壓電陶瓷的剛度是恒定不變嗎？
感謝關(guān)注芯明天科技——壓電納米定位技術(shù)行業(yè)！
剛度 Stiffness
您可以把壓電陶瓷理解為一個機械彈簧，具有恒定的剛度C，剛度對于諧振頻率以及出力來說是一個非常重要的參數(shù)。
剛度與橫截面積A成正比例關(guān)系，橫截面積越大則剛度越大，剛度與長度成反比例關(guān)系，壓電陶瓷的長度增加，剛度降低。
例如：
PSt150/5×5/7, 橫截面積為5mm×5mm，高度為9mm，剛度C=120N/μm。如果橫截面積不變，長度增加到18mm，此時的剛度將會降低一半為60N/μm，如果選擇PSt150/7×7/20，橫截面積約為PSt150/5×5/20的兩倍，則剛度為120N/μm。
實際應(yīng)用的過程中，這種關(guān)聯(lián)關(guān)系是非常復雜的。剛度也受到其他因素影響，比如說電極的連接方式等，因此剛度不是一個恒定的數(shù)值。
上面的公式并不能準確表達實際應(yīng)用情況，剛度還取決于如何操作（靜態(tài)、動態(tài)操作）以及環(huán)境的影響（負載、供電，小信號或大信號），剛度可能會受到這兩個或更多因素影響。因此公式只能是粗略的估算壓電陶瓷的參數(shù)性能。
壓電陶瓷隨著不同壓縮負載而變化，壓力通過壓力傳感器監(jiān)測。
A 短路連接 B開路連接
測試過程：
選擇PSt150/10×10/20(配置電阻應(yīng)變計)，給其加載2kN軸向力，壓電陶瓷的壓縮量通過應(yīng)變計和應(yīng)變放大器監(jiān)測。如下圖所示。
測試結(jié)果：
剛度不同的原因是由于正壓電效應(yīng)，機械壓力產(chǎn)生電荷負載。
A、B兩種引線方式測得的剛度不同：
A=＞200N/μm
B=＞450N/μm
A方式，兩個電極線短接，電荷可以流動，內(nèi)部消耗。但是B方式電荷保持在壓電陶瓷內(nèi)，因此引線兩端存在機械力產(chǎn)生的電壓。相當于壓電陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生了電場。這個電場使壓電陶瓷穩(wěn)定以抵抗壓縮力。
理論依據(jù)：
A方式引線短接，相當于電壓控制，機械產(chǎn)生的電荷相對流動來保持壓電陶瓷兩端的電壓恒定，電荷被消耗。
B方式引線開路，理論上相當于電荷或電流控制，機械力產(chǎn)生的電荷存留在壓電陶瓷內(nèi)，壓電陶瓷電壓隨著負載力的變化而變化。
開路電流控制的優(yōu)勢主要在于動態(tài)位移控制。
更大的系統(tǒng)剛度可以通過閉環(huán)位置控制獲得，相較于閉環(huán)控制，開路電流控制的響應(yīng)速度更快。
2．封裝壓電陶瓷的剛度
參數(shù)表里的剛度數(shù)值是移動端受力損失的位移，通過移動端或前端殼體外螺紋與外部機械結(jié)構(gòu)連接后，整體的剛度降低，因為力的傳輸包括了陶瓷和殼體，在理論分析時需要將這一點考慮進去。
系統(tǒng)整體的剛度取決于所有的機械部分：比較弱的點經(jīng)常是設(shè)計中連接結(jié)合點。
3. 放大機構(gòu)促動器的剛度
機構(gòu)放大式結(jié)構(gòu)促動器整體的剛度會降低。
出力約為壓電陶瓷出力的1/n，整體的剛度降低到大約1/（n×n） (基于陶瓷的原始參數(shù))，n為機構(gòu)放大倍數(shù)。
4.剛度參數(shù)解讀
電壓控制壓電陶瓷的剛度大概為相同尺寸鋼柱的20%左右。
相同材料極化的壓電陶瓷的彈性模量大不相同：
◆ 各項異性（取決于施加力的方向和極化軸）
◆ 取決于施加的電場變化（小信號與大信號激勵）
（PZT材料參數(shù)）
◆ 剛度在一定程度上取決于預緊力情況。
參數(shù)表里的剛度數(shù)值是小信號電壓控制下測得的，一定要注意剛度有20%的公差，參數(shù)表里的數(shù)值用于理論分析。
17051647888
地址：黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)學府路191號創(chuàng)業(yè)孵化產(chǎn)業(yè)園I2棟1層哈爾濱芯明天科技有限公司(www.xzthtz.cn)主營：壓電促動器,壓電移相器,壓電快反鏡,快速刀具定位器
哈爾濱芯明天科技有限公司 版權(quán)所有 ICP備案號:黑ICP備16009173號-2 管理登陸 技術(shù)支持：儀表網(wǎng) 網(wǎng)站地圖
