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压电陶瓷动态操作中需要注意哪些问题?

这一篇我们继续介绍压电陶瓷动态操作中需要注意的问题,以及压电陶瓷的功率散热。

机械方面

高频率的机械循环对整个压电机械系统的耐久性产生一定的影响(如材料疲劳等)。为增加整个压电机械结构的可靠性,我们必须要有一个与压电特性匹配的设计原则,在长期的使用过程中必须遵守这个原则,否则将导致陶瓷或整个结构的损坏。

压电陶瓷使用注意事项

压电陶瓷PZT动态操作


电气方面

压电致动器动态使用的功率 P,可以用下面公式来表示:

  P≈Upp2 f C

Upp:压电致动器的最大驱动电压(单位:伏);

f:压电致动器的工作频率(单位:赫兹);

C:压电致动器的电容量(单位:法拉)。

散热方面

   在压电陶瓷的动态循环过程中,由于压电陶瓷的内部结构的“内耗”将会产生热量,也就是电能除了转化为机械能以外,还有一部分转化为热能。这种机械损失是相当复杂的,但是我们可以知道产生的热量一定程度上是取决于系统的工作条件。

由于陶瓷的内部结构是不能移动的,陶瓷中不存在“结构性摩擦”,因此陶瓷内部的阻碍的损耗是相当低的。另外在极低的温度条件下工作时,损耗几乎完全消失,此时压电陶瓷的铁电性将导致本身的电容、应变和损耗大大的降低。因此能量的损耗和热效应也就不用被考虑了。

陶瓷的温度是由产生的热量与散热控制的平衡。

一般应用于精密定位的陶瓷系统是不包括系统散热的,陶瓷发热到一定极限之前可以短期循环工作,温度过高会使陶瓷的性能和可靠性降低。对于封装陶瓷,对于长时间功率操作,可选择散热处理,也可以选择具有更宽操作范围适合的陶瓷材料。

压电陶瓷PZT动态操作

高压陶瓷动态循环的热图像

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