Датчики и исполнительные устройства составляют основу современных приборных систем в процессах и производстве. Датчик действует как входное устройство для глаз и ушей машины, а исполнительный механизм - выходное устройство, которое перемещает объект. Драйвер - это, по сути, механическое или электромеханическое устройство, которое реагирует на контролируемые стимулы для создания движения.

В типичной системе управления датчик предоставляет информацию микроконтроллеру и активирует исполнительный аппарат на основе этой информации. Эта серия операций является основой всех промышленных систем управления, приборов и автоматизации. Этот механизм можно лучше понять с помощью следующей диаграммы:

Рисунок 1: Простая система управления

Типичный исполнительный аппарат требует два типа сигналов: 1) Управляющий сигнал 2) Сигнал питания. Управляющий сигнал сообщает исполнительному устройству, когда и в какой степени происходит движение, а электрический сигнал используется для поддержания электропитания устройства. В зависимости от типа источника питания исполнительные устройства можно разделить на три категории:

Гидравлический

Пневматический

Электромеханика

Гидравлические и пневматические приводы являются механическими, а электромеханические приводы используют электрическую энергию. Существует много различных типов электромеханических приводов, но в этой статье мы сосредоточимся на многослойных пьезоэлектрических приводах KEMET.

Что такое пьезоэлектрический привод?

Прежде чем обсуждать пьезоэлектрические приводы, важно понять концепцию пьезоэлектричества. Способность некоторых материалов реагировать на механические напряжения для генерации напряжения называется пьезоэлектричеством. Механическое напряжение на пьезоэлектрический материал создает напряжение на выходе материала. Напротив, наложение входного напряжения на пьезоэлектрический материал может привести к механическому движению выходного конца, такому как звук, вибрация или смещение. Феномен пьезоэлектричества показан на рисунке ниже:

Рисунок 2: Феномен пьезоэлектричества

Используя пьезоэлектрический принцип, можно построить различные типы электрического и электронного оборудования, включая датчики и исполнительные устройства. В зависимости от его конструкции, пьезоэлектрический привод имеет два типа: 1) однослойный привод 2) многослойный привод.

Сравнение однослойных и многослойных пьезоэлектрических приводов

Как следует из названия, однослойный пьезоэлектрический привод изготовлен из одного пьезоэлектрического элемента, в то время как многослойный пьезоэлектрический привод состоит из многослойного пьезоэлектрического материала, сложенного вместе. На рисунке ниже показаны два типа исполнителей:

Рисунок 3: Однослойные и многослойные пьезоэлектрические приводы

Многоступенчатые пьезоэлектрические приводы обеспечивают более широкий спектр сил и перемещений при одинаковом напряжении. Это связано с тем, что компостирование пьезоэлектрических элементов создает эффект умножения. Однослойный пьезоэлектрический привод производит смещение 1 мкм при 1 кВ. Для сравнения, многослойные пьезоэлектрические приводы производят смещение 100 мкм при 100 В. Таким образом, многоступенчатый пьезоэлектрический привод производит в 10 раз больше силы при 100 - кратном напряжении. Эти цифры доказывают, что разница в производительности между этими двумя типами исполнительных устройств огромна. Низкое рабочее напряжение с высоким уровнем мощности расширяет возможности пьезоэлектрического привода, что делает его пригодным для более широкого применения управления. Керамическим материалом, используемым в многоступенчатых пьезоэлектрических приводах KEMET, является PZT (цирконий титанат свинца).

Что такое пьезоэлектрический привод по сравнению с электромагнитным?

Конструкция электромеханического привода имеет две основные технологии: 1) электромагнетизм 2) пьезоэлектрическая. пьезоэлектрический привод превосходит электромагнитный привод с точки зрения выхода силы, точности, времени отклика, эффективности, управления и размера. На диаграмме ниже показано сравнение этих двух технологий.

：

Рисунок 4: Сравнение электромагнитных и пьезоэлектрических приводов

Из сравнения ясно, что пьезоэлектрический привод обладает отличной производительностью с точки зрения силы, точности, времени отклика, управления и размера. Единственная область, в которой эти приводы отстают от электромагнитных приводов, - это смещение. Электромагнитный привод производит смещение в пределах нескольких миллиметров, а пьезоэлектрический привод производит смещение в нескольких микрометрах. Однако с развитием технологии многоступенчатых пьезоэлектрических приводов ожидается, что реакция на смещение со временем станет лучше.

Как лучше использовать пьезоэлектрический привод KEMET?

Внимательное изучение пьезоэлектрических приводов KEMET выявило некоторые ключевые структурные изменения по сравнению с традиционными пьезоэлектрическими приводами. Основное различие заключается в расположении и структуре электродов. Традиционный пьезоэлектрический привод имеет часть внутренних электродов, в то время как пьезоэлектрический привод KEMET имеет полный внутренний электрод. Некоторые внутренние электроды менее способны выдерживать механические напряжения, поэтому они легко разрываются или ломаются. Напротив, все внутренние электроды демонстрируют высокую надежность, долговечность и высокую производительность. Различия в структуре электродов между традиционными и пьезоэлектрическими приводами KEMET показаны на рисунке ниже:

Рисунок 5: Сравнение KEMET с традиционными пьезоэлектрическими приводами

Продукты пьезоэлектрических приводов KEMET

KEMET предлагает широкий спектр многоступенчатых пьезоэлектрических приводов, охватывающих широкий спектр промышленных и коммерческих применений. Многоуровневые пьезоэлектрические приводы KEMET делятся на две основные категории:

Исполнитель с покрытием смолой

Исполнитель с металлическим корпусом

Устройство с покрытием смолой является стандартным приводом с тонким белым покрытием. В этой категории есть две серии продуктов: AE и AER. Серия AE состоит из стандартных приводов прямоугольной формы, а серия AER состоит из приводов с кольцевым покрытием из смолы.

Класс типа металлической оболочки состоит из трех семейств продуктов, а именно ASB, Asley и AHB. Это высокопроизводительные исполнительные устройства с более высокой температурой. Серия ASL предлагает до 150 номинальных значений тепла. Серия AHB предлагает 85 тепловых номиналов OC с более высоким уровнем выбросов.

Рисунок 7: Структура металлических пьезоэлектрических приводов

Применение многоступенчатых пьезоэлектрических приводов

Многоступенчатые пьезоэлектрические приводы могут использоваться в широком спектре применений. Некоторые из основных применений этих высокопроизводительных исполнительных устройств включают:

Система точной обработки и управления местоположением (XY - погрузчик, машина для подачи деталей, трикотажная машина)

Сборка и производство полупроводников (контроллеры потока массы, шаговые двигатели и нанопринтеры)

Оптические приборы (позиционирование объектива, самофокусирующийся микроскоп)

Прибор прибор (вибрационный контроль, контрольный клапан, испытательный прибор)

Выводы

Механические и электромеханические исполнительные устройства являются важной частью всех типов приборов и систем управления. пьезоэлектрический привод - это электромеханический привод, который преобразует электрическую энергию в механическое движение. Многоступенчатые пьезоэлектрические приводы KEMET имеют много преимуществ по сравнению с однослойными и традиционными пьезоэлектрическими приводами. Они обладают превосходной точностью, временем отклика, эффективностью и контрольными характеристиками. Поэтому они идеально подходят для приложений, требующих высокой точности, точности и эффективности. Так что не жди больше.

Заявление: Содержание и сопроводительная карта этой статьи написаны автором - резидентом или воспроизведены с разрешения веб - сайта сотрудничества. Точка зрения статьи представляет только самого автора, а не позицию электронной сети энтузиастов. Статьи и их чертежи предназначены только для обучения инженеров, если есть нарушения контента или другие нарушения, пожалуйста, свяжитесь с этим сайтом для обработки.