Пьезоэлектрический привод: что это такое и как он работает
Пьезоэлектрический привод — это уникальная электромеханическая система, которая использует пьезоэлектрический эффект для создания движения. Этот эффект наблюдается у некоторых кристаллов, которые, под воздействием электрического поля, способны изменять свою форму и размеры. В результате этого процесса возникает механическое напряжение, которое может быть преобразовано в движение на микроскопическом уровне, достигающем размеров в несколько микрометров или даже нанометров.
Существует множество типов пьезоэлектрических приводов, которые могут варьироваться от крупных промышленных систем, использующих пневматические или гидравлические механизмы, до компактных пьезоэлектрических устройств, которые обеспечивают точное и контролируемое движение. Например, стандартный пьезоэлектрический привод может создавать продольное движение, когда электрическая сила прикладывается к валу или другому механическому соединению. При этом диапазон смещения может составлять от 4 до 17 микрон, что эквивалентно 0,0002 до 0,0007 дюйма. Эти приводы часто используются в тензодатчиках, которые предназначены для измерения очень малых изменений в сжатии и расширении материалов.
Типы пьезоэлектрических приводов
Существует три основных типа конструкции пьезоэлектрического привода, которые определяют его уникальные характеристики и механическое движение. Это цилиндрические, биморфные и униморфные или многослойные приводы. Каждый из этих типов имеет свои особенности, которые зависят от пьезоэлектрического коэффициента, используемого для создания механического напряжения.
Цилиндрические приводы
Эти устройства демонстрируют движение, перпендикулярное приложенному электрическому полю. Они часто используются в приложениях, где требуется высокая точность и надежность.
Биморфные приводы
Эти приводы состоят из двух слоев пьезоэлектрического материала, которые изгибаются под воздействием электрического поля. Это позволяет им создавать более сложные движения и использоваться в различных механизмах.
Многослойные приводы
Эти устройства предназначены для создания движения вдоль направления электрического поля. Они обеспечивают высокую производительность и точность, что делает их идеальными для применения в высокоточных системах.
Преимущества пьезоэлектрических приводов
Пьезоэлектрические приводы обладают рядом уникальных характеристик, которые делают их особенно привлекательными для различных промышленных и научных приложений. Одним из главных преимуществ является их способность реагировать на электрическую силу за доли секунды. Это позволяет использовать их в системах, где требуется высокая скорость и точность.
Кроме того, пьезоэлектрические приводы не создают значительных электромагнитных помех, что делает их идеальными для использования в чувствительных электронных устройствах. Они находят применение в перестраиваемых лазерах, различных датчиках адаптивной оптики и системах управления клапанами на микроуровне, где точность расхода топлива критически важна.
Пьезоэлектрические приводы также активно используются в медицине. Они встроены в микронасосы, которые применяются в таких процедурах, как диализ, а также в автоматических дозаторах лекарств и капельных системах. В области исследований пьезоэлектрические приводы являются важными компонентами атомно-силовых микроскопов, которые используются в нанотехнологии.
Применение пьезоэлектрических приводов
Пьезоэлектрические приводы находят широкое применение в различных областях, включая:
— Прецизионная механическая обработка: Используются для создания высокоточных деталей и компонентов.
— Астрономия: Применяются для управления телескопами и другими астрономическими инструментами.
— Биотехнология: Используются в исследованиях и разработках новых медицинских технологий.
— Полупроводниковая промышленность: Применяются в производстве интегральных схем и других электронных компонентов.
Некоторые из этих областей требуют пьезоэлектрических приводов, которые могут управлять диапазоном движения до 2 микрон за период времени менее 0,001 секунды. Это делает их оптимальными для высокоточных приложений, где каждая деталь имеет значение.
Еще одним важным аспектом является то, что пьезоэлектрические приводы являются твердыми и компактными.
