. Эти кабели изготовлены из двух материалов с разными показателями преломления. Это создает оптимальный волновод для передачи света. Когда свет попадает в волокно из материала с более высоким показателем преломления, чем окружающая его оболочка, он остается внутри материала из-за полного внутреннего отражения и, таким образом, проходит вперед.

Показатель преломления

Показатель преломления — это показатель скорости света в материале. По определению, вакуум имеет показатель преломления 1 (c в вакууме = 1). Чем выше индекс, тем медленнее свет распространяется в материале. Типичное значение для сердцевины волокна составляет 1,62, а для оболочки — 1,52.

Полная внутренняя рефракция:

Когда свет, проходящий внутри материала, попадает на границу, он частично преломляется и частично отражается.Однако если угол больше, чем критический угол материалов, он полностью отражается обратно. Чтобы это произошло, материал, в котором распространяется свет, должен иметь более высокий показатель преломления, чем материал снаружи.

Многомодовое волокно

В технологии оптического волокна многомодовое волокно — это оптическое волокно, которое предназначено для одновременного переноса нескольких световых лучей или мод, каждая из которых имеет немного разный угол отражения внутри сердцевины оптического волокна.Передача по многомодовому волокну используется на относительно коротких расстояниях, поскольку моды имеют тенденцию распространяться на большие расстояния.

Многорежимный кабель

имеет немного больший диаметр, с обычными диаметрами в диапазоне от 50 до 100 микрон для светонесущего компонента (в США наиболее распространен размер 62,5 мкм). В большинстве приложений, в которых используется многомодовое волокно, используются 2 волокна (WDM обычно не используется в многомодовом волокне). POF — это новый кабель на пластиковой основе, который обещает такие же характеристики, как и стеклянный кабель, на очень коротких расстояниях, но при более низкой стоимости.

Многомодовое волокно

обеспечивает широкую полосу пропускания на высоких скоростях (от 10 до 100 Мбит / с — гигабит до 275–2 км) на средних расстояниях. Световые волны рассеиваются по многочисленным путям или видам, когда они проходят через сердечник кабеля, обычно 850 или 1300 нм. Типичные диаметры сердцевины многомодового волокна составляют 50, 62,5 и 100 микрометров. Однако в длинных кабельных трассах (более 3000 футов 914,4 метра) множественные световые пути могут вызвать искажение сигнала на принимающей стороне, что приведет к нечеткой и неполной передаче данных, поэтому разработчики теперь призывают использовать одномодовое волокно в новых приложениях с использованием гигабитных и за пределами.

Одномодовое волокно

В технологии [оптическое волокно | http: //searchtelecom.techtarget.com/definition/optical-fiber] одномодовое волокно — это оптическое волокно, которое предназначено для передачи одного луча или моды света в качестве носителя и используется для передачи сигналов на большие расстояния.

Одномодовый кабель

— это одиночная опора (в большинстве приложений используется 2 волокна) из стекловолокна диаметром от 8,3 до 10 микрон, имеющая один режим передачи. Одномодовое волокно с относительно узким диаметром, через которое будет распространяться только одна мода, обычно 1310 или 1550 нм.Имеет более широкую полосу пропускания, чем многомодовое волокно, но требует источника света с узкой спектральной шириной.

Одномодемное волокно

используется во многих приложениях, где данные пересылаются на нескольких частотах (WDM-мультиплексирование с разделением волн), поэтому требуется только один кабель — (одномодовый на одном единственном волокне)

Одномодовое волокно обеспечивает более высокую скорость передачи и расстояние до 50 раз больше, чем многомодовое, но оно также стоит дороже.

BRIG :: Устройство зажигалок

Как работает пьезозажигалка, разбор и принцип работы пьезозажигалки

Как можно использовать пьезозажигалку не по назначению?

Похожие статьи

Популярные статьи

Отзыв о покупке двух интересных зажигалок для газовой плиты: электронной на батарейках и с пьезоэлементом на кнопке

Как работает пьезоэлемент в зажигалке, пьезоэлектрический генератор

Как можно использовать пьезозажигалку не по назначению?

Физические свойства пьезоэлемента

Принцип работы

Применение

Пьезогенераторы — новые источники электроэнергии. Фантазии или реальность?

Пьезоэлектрический генератор электрической мощности

Пьезогенераторы. Устройство и работа. Особенности и применение

Устройство

Не менее перспективны пьезогенераторы, работающие на изгибных колебаниях. Они также могут отличаться своей конфигурацией и конструктивным исполнением.

Известно устройство взрывного пьезогенератора, который включает:

Принцип действия

Начали появляться сообщения о возможностях получения электрической энергии при помощи воздействия разной механической энергии:

Применения и особенности

На текущий момент известно несколько вариантов практического применения пьезогенераторов в:

Обратный пьезоэлектрический эффект может применяться в:

Обратный и прямой эффект пьезогенераторов одновременно используются в:

Достоинства и недостатки

Среди преимуществ пьезогенераторов можно выделить:

Среди недостатков пьезогенераторов можно выделить:

Перспективы

распространенные причины поломок и способы их устранения

Принцип работы пьезоэлемента

Признаки неисправности электроподжига

Причины и способы устранения неисправностей

Искра отсутствует на всех конфорках

Не поджигается только одна конфорка

Зажигалка для газовой плиты: электрозажигалка, на батарейках, пьезозажигалка

Виды устройств

Бытовые газовые

Электрические

Пьезозажигалки

Электронные

Зажигалка своими руками

принципов работы альтернативы сверхпроводника

Логика

Физика, лежащая в основе сверхпроводящих логических схем

Цифровая квантовая логика с одним потоком

Введение в пьезоэлектрические приводы • Smashing Robotics

Преимущества пьезоприводов

Принципы работы

Динамическое поведение

Выводы

Ресурсы

Механизм и принцип кондиционирования воздуха — простое схематическое объяснение

Основной механизм и принцип

Принципы несения инженерной вахты STCW

Выдержки из Кодекса ПДНВ 2010

Оптические волокна — Принцип работы — Физика

Принцип действия

Показатель преломления

Полная внутренняя рефракция:

Многомодовое волокно

Одномодовое волокно

Оставить комментарийОтменить комментарий