壓電陶瓷位移與出力
很多朋友咨詢壓電陶瓷的出力問題，咨詢壓電陶瓷在結(jié)構(gòu)中的出力是否可以達(dá)到預(yù)期要求，其實(shí)壓電陶瓷出力是一個(gè)復(fù)雜的過程，下面具體介紹。
位移與出力的關(guān)系
位移 ΔL0： 是壓電陶瓷產(chǎn)生的位移，這個(gè)數(shù)值是在空載條件下測得，即在壓電陶瓷產(chǎn)生位移過程中不受任何阻力。對陶瓷施加電壓后， 測得相應(yīng)位移。
出力Fmax ：是壓電陶瓷產(chǎn)生的大出力，這個(gè)數(shù)值是壓電陶瓷在大驅(qū)動(dòng)電壓下且位移為0時(shí)，測得的出力，即抵抗大剛度負(fù)載的推力。
假設(shè)把陶瓷固定在兩面墻之間，施加大電壓給壓電陶瓷，由于兩面墻的剛度很大，壓電陶瓷無法伸長，位移為零，這時(shí)的出力為大出力。但是事實(shí)上，任何物體都會表現(xiàn)出一定的彈性模量。
在外部機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度為零時(shí)，給壓電陶瓷加大電壓，壓電陶瓷產(chǎn)生大的位移。這時(shí)出力為零。由此出力與位移的關(guān)系如下圖所示。
只要外部連接機(jī)械結(jié)構(gòu)存在剛度，則陶瓷的位移就一定會有損失，位移損失的大小取決于外部機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度，外部機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度越大，損失的位移也就越大，當(dāng)外部機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛度與陶瓷的剛度相同時(shí)，位移與出力為大位移與出力的一半，陶瓷能效得到大的利用。
實(shí)驗(yàn)測量
通過上面的介紹可知壓電陶瓷的出力是以輸出位移的壓縮損失來產(chǎn)生的，因此可以通過監(jiān)測壓電陶瓷位移的損失得到出力。
陶瓷出力，可以使用閉環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)測量裝置如圖所示：閉環(huán)壓電陶瓷及控制電源、測力傳感器、機(jī)械壓力機(jī)設(shè)備等。
實(shí)驗(yàn)：
●壓電陶瓷：PST150/10x10/40
大工作電壓150V
a 壓電陶瓷的零位通過偏置電壓“Offset”設(shè)置
實(shí)驗(yàn)1：0 V單極操作
實(shí)驗(yàn)2：- 30 V半雙極性操作
b 閉環(huán)模式下，電路“0 V”無位移輸出，當(dāng)負(fù)載力變化時(shí)控制電路將試圖保持陶瓷的零位置不變。
●測試方法：陶瓷的壓力負(fù)載不斷增加并且監(jiān)測力傳感器。壓電陶瓷的位置通過閉環(huán)控制保持不變=>壓電控制器電壓相應(yīng)增加，用于補(bǔ)償壓縮的壓電陶瓷長度。當(dāng)補(bǔ)償電壓達(dá)到+150 V時(shí)，負(fù)載達(dá)到極限。
這樣的系統(tǒng)裝置可以反映出力過程：壓力變化作用于壓電陶瓷系統(tǒng)，系統(tǒng)通過增加電壓保持陶瓷位移不變。
結(jié)果：
●壓電陶瓷：PST150/10x10/40的大出力
實(shí)驗(yàn)1：單極模式
（相當(dāng)于0 V /+150 V激勵(lì)）： 6000N
實(shí)驗(yàn)2：半雙極模式
（相當(dāng)于-30 V /+150 V激勵(lì)）： 7000N
●PST150/10x10/40力的變化和補(bǔ)償電壓之間是線性關(guān)系
●大出力相當(dāng)于壓電陶瓷的大負(fù)載變化，可以被閉環(huán)反饋位置控制。
●舉例
壓電陶瓷PST150/5x5/40（大工作電壓150 V）當(dāng)被設(shè)置在90 V的位置時(shí)，此時(shí)閉環(huán)控制位置保持恒定。可在產(chǎn)生的出力——壓電陶瓷能被壓縮補(bǔ)償對應(yīng)“60V”的力。
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