Назначение пьезоактуаторов: классификация, принцип работы и применение

Пьезоактуаторы — это электромеханические устройства, которые используют пьезоэлектрический эффект для преобразования электрической энергии в механическое движение. Это позволяет им обеспечивать точное управление перемещением, что делает их важнейшим компонентом в различных промышленных, автомобильных и медицинских применениях.

Классификация пьезоактуаторов

• Круглые пьезоактуаторы (дисковые)
• Кольцевые пьезоактуаторы
• Пластинчатые пьезоактуаторы
• Многослойные стек-актуаторы на основе круглых элементов
• Многослойные стек-актуаторы на основе кольцевых элементов
• Многослойные стек-актуаторы на основе пластинчатых элементов
• Изгибные актуаторы
• Сдвиговые пластинчатые актуаторы
• Многослойные сдвиговые актуаторы (пьезостек)

Принцип работы пьезоактуаторов

Принцип работы пьезоактуаторов основан на пьезоэлектрическом эффекте, который возникает, когда некоторые материалы генерируют электрический заряд в ответ на механическое напряжение — или наоборот.

Когда на пьезоматериал подаётся напряжение, он изменяет свою форму, что приводит к механическому перемещению. Величина перемещения зависит от приложенного напряжения и свойств самого материала.

Применение круглых (дисковых) пьезоактуаторов

Круглые пьезоактуаторы имеют форму диска и широко используются:

• в автомобильных системах;
• для генерации звука и его усиления;
• для измерения уровня жидкостей;
• в ультразвуковых устройствах.

Они применяются в разных отраслях промышленности для обнаружения изменений (датчики) и выполнения регулировочных движений.

Применение кольцевых пьезоактуаторов

Кольцевые пьезоактуаторы часто используют в многослойных стек-актуаторах для получения линейного движения. Типичные области применения:

• ультразвуковые устройства;
• нанопозиционирование;
• микроскопы;
• прецизионная обработка материалов (точное механическое воздействие).

Применение пластинчатых пьезоактуаторов

Пластинчатые пьезоактуаторы могут быть выполнены в разных формах и часто используются в многослойных стек-актуаторах. Типичное применение — ультразвуковые устройства.

• Постоянное напряжение (DC) заставляет пластинчатый актуатор деформироваться.
• Переменное напряжение (AC) заставляет его вибрировать.

Блочные пьезоактуаторы применяются для генерации большой мощности и в мощных устройствах.

Применение изгибных PZT-актуаторов

Изгибные актуаторы состоят из двух активных пьезослоёв, соединённых с пассивной металлической подложкой или скреплённых напрямую друг с другом.

При подаче механического или электрического сигнала один пьезослой сжимается, а другой расширяется. Это приводит к изгибному движению, которое либо выполняет нужную работу, либо генерирует измеримый электрический сигнал на выходе.

Применение сдвиговых пластинчатых PZT-актуаторов

Пьезокерамические сдвиговые пластины обеспечивают поперечное (латеральное) перемещение. Если сложить несколько таких пластин, скрепив их эпоксидной смолой и медной фольгой, можно получить значительно большее поперечное перемещение.

Основные применения:

• растяжение (натяжение) оптического волокна;
• пьезоклапаны для дозирования (пьезодозаторы).

Вывод

Пьезоактуаторы — это универсальные и незаменимые компоненты во многих отраслях промышленности. Они обеспечивают точное управление движением и высокую адаптивность. Благодаря разнообразию типов и широкому спектру применений эти электромеханические устройства продолжают доказывать свою ценность в автомобилестроении, медицине и точном машиностроении.

По мере развития технологий можно ожидать, что пьезоактуаторы останутся неотъемлемой частью инновационных решений и повышения производительности во всё новых областях.