الباحثون يُحسّنون محركات الكهرباء المقطعة لتحسين حساسية درجة الحرارة

في البيئات القاسية مثل الاستكشاف في أعماق البحار وتطبيقات الطيران، يمكن أن يحدد التحكم الدقيق في الانحراف نجاح المهمة.كمكونات أساسية لأنظمة الحركة الدقيقة، تظهر خصائص الأداء التي تتأثر بشكل كبير بالحرارة. إن فهم هذه الخصائص الحرارية بشكل دقيق وإدارتها بفعالية يمثل تحديًا حاسمًا للمهندسين.

يعتمد سلوك درجة حرارة محركات السيراميك الكهربائية الصلبة بشكل أساسي على عاملين: التوتر المتبقي والحقل القسري.تعتمد درجة حرارة هذه المعلمات على الأداء العام للمحركتغيرات درجة الحرارة تؤثر بشكل مباشر على كل من التحولات التي يمكن تحقيقها من العناصر الكهربائية والبيانات الفيزيائية.

مع انخفاض درجة الحرارة، كل من سلالة بقية (S_ريم) والحقل القسري (E_ريمهذا يشير إلى استقرار استقطاب أكبر في المواد الكهربائية في درجات الحرارة المنخفضة، ولكن في الوقت نفسه يقدم تحديات التحكم.انخفاض درجات الحرارة أيضا يسطح منحنى التوتر الثنائي القطب، والحفاظ على نطاق التوتر الإجمالي مماثل تحت محرك ثنائي القطب مع تقليل التوتر بشكل كبير في التشغيل أحادي القطب.

من الجدير بالذكر أن السيراميكات الكهربائية العضوية تظهر معامل توسع حراري سلبيالمواد الكهربائية الصناعية تتوسع عند درجات حرارة أقلهذا السلوك الحراري الشاذ يرتبط بقوة مع درجة الاستقطاب - الاستقطاب الأكثر اكتمالا يزيد من حدة التأثير.يجب أن تأخذ تصاميم أدوات الدقة في الاعتبار هذه الخاصية الفريدة من نوعها لمنع التشوه الهيكلي من تقلبات درجة الحرارة.

أجهزة التشغيل السيراميكية متعددة الطبقات المعاصرة تظهر أداءً وموثوقية استثنائية، حيث تصل درجات حرارة كوري إلى 350 درجة مئوية.هذا يتيح الحد الأدنى من اختلاف المعلمات عبر نطاقات درجة حرارة واسعة، مع معدلات تغير النزوح منخفضة تصل إلى 0.05٪ / K عند درجات حرارة مرتفعة.

ومع ذلك ، فإن البيئات التجمدية تمثل تحديات كبيرة. في درجات حرارة الهيليوم السائل ، قد تنتج محركات الطاقة الكهربائية الموحدة القطبية فقط 10 إلى 15٪ من نزوحها في درجة حرارة الغرفة.القيادة ثنائية القطب يمكن أن تتغلب على هذا القيود، ولكن يتطلب التحكم في الجهد بعناية لمنع الأضرار الناجمة عن زيادة الحقول القسرية عند درجات الحرارة المنخفضة.

لا يزال الانجراف الحراري أمرًا حاسمًا في أنظمة تحديد المواقع الدقيقة. في حين أن التحكم في الحلقة المغلقة يمكن أن يخفف جزئيًا من عدم الخطيّة والإستريزيس والزحف والانجراف الحراري.تحقيق التحكم الدقيق غالبا ما يتطلب التضحية ببعض القدرة على النقلالحلول العملية تجمع بين اختيار المواد الأمثل وأنواع المحركات وتصميمات النظام للتعويض عن درجة الحرارة النشطة أو السلبية.

تستفيد محركات الانحناء السيراميكية بالكامل من الهياكل التماثلية التي تقلل من الانحراف الحراري في اتجاه الانحراف. وتوسع خيارات التغطية المختلفة نطاق التشغيل.تعمل أجهزة التشغيل القياسية المرتبطة عادةً بين -20 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية، في حين أن المنتجات المتقدمة متعددة الطبقات يمكن أن تعمل من -40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية. تقنيات لحام خاصة تسمح بالعمل على ما يقرب من 500K ، من -271 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.

الابتكار المستمر في المواد والتغليف يعزز الأداء الحراري.في حين أن الإصدارات المعدنية للصفائح النهائية تظهر معامل إيجابي بسبب الآثار غير الخطيّة من الطبقات اللاصقة.

تتضمن اتجاهات البحث الرئيسية تحسين صياغة المواد الكهربائية الصلبة لزيادة درجات حرارة كوري وتقليل الحساسية الحرارية.تصاميم التغطية المتخصصة لتقليل تأثيرات الإجهاد الحراري، ودورات تعويض درجة الحرارة الدقيقة لضبط التحول في الوقت الحقيقي.

لا تزال درجة الحرارة عامل محوري في أداء جهاز التشغيل الكهربائيهذه المكونات يمكن أن توفر وظائف استثنائية عبر بيئات تشغيل متطلبة.