Cómo elegir el actuador piezoeléctrico multicapa adecuado: parámetros clave que influyen en el rendimiento y la fiabilidad.

1. Introducción
2. Principios fundamentales de funcionamiento
3. Parámetros de selección principales
4. Comprensión de las curvas de rendimiento
5. Aplicaciones típicas
6. Conclusión

Introducción
La fabricación de alta tecnología es un mundo donde la precisión es fundamental. En semiconductores, fotónica o robótica médica, es probable que se necesite mover piezas con una precisión nanométrica. Los motores y tornillos convencionales no suelen ser capaces de soportar esto. Son excesivamente friccionales y opuestos. Aquí es donde actuadores piezoeléctricos multicapa Entran en juego. Son la condensación o el músculo del control de movimiento de precisión moderno.
Pero elegir el actuador adecuado no se limita a consultar un catálogo de productos. Si elige el incorrecto, podría tener un sistema inestable. Podría desajustarse o incluso averiarse prematuramente. Debe seleccionar el hardware según la aplicación específica. Este blog le ayudará a comprender los parámetros básicos y la interpretación de los datos de rendimiento.

Principios fundamentales de funcionamiento
Es necesario conocer el funcionamiento de una pieza en particular antes de determinar la adecuada. Al aplicar un campo eléctrico a un material piezoeléctrico, su forma cambia. Este es el efecto piezoeléctrico negativo.
En los actuadores antiguos, solo había una masa gruesa de cerámica. Estos requerían voltajes elevados, a veces superiores a 1000 V, para mover incluso una pequeña parte. Los actuadores modernos utilizan la cocción conjunta de múltiples capas. No tenemos un único bloque grueso, sino cientos de capas muy finas de cerámica. Un electrodo interno separa cada una de las capas. Gracias a la delgadez de las capas, se puede utilizar un voltaje mucho menor para producir un campo eléctrico muy intenso.

Parámetros de selección del núcleo
Dividimos las cifras más importantes en tres categorías.
1. Indicadores estáticos
Estas instrucciones le informan sobre lo que puede hacer el actuador en caso de movimiento lento.
Carrera libre (desplazamiento): La carrera máxima del actuador a voltaje máximo, cuando la carga no ejerce resistencia, se denomina carrera libre. Considérese como la distancia de alcance.
Fuerza de bloqueo (Fmax): Indica la fuerza de empuje que ejerce el actuador. Esta fuerza se mide cuando el actuador está bloqueado y no puede moverse en absoluto. Si la carga es muy pesada, se requiere una fuerza de bloqueo elevada.
Resistencia mecánica: Esta es la rigidez estática (k). Un actuador riguroso es similar a un resorte muy rígido. Es muy resistente a las fuerzas externas. Se divide dividiendo la fuerza de bloqueo entre el recorrido libre:

k = Fmax/Delta Lmax

2. Indicadores eléctricos
Capacitancia (C): Los actuadores piezoeléctricos son como condensadores. Una mayor capacitancia se encuentra normalmente en un actuador de mayor tamaño. Esto es importante, ya que indica que el controlador debe suministrar esa cantidad de corriente. Para lograr un movimiento sorprendente, se necesita un controlador capaz de cargar esa capacitancia.
Rango de voltaje de funcionamiento: Este es el "combustible" para el actuador.
3. Indicadores dinámicos
Frecuencia de resonancia: Existe una velocidad natural a la que todo actuador vibra de forma óptima. Generalmente, se recomienda trabajar a una velocidad considerablemente menor. Una frecuencia igual a la de resonancia podría provocar que el actuador se rompa por completo.
Velocidad de respuesta: Los actuadores piezoeléctricos son rápidos. Su tiempo de respuesta se mide en microsegundos. Por ello, son ideales para prevenir vibraciones o para conmutaciones rápidas.

Comprender las curvas de rendimiento
Las hojas de datos suelen incluir algunos gráficos. No es necesario ser científico para interpretarlos, pero sí es importante conocer las principales tendencias.
Curva de desplazamiento-tensión (histéresis): Al aumentar la tensión entre 0 V y 150 V y luego volver a 0 V, la trayectoria cambia. El actuador no regresa al punto de partida con precisión. Este retardo se denomina histéresis y suele ser de entre el 10 % y el 15 %. En un sistema de lazo cerrado, se requiere un sensor para garantizar una precisión óptima.
Curva fuerza-desplazamiento: Este es el gráfico más factible. Muestra una relación de compromiso. Cuanto mayor sea la carga, menor será la distancia que puede recorrer el actuador. Si se le aplica una fuerza igual a la fuerza de bloqueo, no se moverá en absoluto.
Guía experta: Las circunstancias prácticas son complejas. Estas curvas varían según la temperatura, el ciclo de alta velocidad y la naturaleza de la carga (resorte frente a peso muerto). Para obtener ayuda más especializada, puede contactar con Bestarsensor.
Es fácil recordar los siguientes pasos para comenzar un proyecto:
Compruebe la carrera y la fuerza: ¿Qué distancia necesita recorrer? ¿Cuál es el peso del objeto? Seleccione siempre un actuador con aproximadamente el doble de la carrera necesaria. Esto le proporcionará un margen de seguridad.
Considera la velocidad: ¿Cuántas veces por segundo debe funcionar? Esto te indicará la frecuencia. Para asegurarte de que tu fuente de alimentación pueda soportar la corriente de carga, verifica la capacitancia.
Compruebe el entorno: ¿Se utilizará en vacío? ¿Hay mucha humedad? Los materiales piezoeléctricos cerámicos no toleran bien el agua.

Aplicaciones típicas
1. Micromecanizado: En los equipos para semiconductores, los actuadores ayudan a alinear las máscaras y las obleas. Aquí nos referimos a una precisión de nanómetros.
2. Sistemas ópticos: Los sistemas piezoeléctricos se utilizan para inclinar espejos o mover lentes ópticas en sistemas de puntería de ultraprecisión, como los que emplean láseres de alta gama o telescopios. También se utilizan para la alineación mediante fibra óptica.
3. Tecnología médica: Este tipo de tecnología se utiliza en bombas miniatura para administrar cantidades muy específicas de medicamentos. También se emplean en la fabricación de las armas de los robots quirúrgicos, que son como pequeños dedos.

Conclusión
La correcta selección del actuador piezoeléctrico multicapa es la fase inicial para un sistema eficaz de alta precisión. No es necesario que sea tan complejo. Lo primero es considerar el recorrido, la fuerza y ​​los límites eléctricos.
Ofrecemos varios tipos de soluciones estándar y personalizadas en Sensor BestarEntendemos que cada proyecto presenta sus propios desafíos. Si tiene alguna pregunta sobre una curva o una carga compleja, no dude en contactarnos. Estamos aquí para ayudarle en todo el proceso.