压电陶瓷位移与出力之间的关系是怎样的

很多朋友咨询压电陶瓷的出力问题，咨询压电陶瓷在结构中的出力是否可以达到预期要求，其实压电陶瓷出力是一个复杂的过程，下面具体介绍。

位移与出力的关系

位移 ΔL0： 是压电陶瓷产生的位移，这个数值是在空载条件下测得，即在压电陶瓷产生位移过程中不受任何阻力。对陶瓷施加电压后， 测得相应位移。出力Fmax ：是压电陶瓷产生的最大出力，这个数值是压电陶瓷在最大驱动电压下且位移为0时，测得的出力，即抵抗大刚度负载的推力。

假设把陶瓷固定在两面墙之间，施加最大电压给压电陶瓷，由于两面墙的刚度很大，压电陶瓷无法伸长，位移为零，这时的出力为最大出力。但是事实上，任何物体都会表现出一定的弹性模量。

当外部机械结构的刚度为零时，给压电陶瓷加最大电压，压电陶瓷产生最大的位移。这时出力为零。由此出力与位移的关系如下图所示。只要外部连接机械结构存在刚度，则陶瓷的位移就一定会有损失，位移损失的大小取决于外部机械结构的刚度，外部机械结构刚度越大，损失的位移也就越大，当外部机械结构的刚度与陶瓷的刚度相同时，位移与出力为最大位移与出力的一半，陶瓷能效得到最大的利用。

实验测量

通过上面的介绍可知压电陶瓷的出力是以输出位移的压缩损失来产生的，因此可以通过监测压电陶瓷位移的损失得到出力。陶瓷出力，可以使用闭环结构进行监测。实验测量装置如图所示：闭环压电陶瓷及控制电源、测力传感器、机械压力机设备等。

A:压电陶瓷                           D:预紧弹簧

B:应变传感器                         E:控制电源

C:压力传感器

实验：
●压电陶瓷：PST150/10x10/40
 最大工作电压150V

a 压电陶瓷的零位通过偏置电压“Offset”设置
实验1：0 V单极操作
实验2：- 30 V半双极性操作

b 闭环模式下，电路“0 V”无位移输出，当负载力变化时控制电路将试图保持陶瓷的零位置不变。

●测试方法：陶瓷的压力负载不断增加并且监测力传感器。压电陶瓷的位置通过闭环控制保持不变=>压电控制器电压相应增加，用于补偿压缩的压电陶瓷长度。当补偿电压达到+150 V时，负载达到极限。
这样的系统装置可以反映出力过程：压力变化作用于压电陶瓷系统，系统通过增加电压保持陶瓷位移不变。

结果：
●压电陶瓷：PST150/10x10/40的最大出力
实验1：单极模式
（相当于0 V /+150 V激励）： 6000N

实验2：半双极模式
（相当于-30 V /+150 V激励）： 7000N

●PST150/10x10/40力的变化和补偿电压之间是线性关系

●最大出力相当于压电陶瓷的最大负载变化，可以被闭环反馈位置控制。

●举例
压电陶瓷PST150/5x5/40（最大工作电压150 V）当被设置在90 V的位置时，此时闭环控制位置保持恒定。可在产生的出力——压电陶瓷能被压缩补偿对应“60V”的力。

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