Когда к пьезокерамическому материалу прикладывается напряжение, материал испытывает смещение (расширение или сжатие) в соответствии с обратным пьезоэлектрическим эффектом. Величина смещения, возникающего в результате приложенного напряжения, зависит от толщины материала. Таким образом, для заданного смещения более тонкому материалу требуется меньшее напряжение, чем более толстому материалу. Низковольтные пьезоприводы обычно классифицируются как те, которые работают при напряжении ниже 200 В.

То обратный пьезоэлектрический эффектотносится к напряжению, которое возникает в пьезоматериале, когда он подвергается воздействию электрического поля (В/м).

Низковольтные пьезоприводы обычно имеют многослойную конструкцию, в которой очень тонкие слои пьезокерамического материала электрически соединены параллельно. Многослойная конструкция использует преимущество меньшей толщины для снижения требуемого напряжения, в то время как схема параллельного подключения максимизирует общее смещение.

В низковольтном приводе используются слои толщиной всего от 50 до 200 микрон каждый, спеченные вместе. Поскольку требуемое рабочее напряжение зависит от толщины каждый слоя, а не по всей длине привода, требуемое напряжение поддерживается на низком уровне. Однако общее смещение привода равно сумма об индивидуальном смещении каждого слоя. В результате получается привод, который работает при низком напряжении, но производит большое смещение.

При работе значительно ниже своей резонансной частоты пьезопривод ведет себя подобно конденсатору, и его смещение пропорционально накопленному электрическому заряду. Емкость пропорциональна площади поперечного сечения привода (перпендикулярно направлению электрического поля) и обратно пропорциональна толщине каждого слоя.

Где:

C = емкость (F)

n = количество слоев

ε = диэлектрическая проницаемость (As/Vm)

A = площадь поперечного сечения привода (м²)

T = толщина каждого слоя (м)

Обратите внимание, что емкость пьезокерамики изменяется в зависимости от амплитуды напряжения, температуры и механической нагрузки. Обязательно проверьте условия (напряжение, частоту и температуру), которые использовались производителем для определения опубликованных значений емкости.

Низковольтные пьезоприводы используются в приложениях, где требуемое усилие составляет несколько десятков килограммов (в отличие от нескольких тысяч килограммов для высоковольтных приводов), таких как нанопозиционирование. А поскольку их требования к напряжению очень низки, они также хорошо подходят для применений, где питание осуществляется от аккумулятора, таких как оборудование бытовой электроники.

Автор изображения: Physik Instrumente