PZT pietsosähköisen keraamisen toimilaitteen periaate, rakenne ja ominaisuudet

Pietsosähköinen keraaminen toimilaite on laite, joka hyödyntää pietsosähköisen keramiikan käänteistä pietsosähköistä vaikutusta sähkökentän kohdistamiseksi pietsosähköisen keraamisen sopivaan suuntaan vastaavan siirtymän ja voiman tuottamiseksi. Kun polarisoituun pietsosähköiseen keramiikkaan kohdistetaan jännite, se pitenee polarisaatiosuunnassa (pitkittäinen vaikutus) ja lyhenee pystypolarisaatiosuunnassa (sivuvaikutus). Pietsosähköisellä keraamisella toimilaitteella on laminoitu tyyppi, joka hyödyntää pietsosähköisiä pitkittäisvaikutuksia, ja kaksikalvoinen kaareva tyyppi, jossa käytetään pietsosähköisiä poikittaisvaikutuksia.

Koska pietsosähköinen toimilaite on laite siirtymän ohjaukseen ja virtalähteeseen, käytetyn materiaalin on kyettävä synnyttämään suuria jännityksiä ja jännityksiä pienessä sähkökentässä ja sähköenergian muuntamisen hyötysuhde mekaaniseksi energiaksi on korkea, joten tärkeintä on käyttää pietso pyöreä levymuunnin . Pehmeä materiaali, jolla on suuri vakio d, kuten kasvava sähkökenttä (noin 1 MV/m), tuottaa suuren venymän (Δl/l noin 10 -2) ja jännityksen (noin 9,8 MPa). Toisaalta vastemuuttuja on suuri, ja myös dielektrisen lujuuden ja mekaanisen lujuuden vaatimukset ovat korkeat. Tällä hetkellä pietsosähköisissä keraamisissa toimilaitteissa käytetyt materiaalit ovat pääasiassa pietsosähköisiä keraamisia materiaaleja, jotka perustuvat lyijysirkonaattititanaattiin (PZT).

3.1 Laminoitu pietsosähköinen keraaminen ohjain

Vaikka pietsosähköisellä keramiikkaohjaimella on edellä mainittu erinomainen suorituskyky, ohjaussilmukan asettaminen on vaikeaa, koska käyttöjännite on jopa 1 kV tai enemmän. Jos useita kerroksia pinotaan rinnakkain, sisäisten elektrodien välinen etäisyys voi olla niinkin lyhyt kuin noin 10 μm. Käyttöjännite voidaan laskea alle 100 V:iin. Pietsosähköisen pitkittäisvaikutuksen aiheuttamaa muodonmuutosta varten pietsokeramiikassa on noin 0,3 μm muodonmuutos ja monikerroksinen laminaatti voi deformoitua useita kymmeniä mikrometrejä.

3.2-kaksoiskalvotyyppinen pietsosähköinen keraaminen ohjain

Laminoitu tyyppi on ylivoimainen vasteominaisuuksiltaan ja tuottovoimaltaan, ja PZT-materiaalista keraamisen pietsokeamisen haittapuolena on se, että siirtymämäärä on pieni. Siksi useiden satojen mikrometrien siirtymän saavuttamiseksi on käytettävä kaksoiskalvotaivutustyyppiä. Kaksoiskalvotaivutustyyppi on puristaa kaksi pietsosähköistä keramiikkaa yhteen. Kun yhtä kappaletta venytetään, toinen kappale lyhenee ja muodonmuutos on verrannollinen käytettyyn sähkökenttään. Kaksoiskalvotaivutustyyppi on jaettu kahteen tyyppiin: sarja ja rinnakkais. näiden kahden pääpiirteitä verrataan. Taulukosta voidaan nähdä, että rinnakkaisella pietsosähköisellä kaksoiskalvotaivutustyypillä on suuri siirtymämäärä samalla jännitteellä.

3.3 pietsosähköisen keraamisen ohjaimen suorituskykyä parempi

1) Paksukalvolaminointitekniikalla kiinteä aine Pietsosähköinen levykide , joka on kiinteästi sintrattu, saadaan ilman sideainetta.
2) Ottamalla käyttöön IC-prosessi ja eristystekniikka, sisäiset elektrodit ovat linjassa komponentin poikkileikkauksen kanssa ja jännitysjakauma on tasainen, mikä lisää vauriorajaa.
3) Pietsosähköinen keraaminen kerros ohennetaan ja elektrodin jakoa voidaan pienentää noin 10 μm:iin, mikä mahdollistaa pienjänniteajon.
4) HIP-tekniikan (isostaattinen kuumapuristussintraustekniikka) käyttöönotto voi saavuttaa suuren tiheyden, ja mekaaninen lujuus kasvaa noin 30% verrattuna tavallisiin sintrattuihin kappaleisiin.
5) Jännitekäyttö, ei sähkömagneettista kohinaa.
6) Siirtymän muutos ajan myötä, pieni ajautuminen ja hyvä lämpötilan vakaus) Se voidaan valmistaa massatuotantona ja kustannukset ovat alhaiset pietsosähköisen keraamisen ohjainsovelluksen osalta

4.1 Mekaaniset sovellukset

Iskupistematriisitulostimeen on saatu käytännöllinen tulostuspää, joka on yhdistelmä laminoitua pietsosähköistä toimilaitetta ja siirtymää vahvistavaa mekanismia. Tämän kirjoitinpään virtalähdejännite on 90 V, siirtymän suurennus on noin 30-kertainen ja liittimen siirtymä noin 600 μm. Sillä voidaan saavuttaa nopea tulostus, vähintään 100 sanaa sekunnissa, ja sillä on alhainen virrankulutus ja alhainen lämmöntuotanto. Lisäksi sitä käytetään myös erittäin tarkoissa paikannuslaitteissa puolijohteiden valmistukseen ja erittäin tarkkaan koneistukseen. Siirtymä on enimmäkseen alle mikronin alueella. Hystereesin ja lineaarisuuden huomioon ottaen on kiinnitettävä huomiota suljetun silmukan ohjaukseen.

4.2 Sovellus tehossa

Sovellukset tehoyksiköissä, kuten pietsosähköisissä tuulettimissa, pietsosähköisissä venttiileissä, pietsosähköisissä pumpuissa ja ultraäänimoottoreissa, johtuvat pääasiassa pienestä virrankulutuksesta ja pietsosähköisten toimilaitteiden tarkasta ohjauksesta. Näiden laitteiden siirtymän tulee olla useita satoja mikrometrejä, ja usein käytetään kaksoiskalvotaivutustyyppiä, ja virtauksen säätämiseen käytettävä pietsosähköinen venttiili on lähes käytännöllinen.

4.3 Optiset sovellukset

Tällä hetkellä pietsosähköisten keraamisten toimilaitteiden käyttöä uusilla aloilla, kuten optisissa viestintäjärjestelmissä, kuten laserpeilin, kuituoptisen telakointikytkimen ja kuitupolarisaatioohjaimen pienen sijainnin määrittämisessä, toteutetaan laajalti.

4.4 Sovellus antureissa

Yleiseen paineanturiin verrattuna laminoitu pietsosähköinen toimilaite voi saada suurella lähtöjännitteellä pienellä paineella ja siten sitä voidaan käyttää erittäin herkänä paineanturina ja kiihtyvyysanturina.