我們都知道,給壓電陶瓷加載電壓之后,它會隨著驅動電壓的升高而膨脹伸長,當電壓下降的時候,壓電陶瓷會回縮,由于壓電陶瓷具有極快的響應速度,因此在電流足夠大的情況下,壓電陶瓷會隨著驅動電壓升高或降低快速的膨脹與回縮,這時壓電陶瓷自身會產生一個拉力與壓縮力,兩種力交替出現(xiàn),我們稱之為動態(tài)力。
當壓電陶瓷高頻動態(tài)工作的時候,自身產生的動態(tài)力非常大,計算公式如下:
從動態(tài)力公式可以看出,即使沒有外部的負載,動態(tài)工作時壓電陶瓷自身仍會產生動態(tài)力。
由于壓電陶瓷是通過疊堆共燒工藝或者由壓電陶瓷片堆疊粘接而成,因此對于拉力非常的敏感,過大的拉力會造成壓電陶瓷的損壞。下圖為由于承受拉力而造成損壞的壓電陶瓷。
很大的動態(tài)力相當于非常大的加速度作用在壓電陶瓷及內部電極上,這種沖擊會導致其損壞。加速度計算公式如下:
比如一個壓電陶瓷的位移是20μm,操作頻率是10kHz,計算得出加速度為39500m/s2,這超過了地球重力加速度的4000倍。
如何規(guī)避動態(tài)力可能帶來壓電陶瓷損壞的風險呢?
我們在使用的過程中需要了解動態(tài)力的情況,通過計算來確定動態(tài)力的大小,再通過降低使用頻率或負載的方式減小動態(tài)力造成壓電陶瓷損壞的可能性。
壓電陶瓷帶負載之后,產生的動態(tài)力會更大。因此我們對于動態(tài)應用的需求通常會選擇帶有一定預緊力的封裝壓電陶瓷,例如芯明天的PSt 150系列 及PSt 1000系列,PSt 1000/35/xx VS45系列壓電陶瓷的預緊力為6000N,這也就是意味著該系列壓電陶瓷可以承受的zui大動態(tài)力為6000N。
PSt 1000/35/200 VS45
沒有預緊力的壓電陶瓷,只能在很低的頻率下可以使用。
舉例:
我們選擇封裝型壓電陶瓷PSt 1000/16/200 VS25 這款產品,負載為10kg的前提下,zui大的使用頻率可以達到300Hz嗎?
通過動態(tài)力公式計算,設頻率為300Hz,計算得出動態(tài)力為3655N,而該壓電陶瓷的預緊力為1500N,動態(tài)力遠遠超過了預緊力。在此頻率下使用,必定會導致壓電陶瓷的損壞;同樣采用動態(tài)力公式計算,假設動態(tài)力為1500N,計算得出zui大使用頻率為192Hz。
注意:
1、動態(tài)操作壓電陶瓷需要加散熱裝置可快速的將壓電陶瓷產生的熱量導出。
2、動態(tài)操作需要確保壓電陶瓷不受側向力及剪切力。
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