Что такое пьезоэлектрическая зажигалка

источник огня

пятница, 19 октября 2012 г.

Принцип работы пьезозажигалки

Принцип работы пьезозажигалки

Опыты с пьезоэлектричеством проводили давно, в числе других ученых этим занимались и очень знаменитые братья Кюри. Но зажигалки с пьезоэлементом пустили уже на конвейер только лишь в середине XX века. Первой компанией, которая взяла на вооружение эту технологию, стала компания Ronson. Теперь пьезозажигалки — обычные, с турбонаддувом, со светодиодными фонариками — есть в линейках многих, многих производителей.
В зависимости от типа горючего пламя зажигалки может достигать следующих температурных величин:

1. пропан-бутан — от 800 до 1970 °С;
2. бензин — 1300—1400 °С;
Дизайн зажигалки напрямую зависит от её назначения. Карманные зажигалки имеют небольшие размеры, их легко переносить. Оформление совершенно любое, но ограничены размеры. Настольные зажигалки довольно редки. Такие зажигалки достаточно массивны и не предназначены для переноски. Дизайн таких зажигалок может быть любым. Существуют также специальные каминные зажигалки, при большой длине они имеют небольшую ширину и толщину, и даже зажигалки от известных брендов. Не так давно появились сенсорные зажигалки, в которых зажигание газа происходит без механических воздействий, а путем воздействия на сенсорный датчик

Пьезозажигалки с турбонаддувом

Если обычную кремневую зажигалку зажечь на ветру — целая проблема, а пьезозажигалки с турбонаддувом выручают в лютую непогоду. В них газ резко набирает скорость, проходя через микроскопические отверствие в турбине,и, затягивает через боковые отверстия, воздух и поступает в формирователь пламени вверху этой турбины под очень высоким напором. В результате пламя получается очень мощным и от дуновения ветра никак не затухает.

Какая зажигалка прослужит дольше: кремневая или пьезовая?

Пьезозажигалки, как правило, живут намного дольше чем зажигалки механические. Секрет этого долголетия заключается в отсутствии трения элементов. Однако, важно то что с пьезоэлементом если что-то случилось,то починить его вам не удастся. Никакая зачистка ему не поможет, помните что «самодеятельность» убьет зажигалку уже окончательно. Заметим, однако, что выход из строя пьезоэлемента — явление очень редкое.

Производители зажигалок, чаще всего делают пьезозажигалки заправляемыми. Купив одну зажигалку, можно пользоваться ей очень длительное время. Так что, однако если вы хотите выбрать зажигалку в подарок, лучше обратить внимание на оригинальные газовые пьезозажигалки,ведь их сейчас очень большой выбор.

Кроме того, пьезозажигалкам не грозит утечка газа, что с кремневыми случается, к сожалению, нередко.

Окончательный же выбор — пьезозажигалка или старая-добрая зажигалка механическая — зависит исключительно от личных предпочтений.
Зажигалки не рекомендуется длительно хранить без газа и эксплуатации. Зажигалки необходимо оберегать от попадания на них влаги, грязи и пыли. Не рекомендуется дотрагиваться до рассекателя или турбины, так как это может вывести зажигалку из строя.

Источник

Пьезокерамические источники высокого напряжения

Нет недостатка в сенсационных публикациях, приписывающих чудодейственные возможности пьезоэлектричеству. Вот, к примеру, цитата: «Два года назад несколько физиков попытались заново решить формальную задачку: как механическую энергию человека преобразовать в киловатты электрической. Так на свет появился пьезоэлектрический генератор. Сначала первого поколения, потом второго, сегодня в лаборатории уже испытывают восьмую версию. Лёгкое нажатие на генератор и: «Гори оно всё огнём». …и когда всё будет окончательно готово произойдёт своеобразная революция в области альтернативных видов энергии». (teros.org.ru).

Из формулы следует, что напряжение уже зависит от размеров пьезоэлемента, так как входящая в формулу ёмкость C является функцией межэлектродного расстояния и площади электродов. Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н (100кГ), получим 6 кВ.

Этих сведений вполне достаточно, чтобы проанализировать работу пьезогенератора. Сделаем это на примере пьезоэлектрической зажигалки.

Как работает пьезоэлектрическая зажигалка?

Речь пойдёт о пьезозажигалке нажимного действия, которая по ходу своей клавиши выдаёт серию искр. Есть зажигалки ударного действия, которые выдают одиночную искру при приведении в действие ударного механизма. Пьезоэлектрическая зажигалка – это пример, пожалуй, самого удачного применения пьезогенератора. Это один из самых популярных бытовых приборов в жилищах, оборудованных газовыми плитами для приготовления пищи. Они надёжны, долговечны, не требуют никакого обслуживания и всегда готовы к использованию. На рис.1 представлено фотоизображение раскрытой пьезозажигалки с пьезогенератором. Не будем останавливаться на описании конструкции

Рис.1. Пьезозажигалка в раскрытом виде с пьезогенератором

пьезогенератора, так как в нём нет ничего, выходящего за рамки интеллектуального наследия Архимеда, а рассмотрим упрощённую модель пьезогенератора, изображённую на рис.2. Она представляет собой опору с рычагом, позволяющим прикладывать

значительное усилие на пьезоэлементы. Пьезоэлементы, имеющие форму сплошного цилиндра с электродами на торцевых поверхностях, поставлены друг на друга и вследствие этого подвергаются действию одной и той же силы. Пьезоэлементы ориентированы так, что на электродах соприкасающихся поверхностей наводится заряд одного знака, а на противоположных – другого знака. Противоположные электроды электрически замкнуты элементами рычажного механизма. В таких условиях пьезоэлементы оказываются соединёнными электрически параллельно. Выведем от соприкасающихся электродов токовод с наконечником, желательно, с закруглённым концом и расположим наконечник на некотором расстоянии от металлического основания. Теперь, при нажатии на рычаг, произойдёт пробой воздушного промежутка между наконечником и основанием. Надавив на рычаг сильней можно «высечь» вторую искру, третью и так далее, пока не разрушим пьезоэлементы. Таков, на первый взгляд простой, принцип действия пьезозажигалки. Однако можно посмотреть на это устройство более пристально. Это мы сделаем поставив несколько вопросов и задач. Ответы на них могут оказаться неожиданными.

1. Почему пьезозажигалка издаёт характерный треск при искрении? Это звук маленьких грозовых разрядов? Нет, хотя эти разряды тоже издают звук, но очень слабый. Сделаем умозрительный эксперимент на модели пьезоэлемента, обратившись к рис.3. Модель включает в себя сильную пружину1, которую можно сжимать, надавливая на платформу3. Имеются дугообразные, более слабые, пружинки2. Почему дугообразные и почему их две – не имеет значения. Просто для красоты рисунка. В экспериментальном наборе имеется множество дугообразных пружинок разной длины, потому что они быстро

ломаются. В исходном состоянии, когда сила равна нулю, подберём две дугообразные пружинки с расстоянием между концами равном расстоянию между платформой и нижним основанием и вставим их, как показано на рисунке. Теперь начнём наращивать усилие сверху. Пружины начнут сжиматься противодействуя силе. Основную нагрузку берёт на себя главный атлант – пружина1. Ей помогают дугообразные пружинки. Но вот, в некоторый момент, дугообразные пружинки ломаются. Атлант остаётся без помощников и резко проседает, дабы мобилизовать дополнительную силу своей упругости и, тем самым, уравновесить внешнюю. В этот же момент мы вставляем новую пару дугообразных пружинок, но уже с меньшим расстоянием между концами, соответствующим новой высоте платформы над основанием. Теперь у сильной пластины вновь два более слабых помощника. Но и они, получив определённую деформацию, также ломаются. Сильная пружина вновь резко проседает и так далее. Затем приостановим этот процесс и, перед тем, как снять внешнее усилие, вставим самые короткие дугообразные пружинки. И не просто вставим, а приклеим их в точках касания. Теперь, будучи свободной от внешней силы, большая пружина начинает ход вверх, растягивая маленькие пружинки. Маленькие пружинки при растяжении также ломаются, а мы ухитряемся их мгновенно заменять и приклеивать. Наконец, большая пружина остановила свой ход, но исходной высоты не достигла, так как последняя пара пружинок не поломалась. Мы их доломаем, и тогда пружина и платформа вернутся в исходное положение. Так что на обратном ходе самостоятельных поломок меньше.

Что же в пьезоэлементе является аналогом сильной и слабой пружин? Что понимается под поломкой слабой пружины? Вообще любое твёрдое тело это пружина. Правда, её ход очень мал и, согласно нашей аналогии, это сильная пружина. Пьезоэлемент это тоже сильная пружина, но в нём, в отличие от обычных твёрдых тел, имеется и слабая пружина. Сжимая обычное твёрдое тело, мы затрачиваем работу на увеличение потенциальной энергии упругости. Сжимая пьезоэлемент, мы также трудимся на увеличение потенциальной энергии, но, кроме этого, создаём в образце электрическое поле, которое также обладает потенциальной энергией. В приведенной выше аналогии можно вообще не вставлять дугообразные пружинки. Тогда сильную пружину будет легче сжать. В пьезоэлементе, то же самое, можно исключить появление электрического поля, закоротив электроды, и также его будет легче сжать.

Теперь обратимся к предыдущему рис.2. Пусть наконечник токовода находится на расстоянии миллиметра четыре (как у пьезозажигалки) от массы рычажного механизма. В этом разрядном промежутке возникнет искровой пробой, если напряжение достигнет, приблизительно, 3000 вольт. Что произойдёт в момент пробоя? Напряжение упадёт, практически, до нуля, исчезнет электрическое поле и соответствующая сила, противодействующая внешней силе через рычаг. Это поломалась дугообразная пружинка в приведенной аналогии. Пьезоэлемент при этом «просел». Конечно, он сократился по длине крайне незначительно, но этот механический импульс передался всему, находящемуся в напряжённом состоянии, рычажному механизму. Механизм издал звук, щелчёк. Одновременно звуковой импульс пошёл и от «микромолнии», но он гораздо слабее. Ему можно поставить в соответствие звук поломавшейся дугообразной пружинки. Продолжим давить на рычаг. Вновь появляется электрическое поле и напряжение на электродах. Это произошла автоматическая замена дугообразных пружинок. Происходит второй разряд и соответствующий звук-щелчёк от механизма. При свободном обратном ходе клавиши зажигалки искрение происходит за счёт запасённой потенциальной энергии упругости пьезоэлемента (сильной пружины), но полярность напряжения будет обратная и количество искр будет, как и у модели, меньше. Подобно тому, как мы доломали последнюю пружинку, доразрядим пьезоэлемент, закоротив электроды.

Ответ на первый вопрос вышел довольно пространный, но зато попутно получилось толкование одного из основных положений пьезоэлектричества. Далее решения будут более короткими.

2. Какова мощность разряда пьезоэлемента? Сделать точный расчёт крайне затруднительно, да и не имеет смысла, а оценить порядок величины любопытно. Мощность тока искры это квадрат напряжения, делённый на сопротивление разрядного промежутка. Напряжение, конечно, меняется за время существования разряда от 3000 вольт до, почти, нуля.. Поэтому возьмём среднее значение 1500 вольт Но какое же сопротивление у разрядного промежутка? Мы его грубо оценим в 1 Ом, так как было замечено, что увеличение сопротивления токовода до 1 Ома уменьшает яркость искры. Теперь делаем расчёт.

мегаватт.

Может быть реальная величина отличается от этого результата, тем не менее порядок величины – миллион!

Подойдём к этому вопросу с другой стороны. По своему определению мощность – это работа за единицу времени. Так и поступим, предварительно вычислив энергию, которая расходуется на работу тока в разрядном промежутке.

3. Какова энергия, потраченная на искровой разряд? Это энергия электрического поля пьезоэлемента. Вычислим её по формуле:

микроджоулей.

Этот результат ещё обсудим, а сейчас продолжим расчёт мощности. Нам не хватает продолжительности существования разряда. Определим это время как удвоенную постоянную времени RC-цепочки, когда напряжение на пьезоэлементе уменьшится на порядок.

наносекунды.

Разделив работу тока на время его протекания, получим следующее значение мощности:

киловатт.

Несмотря на определённый произвол в оценке данных результат получился такого же порядка величины.

5. Сколько тепла выделяет искра? В нашем случае задача искры – поджечь газ. Не всякая искра может поджечь газ, хотя температура в канале разряда, судя по спектральному содержанию, видимо, мало отличается, будь то зажигалка или грозовая молния. Это, примерно, 10000 о К. Для поджига требуется некое критическое количество массы вещества, нагретого до температуры воспламенения, 2 – 3 тысячи градусов. Так, массы пламени спички явно недостаточно, чтобы разжечь костёр из крупных поленьев. В пункте 3 мы выяснили, что энергия искры порядка 60 микроджоулей. Посмотрим, на сколько повысится температура 1см 3 воды, если она получит 60 микроджоулей тепла. Теплоёмкость воды С=4.18 дж/грамм градус. Тогда повышение температуры составит:

Источник высокого напряжения

Рассмотрим иную задачу, когда не требуется расходовать пьезоэлектрическую энергию на искрообразование, а ставится цель получить возможно более высокое напряжение. Какое же напряжение можно получить на электродах пьезоэлементов рассмотренных пьезогенераторов без образования разряда? Очевидно не более 15 киловольт, так как расстояние между электродами составляет 15 миллиметров, а электрическая прочность воздуха порядка 1 кВ/мм. Используя формулы (1) получим, что эта сила равна

микрокулон.

Рис.4. Приборы – источники высокого напряжения:

«Тест-1м», слева и «Кристалл», справа.

Рис.5. Принципиальная схема диполь-генератора

рисунке, диполь-генератор вырабатывает равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды и обеспечивает разность потенциалов порядка 30 кВ. На основе предложенного технического решения был создан действующий макет прибора, который с успехом мог бы использоваться для демонстрации опытов по физике раздела «электростатика» по всем темам учебных программ. Внешний вид устройства показан на рис.6. На рис.7 показана демонстрация одного из опытов по электростатике. Для будущего

Рис.6. Действующий макет источника

Рис.7. Демонстрация опыта по электрических зарядов электростатике прибора уже придумано название – «Пьезостат».

Сила тока от 10 миллиампер и выше опасна для жизни. Такой ток может возникнуть при напряжении 220 В и хорошем контакте с деталями, находящимися под напряжением. Одной минуты достаточно, чтобы нанести непоправимый вред. Легко проверить, что деструктивная для организма работа тока имеет порядок величины 100 – 150 джоулей. Вычислим, какую деструктивную работу способен произвести «Пьезостат». Эта работа равна энергии, вырабатываемой пьезогенератором. Исходные для расчёта величины – это ёмкость пьезогенератора, 20пФ и вырабатываемое напряжение, 30000 В.

дж.

Пьезокерамика – рукотворный материал, плод достижений

современного материаловедения. Пьезогенераторы, созданные на его

К сожалению, эти достижения не позволяют сегодня удовлетворить чаяния

современных фантастов, мечтающих об альтернативных источниках

электроэнергии. Вот если бы пресловутые дугообразные пружинки были

сильнее «сильной» пружины! Или «сильная» слабее дугообразных.

Если бы они поменялись местами, тогда вся наша механическая работа,

Источник

ТОП 5 лучших пьезозажигалок для газовой плиты

Несмотря на усовершенствованную технологию зажигания современных газовых плит, многие домохозяйки пользуются старыми их версиями. Плиты старых образцов требуют воспламенения спичками, но всё большую популярность набирает использование зажигалок. Производители предлагают богатый ассортимент данной продукции, которая значительно упрощает процесс готовки. На смену советским электрозажигалкам для газовых плит пришли более современные и простые в использовании.

Виды и особенности зажигалок

Современные зажигалки для газовых плит приспособлены для конкретных целей. Для того чтобы при поджигании не наносились травмы пальцам, производители сделали носик чикфаера удлинённым. Даже стоящие на конфорке ёмкости не помешают зажечь конфорку. На крае устройства находится кнопка, при нажатии которой появляется искра. Если сравнивать со спичками, то газовая зажигалка для плиты является гораздо безопасней в противопожарном плане. К тому же это устройство решает невыносимо назойливую для домохозяек проблему – чёрные пятна от спичек на поверхности посуды.

Бытовые газовые

Чаще всего для бытовых потребностей покупают воспламенители, топливом для которых служит пропан или бутан. В редких случаях возможно использование бензина в устройствах такого плана. Искра для газовой плиты в подобных воспламенителях чаще всего добывается с помощью трения в корпусе зажигалки кремниевых частиц.

Форма воспламенителей (удлинённый носик) помогает добраться до труднодоступных мест: духового шкафа, конфорки с посудой, камина. Баллончик, наполненный газом, производители размещают внутри корпуса чикфаера. Зачастую подобные устройства имеют небольшой размер, что позволяет брать их для использования вне дома. Газовые устройства для воспламенения пользуются спросом из-за своей компактности и удобства.

На пьезоэлементах

Не малоизвестными считаются и пьезозажигалки для газовых плит. Их принцип работы достаточно простой: внутри корпуса устройства размещаются пьезокристаллы, которые сжимаются при нажатии на кнопку. За счёт их сжатия возникает ток небольшого уровня, который даёт искру. Попадание газа на полученную искру становится причиной воспламенения. К основным достоинствам подобного устройства относятся:

Несмотря на достаточно большое количество преимуществ поджигателей данного типа, у них есть один большой недостаток. При любой поломке и малейшему выходу кристалла из строя устройство не подлежит ремонту. Возможно, этот фактор стал причиной не особо большой популярности пьезозажигалок.

Электрические

Устройство электрозажигалки для газовой плиты некоторое время находилось на пике популярности, но, похоже, оно не оправдало надежды домохозяек. Это обусловлено такими недостатками данного типа воспламенителей:

Некоторые люди пользуются исключительно электрозажигалками из-за их долгого срока службы и простоты в эксплуатации. Для обеспечения работы электрозажигалки для газовой плиты необходимо наличие розетки с напряжением 220в. При нажатии на клавишу возникает электрическая дуга, благодаря которой воспламеняется газ в конфорке.

Продлить срок службы электрозажигалки поможет соблюдение правил эксплуатации. Если не использовать зажигалку более 10 секунд за одно поджигание, она прослужит гораздо дольше.

Электронные

Электронные чикфаеры не так давно начали появляться в продаже. Для создания искры в данном случае используются батарейки и основные принципы электроники. Эти устройства можно использовать не только в доме, но и на природе. Качественность и срок службы приятно радуют пользователей электронных зажигалок для газовой плиты. Главное, чтобы на устройство не попала жидкость или жир, поскольку это может стать причиной поломки. После подобной поломки оно не будет подлежать ремонту. Основным недостатком данного типа воспламенителей является постоянная надобность замены батареек. Радует, что они есть в большинстве магазинов.

ТОП лучших зажигалок

Когда речь идёт о выборе бытового воспламенителя, важно не ошибиться и подобрать самое подходящее устройство. Все устройства имеют разнообразные характеристики, с которыми следует внимательно ознакомиться. Определиться поможет рейтинг пяти лучших воспламенителей.

Tefal K00511

Относится к лучшим пьезозажигалкам для газовой плиты. Её по праву можно назвать универсальным устройством, ведь она может использоваться как в доме, так и на природе. Для удобного хранения производители разместили на воспламенителе петлю, за которую его можно подвешивать. Удобная ручка позволяет поджигать газ с полной безопасностью. В Москве на зажигалку для газовой плиты предоставляется гарантия 24 месяца.

Irit IR-9066

Отличное решение для тех, кому нужна долговечная зажигалка на пьезоэлементе для газовой плиты. Пьезозажигалка Irit IR-9066 представляет собой уникальную модель, которая совместила в себе и кристалл, и газ. Долгий срок её службы обеспечивает возможность дозаправки газом. Сила пламени регулируется, а кнопку можно заблокировать, чтобы избежать случайного включения. Корпус изделия выполнен в синем цвете из пластика и металла. Проводник пламени имеет удлинённую форму и может гнуться, мощность огня регулируется.

Wisen 47052 WB-4

Одной из лучших пьезозажигалок для газовой плиты является Wisen 47052 WB-4. Она удобная в использовании, цвет воспламенителя может иметь разные вариации. Приятным моментом является небольшой вес зажигалки (100 г), длина изделия достигает 130 мм.

Polaris PGL 4001

Polaris PGL 4001 – универсальная зажигалка, имеющая пьезоэлемент и баллончик с газом. При необходимости можно осуществлять дозаправку газом. Цветовая гамма данных устройств состоит из жёлтого, зелёного и серого. Дизайн зажигалки очень стильный, поскольку корпус изделия полупрозрачный. Сила производимого огня регулируется, кнопка воспламенения имеет функцию блокировки. Зажигалка пьезоэлектрическая для газовых плит способна прослужить достаточно долгое время при правильной эксплуатации и дозаправке пропаном.

Nova Home Флэкси

Данная модель представляет собой девайс с огромными возможностями. Гибкая деталь для воспламенения обеспечивает простое использование прибора в труднодоступных местах, например, в духовом шкафу, колонках для нагревания воды. Кристаллы в зажигалке особенные: они не разрушаются. Это обеспечивает долгий срок службы изделия. Отлично подойдёт для дома, в котором есть малыши, поскольку имеет блокировку кнопки. При необходимости можно дозаправить зажигалку газом.

При выборе зажигалок для плиты, электрических особенно, обращайте внимание на срок и условия гарантии. При покупке устройства с газом уточняйте, есть ли возможность дозаправки в дальнейшем.

Ценовая политика

На современном рынке уже не встретишь электрозажигалок для газовой плиты времён СССР. Цена на советские приборы на порядок ниже современных. Устаревшие модели практически не используются в быту. Они не имеют удобных приспособлений, которыми усовершенствовали новые модели. Одними из самых дешёвых воспламенителей являются электронные зажигалки для газовой плиты. Их цена может начинаться со 130 рублей. Это прекрасный вариант для людей, имеющих небольшие денежные возможности. Качество вполне оправдывает цену изделия, главное – не мочить его, чтобы электронная часть не вышла из строя.

Хорошим воспламенителем газа является электрозажигалка для газовой плиты. Цена такого устройства немного больше электронных зажигалок. Она может колебаться в пределах 200–300 рублей. Конкретная цена зависит от модели и её характеристик, а также от фирмы-производителя.

Электрозажигалка для газа своими руками

Радиолюбители и люди, разбирающиеся в электронике, не покупают воспламенители, ведь знают, что можно сделать плазменную электрозажигалку для газовой плиты в домашних условиях. На первый взгляд, это может показаться трудно, но если разобраться, всё гораздо проще, чем кажется. Для самоделки необходимо взять всего 3 вещи: неработающий высоковольтный модуль, батарейку мощностью 3,7 вольта и пробку. Такое устройство способно зажечь даже сырые материалы, оно воспламеняет гораздо лучше спичек и даже некоторых дешёвых моделей зажигалок.

План действий для создания самодельной электрической зажигалки для газовой плиты таков:

Самодельное средство для зажигания готово. Можно опробовать его на бумажных изделиях или газовой плите. Такое устройство способно прослужить долгое время. Таким образом можно дать новую жизнь сломанному высоковольтному модулю, да ещё и сделать это с пользой.

Источник