Princípio, estrutura e características do atuador cerâmico piezoelétrico PZT

Um atuador cerâmico piezoelétrico é um dispositivo que utiliza o efeito piezoelétrico inverso de uma cerâmica piezoelétrica para aplicar um campo elétrico em uma direção apropriada da cerâmica piezoelétrica para gerar um deslocamento e força correspondentes. Quando uma tensão é aplicada à cerâmica piezelétrica polarizada, é alongada na direção de polarização (efeito longitudinal) e encurtado na direção de polarização vertical (efeito lateral). O atuador cerâmico piezoelétrico possui um tipo laminado utilizando efeitos longitudinais piezoelétricos e um tipo de diafragma duplo tipo curvo utilizando efeitos transversais piezoelétricos.

Como o atuador piezoelétrico é um dispositivo para controle de deslocamento e fonte de energia, o material usado deve ser capaz de gerar grande cepa e estresse sob um pequeno campo elétrico, e a eficiência da conversão de energia elétrica em energia mecânica é alta, então a coisa mais importante é usarTransdutor de disco redondo piezo. Um material macio com uma grande constante D, tal campo elétrico crescente (cerca de 1 m v / m), produz uma grande cepa (ΔL / L cerca de 10 -2) e um estresse (cerca de 9,8 MPa). Por outro lado, a variável de resposta é grande, e os requisitos de resistência dielétrica e força mecânica também são altos. Actualmente, os materiais utilizados em atuadores de cerâmica piezoelétricos são principalmente materiais cerâmicos piezoelétricos baseados no chumbo zirconato de titanato (PZT).

3.1 Driver de cerâmica piezoelétrico laminado

Embora o driver de cerâmica piezoelétrico tenha o excelente desempenho acima mencionado, é difícil definir o loop de controle porque a tensão de condução é tão alta quanto 1 kV ou mais. Se várias camadas forem empilhadas em paralelo, a distância entre os eletrodos internos pode ser tão curta quanto cerca de 10 μm. A tensão de condução pode ser reduzida a menos de 100V. Para a deformação causada pelo efeito longitudinal piezoelétrico, o piezo cerâmico tem uma deformação de cerca de 0,3 μm, e um laminado multicamada pode ser deformado por várias dezenas de micrômetros.

3.2 Dupla diafragma tipo piezoelétrico de cerâmica

O tipo laminado é superior em características de resposta e força geradora, ePizt material piezo cerâmico discotem uma desvantagem em que a quantidade de deslocamento é pequena. Portanto, a fim de obter um deslocamento de várias centenas de micrômetros, é necessário usar um tipo de dobra de diafragma dupla. O tipo de flexão do diafragma duplo é pressionar duas cerâmicas piezoelétricas juntas. Quando uma peça é esticada, a outra peça é encurtada e a deformação é proporcional ao campo elétrico aplicado. O tipo de flexão do diafragma duplo é dividido em dois tipos: série e paralelo. As principais características dos dois são comparadas. Pode ser visto a partir da tabela que o tipo de dobra do diafragma duplo piezoelétrico paralelo tem um grande montante de deslocamento para a mesma tensão.

3.3 Superioridade de desempenho de motorista cerâmica piezoelétrica

1) Usando uma técnica de laminação de filme espesso, um sólidoCristal de disco piezoelétrico.que é integralmente sinterizado é obtido sem um fichário.
2) Ao introduzir o processo IC e a tecnologia de isolamento, os eletrodos internos estão de acordo com a seção transversal do componente, e a distribuição de estresse é uniforme, aumentando assim o limite de dano.
3) A camada cerâmica piezoelétrica é diluída, e o pitch eletrodo pode ser reduzido para cerca de 10 μm, permitindo a condução de baixa tensão.
4) A introdução da tecnologia do quadril (tecnologia de sinterização de prensagem a quente isostática) pode atingir alta densidade, e a força mecânica é aumentada em cerca de 30% em comparação com os órgãos sinterizados comuns.
5) unidade de tensão, sem ruído eletromagnético.
6) A mudança de deslocamento ao longo do tempo, pequena deriva e boa estabilidade de temperatura) Pode ser produzido em massa e o custo é baixo para aplicação de motorista de cerâmica piezoelétrica

4.1 Aplicações mecânicas

Um cabeçote de impressão prático para uma impressora matricial de ponto de impacto foi obtida, que é uma combinação de um atuador piezoelétrico laminado e um mecanismo de deslocamento de ampliação. Esta cabeça de impressora possui uma tensão de alimentação de 90 V, uma ampliação de deslocamento de cerca de 30 vezes e um deslocamento terminal de cerca de 600 μm. Ele pode obter desempenho de impressão de alta velocidade de 100 palavras / s ou mais, e tem baixo consumo de energia e baixa geração de calor. Além disso, também é usado em dispositivos de posicionamento de ultra-precisão para fabricação de semicondutores e usinagem de ultra-precisão. O deslocamento é principalmente no intervalo sub-micron. Em consideração a histerese e linearidade, a atenção deve ser dada ao controle de loop fechado.

4.2 Aplicação no poder

Aplicações em unidades de energia, como ventiladores piezoelétricos, válvulas piezoelétricas, bombas piezoelétricas e motores ultra-sônicos são principalmente devido ao baixo consumo de energia e controle preciso dos atuadores piezoelétricos. O deslocamento desses dispositivos deve ser várias centenas de micrômetros, e o tipo de flexão do diafragma duplo é freqüentemente usado, e a válvula piezoelétrica usada para controle de fluxo é próxima da prática.

4.3 Aplicações Óticas

Atualmente, a aplicação de atuadores cerâmicos piezoelétricos em novos campos, como sistemas de comunicação óptica, como a determinação da minúscula posição do espelho a laser, o acoplador de docking de fibra óptica, e o controlador de polarização de fibras, estão sendo amplamente realizados.

4.4 Aplicação em sensores

Em comparação com um sensor de pressão geral, um atuador piezoelétrico laminado pode obter uma grande tensão de saída com uma pequena pressão, e assim pode ser usada como um sensor de pressão altamente sensível e um sensor de aceleração.