壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)力

我們都知道，給壓電陶瓷加載電壓之后，它會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電壓的升高而膨脹伸長(zhǎng)，當(dāng)電壓下降的時(shí)候，壓電陶瓷會(huì)回縮，由于壓電陶瓷具有極快的響應(yīng)速度，因此在電流足夠大的情況下，壓電陶瓷會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電壓升高或降低快速的膨脹與回縮，這時(shí)壓電陶瓷自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉力與壓縮力，兩種力交替出現(xiàn)，我們稱之為動(dòng)態(tài)力。

當(dāng)壓電陶瓷高頻動(dòng)態(tài)工作的時(shí)候，自身產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力非常大，計(jì)算公式如下：

從動(dòng)態(tài)力公式可以看出，即使沒(méi)有外部的負(fù)載，動(dòng)態(tài)工作時(shí)壓電陶瓷自身仍會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力。 

由于壓電陶瓷是通過(guò)疊堆共燒工藝或者由壓電陶瓷片堆疊粘接而成，因此對(duì)于拉力非常的敏感，過(guò)大的拉力會(huì)造成壓電陶瓷的損壞。下圖為由于承受拉力而造成損壞的壓電陶瓷。

很大的動(dòng)態(tài)力相當(dāng)于非常大的加速度作用在壓電陶瓷及內(nèi)部電極上，這種沖擊會(huì)導(dǎo)致其損壞。加速度計(jì)算公式如下:

比如一個(gè)壓電陶瓷的位移是20μm，操作頻率是10kHz，計(jì)算得出加速度為39500m/s²，這超過(guò)了地球重力加速度的4000倍。

如何規(guī)避動(dòng)態(tài)力可能帶來(lái)壓電陶瓷損壞的風(fēng)險(xiǎn)呢?

我們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中需要了解動(dòng)態(tài)力的情況，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定動(dòng)態(tài)力的大小，再通過(guò)降低使用頻率或負(fù)載的方式減小動(dòng)態(tài)力造成壓電陶瓷損壞的可能性。

壓電陶瓷帶負(fù)載之后，產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力會(huì)更大。因此我們對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)用的需求通常會(huì)選擇帶有一定預(yù)緊力的封裝壓電陶瓷，例如芯明天的PSt 150系列 及PSt 1000系列，PSt 1000/35/xx VS45系列壓電陶瓷的預(yù)緊力為6000N，這也就是意味著該系列壓電陶瓷可以承受的zui大動(dòng)態(tài)力為6000N。

PSt 1000/35/200 VS45

沒(méi)有預(yù)緊力的壓電陶瓷，只能在很低的頻率下可以使用。

舉例：

我們選擇封裝型壓電陶瓷PSt 1000/16/200 VS25 這款產(chǎn)品，負(fù)載為10kg的前提下，zui大的使用頻率可以達(dá)到300Hz嗎？ 

通過(guò)動(dòng)態(tài)力公式計(jì)算，設(shè)頻率為300Hz，計(jì)算得出動(dòng)態(tài)力為3655N，而該壓電陶瓷的預(yù)緊力為1500N，動(dòng)態(tài)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了預(yù)緊力。在此頻率下使用，必定會(huì)導(dǎo)致壓電陶瓷的損壞；同樣采用動(dòng)態(tài)力公式計(jì)算，假設(shè)動(dòng)態(tài)力為1500N，計(jì)算得出zui大使用頻率為192Hz。

注意： 

1、動(dòng)態(tài)操作壓電陶瓷需要加散熱裝置可快速的將壓電陶瓷產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出。

2、動(dòng)態(tài)操作需要確保壓電陶瓷不受側(cè)向力及剪切力。