Piezoelektrický aktuátor - je to zařízení, které využívá vlastnosti piezoelektrického efektu k přeměně elektrické energie na mechanický pohyb. Skládá se z piezoelektrického prvku, který je aplikován na mechanický systém, a elektronického ovladače, který řídí přívod elektrického napětí na prvek.
Piezoelektrický efekt - je to jev, při kterém některé materiály, jako jsou krystaly křemene nebo keramika, vytvářejí elektrické pole při mechanickém napětí nebo naopak mění svůj tvar při přívodu elektrického pole.
Když je piezoelektrický článek napájen elektrickým napětím, změní svůj tvar a vytvoří Mechanický pohyb. Zpět, když je prvek ovlivněn mechanickou silou, generuje elektrické napětí. Tento efekt umožňuje použití piezoelektrických aktuátorů v různých aplikacích, jako jsou přesné polohovače, skenery, vstřikovače tiskáren a další.
Jak funguje piezoelektrický aktuátor a kde jej lze použít
Když je piezoelektrický materiál napájen napětím, deformuje se, což vede k pohybu zátěže, která je k němu připojena. Velikost deformace závisí na velikosti aplikovaného napětí. Při odstraňování napětí se piezoelektrický materiál vrací do původního stavu.
Piezoelektrické aktuátory jsou široce používány v mnoha oblastech, včetně přesných zařízení, automatických řídicích systémů a zdravotnické techniky. Používají se k vytvoření přesného pohybu v mikrometrovém rozsahu a zajišťují vysokou rychlost a přesnost pohybu.
Příklady použití piezoelektrických aktuátorů:
- V oblasti optiky a mikroelektroniky - pro regulaci ohniskové vzdálenosti, změnu doby mřížky a regulaci polohy optických komponent.
- V lékařské technice-pro řízení podávání léků, mikrochirurgických operací a pohybu lékařských nástrojů.
- V automobilovém průmyslu-pro ovládání ventilů a senzorů, plynového přívodu a odpružení.
- V leteckém průmyslu-pro řízení polohy a orientace antén, zrcadel dalekohledů a dalších systémů.
Piezoelektrické aktuátory jsou účinné, spolehlivé a mají dlouhou životnost, což z nich činí ideální volbu pro úkoly, které vyžadují vysokou přesnost a rychlost pohybu a aplikace v extrémních podmínkách.
Mechanismus účinku piezoelektrického aktuátoru
Piezoelektrický efekt se vyskytuje v některých krystalických materiálech, jako je křemen, turmalin, keramika na bázi olova. Když je na takový materiál přiváděno elektrické napětí, začne měnit svůj tvar nebo generovat elektrický náboj.
Princip fungování piezoelektrického aktuátoru je založen na použití tohoto efektu. Když je do aktuátoru přiváděno elektrické napětí, piezoelektrický materiál uvnitř pojistky se deformuje a způsobuje změnu jeho tvaru. To zase vede k mechanickému pohybu nebo aplikaci síly na okolní objekty.
Piezoelektrické aktuátory mají rychlou odezvu, vysokou přesnost polohování a schopnost pracovat v širokém rozsahu teplot. Jsou široce používány v různých oblastech, jako je automatizace výroby, medicína, optika, letecký průmysl a další.
| Výhody piezoelektrických aktuátorů: |
|---|
| Rychlá odezva a vysoká dynamická přesnost |
| Široký rozsah provozních teplot |
| Vysoká přesnost polohování |
| Dlouhá životnost |
| Nízká spotřeba energie |
| Malé rozměry a nízká hmotnost |
Kde se používají piezoelektrické aktuátory
Piezoelektrické aktuátory našly široké uplatnění v různých oblastech vědy a techniky. Zde jsou některé z nich:
1. Medicína a biologie:
Piezoelektrické aktuátory se používají v lékařských přístrojích a zařízeních ke zlepšení přesnosti a kontroly. Mohou být použity v ultrazvukových skenerech, zubních zařízeních, robotech k provádění chirurgických operací a protetiky.
2. Letectví a vesmírný průmysl:
Piezoelektrické aktuátory se používají k regulaci a stabilizaci aerodynamických povrchů, tichému ovládání zařízení, jako jsou antény a solární panely, stejně jako v systémech automatického řízení a navigace.
3. Elektronika a informační technologie:
Piezoelektrické aktuátory jsou široce používány v tiskárnách, mikrorelu, čtečkách otisků prstů, optických zařízeních pro zaostřování a korekci obrazu, stejně jako v mikrodozátorech pro odkapávání a dávkování kapalin.
4. Robotika a automatizace:
Piezoelektrické aktuátory se používají v robotech k ovládání robotických končetin, senzorů pro hmatovou interakci a detekci překážek a v průmyslových systémech pro přesné polohování a kompresi.
5. Výroba automobilů:
Piezoelektrické aktuátory našly uplatnění v automobilovém průmyslu pro řízení systémů odpružení, brzd, protiblokovacího systému (ABS), stabilizačního systému (ESP) a nastavení světlometů.
Výhody a vlastnosti použití piezoelektrických aktuátorů
1. Vysoká přesnost a rozlišení: Piezoelektrické aktuátory mají vysokou přesnost pohybu a umožňují dosáhnout mikrometrového rozlišení. To je zvláště důležité v aplikacích, které vyžadují vysokou přesnost a kontrolu.
2. Rychlá reakce: Piezoelektrické aktuátory mají vysokou reakční rychlost a mohou pohybovat v rozsahu až několika kilohertzů. To umožňuje jejich použití v úkolech, které vyžadují rychlé a přesné nastavení.
3. Široký rozsah provozních teplot: Piezoelektrické aktuátory mohou pracovat v širokém rozsahu teplot-od kryogenních až po vysoké teploty. To rozšiřuje jejich rozsah použití v různých provozních podmínkách.
4. Nízká spotřeba energie: Piezoelektrické aktuátory spotřebovávají málo energie a lze je efektivně využít v mobilních nebo bezdrátových zařízeních, kde je důležitá úspora energie.
5. Tichost: Piezoelektrické aktuátory neobsahují pohyblivé části a fungují bez hluku a vibrací. To umožňuje jejich použití v přístrojích vyžadujících tichý a spolehlivý provoz.
6. Odolnost proti korozi a vibracím: Piezoelektrické aktuátory nepodléhají korozi a mohou pracovat v podmínkách vibrací. Díky tomu jsou spolehlivé v extrémních podmínkách a v přístrojích, kde je důležitá stabilita provozu.
7. Malé rozměry: Piezoelektrické aktuátory mají kompaktní rozměry, což umožňuje jejich použití v omezených prostorech a jejich integraci do různých zařízení bez nutnosti velkých pouzder a mechanismů.
8. Široká škála aplikací: Piezoelektrické aktuátory nacházejí uplatnění v různých oblastech, včetně nanotechnologií, medicíny, optiky, leteckého průmyslu atd. díky svým jedinečným vlastnostem se stávají nepostradatelnými nástroji v mnoha odvětvích.