Um sensor piezelétrico é um dispositivo que mede a pressão ou tensão utilizando a piezeletricidade, que é um fenômeno onde certos materiais podem gerar uma corrente elétrica, quando deformado, ou seja, a piezeletricidade é a capacidade que alguns cristais possuem de gerarem corrente elétrica em resposta a uma pressão mecânica exercida sobre o mesmo. O termo deriva da palavra grega “piezein”, que quer dizer espremer ou pressionar. O efeito piezoelétrico é reversível, pois os cristais deste tipo, quando são sujeitos a uma tensão externa, são capazes de sofrer variações em sua forma. A deformação gira em torno de 0,1% da dimensão original nestes tipos de cristais, estes dispositivos possuem algumas aplicações de grande importância, tais como a produção e detecção de sons, a geração de altas tensões e também a geração de uma frequência eletrônica.

O sensor piezoelétrico pode converter a força exercida sobre ele por compressão, impacto de aceleração, ou vibração em um sinal elétrico cuja força é proporcional à intensidade da força. Há certo número de materiais que ocorrem naturalmente e que demonstram este efeito, mais notavelmente os materiais como o quartzo e a turmalina. Os materiais piezelétricos podem também ser sintetizados industrialmente. Os materiais piezoelétricos sintéticos podem ser materiais de cristal único, semelhantes aos cristais naturais, mas com propriedades melhoradas, tais como cristais de fosfato de gálio, estes materiais piezocerâmicos tal como o titanato de zirconato de chumbo (PZT), podem ser fabricados através da sinterização e apresentar menor custo de produção, também pode ser produzidos através do aquecimento dos ingredientes em pó em um determinado forno, os polímeros tais como fluoreto de polivinilideno (PVDF), também apresentam tais características, e podem ser feitos em finas, películas flexíveis.

Sinal pizoelétrico

Sinal pizoelétrico

O sinal elétrico gerado por sensores piezoelétricos cai rapidamente após a força ser aplicada pela primeira vez. Isto significa que eles não são adequados para medir uma força estática, contudo, eles são excelentes em medir as forças de muito curta duração, tais como forças de impacto. O cristal único e sensores piezocerâmicos são muito rígidos e possuem uma frequência natural muito alta. A frequência natural de um sensor impõe limitações nas suas utilizações, como erros de medição, que poderão ocorrer quando a frequência da vibração a ser medida é próxima daquela do sensor. Um sensor piezoelétrico de alta frequência natural permite que ele possa medir com precisão as frequências muito elevadas, no entanto, isto significa que ele pode ser utilizado para detectar padrões de vibração anormais que podem ser causados por defeitos nos materiais e componentes.

A rigidez elevada do cristal único e dos sensores piezocerâmicos significa que muitas vezes eles possuem propriedades físicas semelhantes aos materiais, tais como aço, a partir do qual as ferramentas e máquinas são produzidas. Os sensores podem, por conseguinte, ser incorporados às ferramentas e máquinas, como parte da sua estrutura, de modo que eles possam ser construídos em conjunto com os sensores. Este tipo de sensor piezoelétrico é também muito robusto, sendo capaz de lidar com fortes forças de impacto e funcionar eficazmente a temperaturas elevadas, eles são muito utilizados em muitas aplicações industriais para a medição de pressão e tensão sobre diversos materiais. Eles podem também ser utilizados para medir a aceleração, ou seja, quando um objeto acelera ele exerce uma força na direção oposta, que pode ser medido por um sensor.

Os sensores piezoelétricos possuem uma ampla gama de aplicações. Uma aplicação comum é em microfones, quando a força exercida por ondas de som é convertida em sinais elétricos e gravado ou amplificado. Estes componentes devem ser flexíveis e de materiais piezoelétricos leves como o fluoreto de polivinilideno, que pode ser usado em telas sensíveis ao toque em celulares e tablets, e também têm aplicações em pesquisa científica. Por exemplo, pequenos sensores podem ser anexados a pequenos animais e até insetos para monitorar sua atividade e comportamento.