PiezoDrive 150V閉環堆疊致動器

SCL系列堆疊執行器包括一個全橋應變傳感器,用于閉環控制和應變監測。堆致動器為陶瓷封裝,用于防潮,并涂有環氧樹脂,用于絕緣高壓接線并提供機械保護。SCL致動器與壓電驅動PDu150CL一起訂購時,可根據致動器進行校準的驅動器。應用包括:納米定位,顯微鏡,精密加工,振動控制,液壓泵,閥門和光學。

規范

一般規格
驅動電壓-30伏至+150伏
筆畫公差+/-15%
長度公差+/-0.1毫米
滯變<15%
工作溫度0至+70攝氏度
工作濕度<40% Recommended
儲存溫度-25至+80攝氏度
儲存濕度<40% Recommended
應變儀全橋,350歐姆
量規因數2
電橋電壓<5 Vrms

Part Numbers

Order
Code
Range
0V to 150V
Range
-30 to 150V
LengthCross
Section
Cap.
+/-20%
MassBlocking
Force
StiffnessRes.
Freq.
SCL0505099.5 um12 um9 mm5×5 mm0.75uF2.0 g1000 N105 N/um140 kHz
SCL05051820 um26 um18* mm5×5 mm1.6 uF3.8 g1000 N50 N/um70 kHz
SCL05053641 um53 um36 mm5×5 mm3.5 uF7.4 g1000 N24 N/um34 kHz
SCL07071819 um24 um18* mm7×7 mm3.0 uF7.3 g1900 N100 N/um70 kHz
SCL07073638 um50 um36 mm7×7 mm6.0 uF14 g190050 N/um35 kHz

堆疊致動器不應承受顯著的拉伸載荷、不均勻分布的載荷、離軸載荷、彎矩或扭矩。為了減少安裝誤差,可以使用陶瓷或不銹鋼球端來連接堆致動器和負載。還建議使用彎曲機構。

適用于低溫操作的粘合劑包括氰基丙烯酸酯,例如強力膠,以及通用的雙組分環氧樹脂,例如Loctite 3430。在需要散熱或高溫運行的應用中,推薦使用Loctite 9466。

推薦的最大拉伸負荷為阻斷力的10%。在需要雙向力或高速運動的應用中,建議使用大于最大拉伸載荷的預載力。這保證了致動器總是處于壓縮狀態。建議的最大預載為阻擋力的50%。

150V Closed-Loop Stack Actuators -

應變儀

應變儀是一個350歐姆的全橋裝置,由兩個90度的玫瑰花結構成。與壓電膨脹方向一致的應變元件標為+ε,90度元件標為–νε。采用這種慣例是因為正應變+ε由于泊松比(ν).

Piezoelectric stack actuator with strain gauge
Full-bridge strain gauge circuit for piezoelectric stack actuator

感應差分電壓VS對于兩個不同的元素,全橋是[1,?2]VS=12VeGFε(1+ν)在哪里Ve是激勵電壓(例如5V),GF是規格系數(例如2),ε是菌株,和ν是泊松比(PZT5H為0.34)。對于0.1%的滿量程應變,預期電橋電壓為6.7 mV。

PDu150CL放大器模塊在0.1 Hz至100 Hz范圍內的折合到輸入端噪聲為3 uVrms。因此,應變測量噪聲的預測標準偏差為σ=3μV6.7平均變化=0.045滿量程的%也就是6σ-分辨率[1]對于100Hz帶寬,為滿量程的0.26%。例如,SCL050509和的閉環分辨率PDu150CL放大器模塊約為25納米(峰峰值),帶寬為100赫茲。

推薦的驅動程序

PDu150CL驅動模塊(版本5或以上)提供開環或閉環操作所需的所有功能。連接圖如下所示。

Recommended driver circuit for closed-loop stack actuators

連接后,校準模塊,使致動器的全量程延伸產生+10V傳感器輸出。然后,模塊可以切換到閉環模式,此時0V至10V的輸入會使執行器的全量程范圍為零。

當致動器和PDu150CL驅動器一起訂購,可以要求工廠校準。默認情況下,應變儀經過校準,因此0V至+150V的致動器電壓會產生0V至+10V的傳感器信號。在閉環中,全沖程由+10V輸入信號產生,然而,閉環中的最大建議輸入為9V。這為控制器留出了一些“頂部空間”,以補償因溫度降低或致動器老化而減少的致動器行程。致動器在未安裝狀態下進行校準,因此安裝后應檢查校準情況,并在必要時進行調整。

球端

SCL堆棧執行機構可以配置球端,以改善負載分布,減少維修過程中的彎曲。通過在訂單代碼上添加下列后綴之一,可以指定一個或兩個球端:-TBE(頂部球端),-BBE(底部球端),或-2BE(兩個球端)。例如SCL050509-2BE。

致動器橫截面半球直徑附加長度
5 x 5毫米5毫米每個球端2.5毫米
7 x 7毫米7毫米每個球端3.5毫米

安裝杯可用于5毫米和7毫米半球。

指令碼西裝半球外徑附加長度
SCUP55毫米5毫米每杯0.56毫米
SCUP77毫米7毫米每杯0.78毫米
150V Closed-Loop Stack Actuators -

剛性彈簧

當堆棧致動器驅動一個剛性彈簧時,范圍會減小一個系數kpkp+kL在哪里kp是致動器剛度和kL是負載剛度。

也可以通過限制端板來減小行程,例如通過將致動器結合到剛性基座上。這種效應在長度小于寬度兩倍的致動器中最為顯著。

電容

執行器電容是在室溫下測得的小信號電容。由于滯后現象,有效電容隨著施加的電壓而增加。滿量程工作時,有效電容約為小信號電容的1.5倍。電容也隨著溫度而增加。溫度升高約50攝氏度將使有效電容加倍。

熱量

操作過程中的溫度上升是由于金屬層中的電阻加熱、機械摩擦和滯后引起的能量損失。產生的熱量通過表面對流和端板傳導而消散。

由于熱傳導,當工作頻率持續超過大約500 Hz時,建議使用平端板。具有更大橫截面積的致動器提供更好的熱傳導;然而,這些也需要更高的驅動電流。

SCL系列執行器可以在高達70攝氏度的溫度下工作。可根據要求提供溫度范圍更高的型號。

操作期間的實際溫升取決于許多因素,包括連接結構的熱阻、致動器上的氣流以及驅動信號的幅度和波形。作為溫度升高的標志,下表列出了當由150 Vp-p正弦驅動時,SCL致動器溫度升高25度的近似頻率
揮手。

致動器橫截面上升10攝氏度上升25攝氏度
5 x 5毫米600赫茲1.5千赫
7 x 7毫米500赫茲3千赫

上述數字假設工作頻率低于致動器和連接結構的第一共振頻率。在共振頻率附近可以產生明顯更多的熱量。

尺寸

總堆疊尺寸基于規格中列出的陶瓷的寬度和長度。包括導線和應變計在內的總寬度尺寸比陶瓷寬2.3毫米。

Dimensions of piezoelectric actuator with strain gauge