پژوهشگران اکتورهای پیزو الکتریکی را برای حساسیت به دما بهینه می کنند

در محیط های افراطی مانند اکتشافات اعماق دریا و کاربردهای هوافضا، کنترل دقیق جابجایی می تواند موفقیت ماموریت را تعیین کند.به عنوان اجزای اصلی سیستم های حرکت دقیقاین ویژگی های حرارتی را به طور دقیق درک و مدیریت موثر برای مهندسان یک چالش حیاتی است.

رفتار دمایی محرک های سرامیکی پیزو الکتریکی عمدتاً به دو عامل بستگی دارد: کشش باقیمانده و میدان اجباری.وابستگی درجه حرارت این پارامترها عملکرد کلی محرک را تعیین می کند.تغییرات دمایی به طور مستقیم هم بر جابجایی قابل دستیابی عناصر پیزو الکتریکی و هم بر ابعاد فیزیکی آنها تاثیر می گذارد.

با کاهش دمای، هر دو گونه باقی مانده (S_رِم) و میدان اجباری (E)_رِماین نشان دهنده ثبات قطبی بیشتر در مواد پیزو الکتریکی در دمای پایین تر است، اما همزمان چالش های کنترل را معرفی می کند.دمای پایین نیز منحنی فشار دوقطبی را صاف می کند، حفظ گستره کشش کل مشابه تحت محرک دوقطبی در حالی که به طور قابل توجهی کاهش کشش در عملیات تک قطبی.

به طور خاص، سرامیک های پیزو الکتریکی دارای ضریب انبساط حرارتی منفی هستند. بر خلاف سرامیک های صنعتی معمولی که هنگام خنک شدن انقباض می شوند،مواد پیزو الکتریکی در دمای پایین تر گسترش می یابنداین رفتار حرارتی ناهنجار به شدت با درجه قطبی شدن ارتباط دارد - قطبی شدن کامل تر اثر را تشدید می کند.طراحی ابزار دقیق باید این ویژگی منحصر به فرد را در نظر بگیرد تا از تغییر شکل ساختاری ناشی از نوسانات دمایی جلوگیری شود.

محرک های سرامیکی چند لایه ای معاصر عملکرد و قابلیت اطمینان استثنایی را نشان می دهند، با دمای کوری که به 350 درجه سانتیگراد می رسد.این اجازه می دهد تا تغییرات پارامتر حداقل در طیف گسترده ای از دما، با نرخ تغییر جابجایی به میزان 0.05٪ / K در دمای بالا.

با این حال، محیط های کریوجنیک چالش های قابل توجهی را ارائه می دهند. در دمای هلیوم مایع، محرک های پیزو الکتریکی تک قطبی ممکن است فقط 10 تا 15٪ از جابجایی دمای اتاق خود را تولید کنند.رانندگی دوقطبی می تواند این محدودیت را برطرف کند، اما نیاز به کنترل دقیق ولتاژ برای جلوگیری از آسیب ناشی از افزایش میدان های اجباری در دمای پایین دارد.

حرکت حرارتی همچنان یک ملاحظه مهم در سیستم های موقعیت دهی دقیق است. در حالی که کنترل سرو حلقه بسته می تواند تا حدودی عدم خطی، هیستریز، خزیدن و حرکت حرارتی را کاهش دهد،به دست آوردن کنترل دقیق اغلب نیاز به قربانی کردن برخی از ظرفیت جابجایی داردراه حل های عملی ترکیبی از انتخاب مواد بهینه، انواع محرک ها و طراحی سیستم برای جبران دمای فعال یا منفعل است.

تمام محرک های خم کن سرامیکی از ساختارهای تقارن آمیز بهره مند می شوند که حرکت حرارتی جهت جابجایی را به حداقل می رساند. گزینه های مختلف گیره سازی دامنه عملیاتی را بیشتر گسترش می دهند.محرک های استاندارد بسته به طور معمول بین -20 °C تا 85 °C کار می کنند، در حالی که محصولات چند لایه پیشرفته می توانند از -40 °C تا 150 °C کار کنند. تکنیک های جوش ویژه امکان کار در حدود 500K، از -271 °C تا 200 °C را فراهم می کنند.

نوآوری مداوم در مواد و بسته بندی عملکرد حرارتی را افزایش می دهد. محرک های تمام سرامیکی دارای ضریب گسترش حرارتی در حدود -2.5 ppm / K هستند.در حالی که نسخه های فلزی دارای ضریب مثبت به دلیل اثرات غیرخطی از لایه های چسبدار هستند.

جهت های اصلی تحقیق شامل اصلاح فرمول مواد پیزو الکتریکی برای افزایش دماهای کوری و کاهش حساسیت حرارتی است.طرح های تخصصی کپسول سازی برای به حداقل رساندن اثرات استرس حرارتی، و مدارهای تعویض دمای دقیق برای تنظیم جابجایی در زمان واقعی.

درجه حرارت همچنان یک عامل محوری در عملکرد محرک های پیزو الکتریکی است. از طریق درک جامع از مکانیسم های حرارتی و اجرای استراتژی های کنترل موثر،این قطعات می توانند عملکرد استثنایی را در محیط های عملیاتی سخت ارائه دهند..