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一般工业技术

计《量与测试技拳》2o13年第4o卷第2期 微控制应用中压电陶瓷的特性分析 。 AnalysisofCharacteristicsofPiezoelectricCeramicinMicro——controlApplications 王 举 李 楠 (沈阳计量测试院,辽宁沈阳 110179) 摘 要:通过实验测定恒定预紧力和弹簧预紧力两种条件下,压电陶瓷伸缩性与电压的对应关系,并定绘制曲线图,为仪器开发人员设计微进给控制 模块挺供依据。 关键词:压电陶瓷;预紧力;压 电效应 学 l 压电陶瓷简介 2 恒定预紧力对压电陶瓷特性的影响 随着科学技术的不断发展,质检系统对仪器设备的 常见的压电陶瓷正常工作时,需要对它们施加一定 要求越来越高。利用压电陶瓷为仪器提供微进给量,实 的预紧力。在不同预紧力的作用下,压电陶瓷的一些特 现高精度的微控制是一种非常实用的方法。压电陶瓷某 性会发生改变。如图2中所示,压电陶瓷在没有施加预 些条件下会产生正压电效应和逆压电效应。如图1中所 紧力的情况下,驱动电压和位移增量的关系为 A曲线。 示,这是一些常见的压电陶瓷,它们至少应有两根电源驱 当有大小为Mg的恒定预紧力作用时,压电陶瓷的驱动 动导线。压电陶瓷价格适宜,在测量仪器中使用,主要是 电压和位移增量的关系为B曲线,B曲线可以近似看成 利用它 自身压电效应所产生的物理伸缩性。本文主要讨 A曲线向位移负方向平移 △ ,△ 计算方法如下: 论压 电陶瓷实用中预紧力对其特性的影响。 △LN--一F (1) 其中:F=Mg,Kr表示压电陶瓷的劲度系数。 U 图 1 常见的压电陶瓷 压电效应是压电材料的弹性变形和介电性相互耦合 图2 恒 定预紧 力对压 电陶瓷特性影 晌 产生的。当压电材料在外力作用下发生形变时,在它的 3 弹簧预紧力对压电陶瓷特性的影响 表面上将产生异号电荷。这种没有电场作用,只是由于 形变产生电荷的现象称为正压电效应。当给压电材料施 图3中预紧力是由弹簧产生的,A曲线是没有施加 预紧力的情况下压 电陶瓷驱动电压和位移增量的关系 曲 加一电场时,不仅产生了极化,同时也产生了形变,这种 由电场作用产生形变的现象称为逆压电效应或电致伸缩 线。当有劲度系数为 的弹簧提供变化预紧力时,驱动 电压和位移增量的关系如图3中B曲线所示,相当于减 效应。压电陶瓷有电容特性,在 电路中相当于一个容性 少了压电陶瓷的最大位移增量。设最大位移增量减小 负载,其电容值c一般相对较大。对于外加驱动电压来 △ ,计算方法如下: 说,每片陶瓷相当于一只平行板电容器。压电陶瓷微位 移执行器在电场作用下产生位移输出,应该具有较高的 AL

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