温度相关的行为

低于居里温度时,残余应变和矫顽场强与温度的关系对温度行为有着决定性的影响。通电运行可实现的位移以及压电陶瓷元件尺寸的变化都由温度决定。 压电促动器的温度越低,残余应变Srem和矫顽场强Erem(图1)越大。
随着温度的降低,曲线越来越平坦,这使得单极控制诱发的应变变得越来越小,即使双极应变曲线的总振幅在较宽的温度范围内几乎没有变化。温度越低,残余应变越大。总而言之,压电陶瓷具有负热膨胀系数,即压电陶瓷冷却后会变长。相比之下,技术陶瓷具有相对较小的热膨胀系数,其冷却后会收缩。压电陶瓷的极化程度越高,这一奇特效应越强。


位移随温度的变化

压电促动器的核心参数随温度变化的程度取决于与居里温度间的差距。PICMA®促动器的居里温度相对较高,达350°C。高温工作时,其位移的变化因子仅为0.05%/K。 位移在低温下减小。在液氦温度范围内单极驱动压电促动器,其位移仅为室温下的10%至15%。 双极驱动可在更低的温度下实现更大的位移。由于矫顽场强随温度下降而增大,即使是沿着极化方向相反的方向,促动器也可以在更高的电压下运行。


尺寸随温度的变化

全瓷PICMA®堆叠型促动器的温度膨胀系数大约为-2.5ppm/K。相比之下,由于附加的金属接触板及粘胶层,PICA堆叠型促动器则表现出总系数为正的非线性特征(图3)。 在闭合伺服回路中运行纳米定位系统时,除了非线性特征、迟滞和蠕变外,温度漂移也将被消除。然而,为此而保留的控制储备将减小可用位移。 由于这个原因,合适的材质、促动器类型及系统设计通常会被用来对温度漂移进行被动补偿。例如,由于其结构对称,全瓷PICMA®弯曲元促动器在位移方向仅表现出很小的温度漂移。


工作温度范围

胶合促动器的标准工作温度范围为-20°C至85°C,而通过选择有较高居里温度和合适粘合剂的压电陶瓷可以增大这一范围。对于大多数PICMA®多层产品,其规定扩展范围为-40°C至150°C。 使用特殊焊料后,温度范围可以扩大:有一些特殊的PICMA®促动器可以在-271°C至200°C之间(即约500K的范围内)使用。

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部件、技术、操作
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