Лабораторная работа №3 Электростатические актюаторы систем контроля

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение устройства и принципа работы электростатического актюатора.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изучение принципа работы электростатического актюатора.

2. Изучение компоновочных схем функционирования электростатического актюатора.

3. Изучение методики расчета рабочих параметров электростатического актюатора.

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Работу простейшего электростатического актюатора можно представить в в иде двух пластин конденсатора площадью S, разведенных на расстояние d. В процесе работы электрического поля в пластинах накапоивается напряжение и они притягиваются (отталкиваются) с силой F (рис. 3.1). Для актюатора накопленная энергия U может быть рассчитана по формуле:

Рис. 3.1. Схема электростатического актюатора

, (3.1)

где C-ёмкость и V-напряжение между обкладками конденсатора.

Когда пластины актюатора перемещаются навстречу друг другу, работа, совершаемая силой взаимодействия между ними, может быть рассчитана, как изменение U в зависимости от изменения расстояния (x). Сила рассчитывается по формуле:

. (3.2)

Существует несколько вариантов реализации электростатических актюаторов на основе плоскопараллельных электростатических актюаторов. Их можно разделить на виды:

1) Актюаторы с перпендикулярным движением пластин.

Е мкость равна: ;

Сила равна:

2) Актюаторы с боковым движением пластин.

Емкость равна:

Сила равна:

3) Актюаторы с сердечником из диэлектрика.

Емкость равна:

Сила равна:

где ε₀ –электрическая проницаемость среды, где ε_d – электрическая проницаемость диэлектрика.

4) Актюаторы с сердечником из проводника.

Емкость равна:

Сила равна:

Таким образом, задаваясь конструктивным исполнением актюатора можно осуществлять построение различных по назначению датчиков и исполнительных устройств систем контроля. Следует также отметить, что в случае применения плоскопараллельных актюаторов можно сгенерировать только силы взаимодействия. Для генерации больших сил, которые будут совершать полезную работу такого устройства, необходимо, чтобы при изменении расстояния сильно изменялись их ёмкости.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством и принципом работы электростатических актюаторов.

2. Получить задание на выполнение работы (см. табл. 3.1).

3. Рассчитать величину электрической емкости для каждого исполнения электростатических актюаторов, используя формулы (3.1).

Таблица 3.1

Данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V (B)	185	100	120	150	170	177	221	240	260	280
x (мм)	13	15	15	14	15	17	18	12	15	18
y (мм)	15	12	15	18	13	13	13	14	14	15
z (мм)	10	12	13	18	20	22	25	30	33	35
ε0 10-6 (Кл/м)	5,85	8	6,85	8,5	11	11	12	13,5	14,0	15,0
εd (Кл/м)	1,8	2,5	6,8	12,8	12,5	12,0	13,0	13,1	13,2	13,3

Данные	Варианты
	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
V (B)	119	211	213	214	217	216	218	230	250	270
x (мм)	13,7	15,2	13,6	14,5	15,4	17,8	18,9	12,7	15,9	18,8
y (мм)	12,5	12,7	12,6	12,7	13,5	13,4	13,6	14,1	14,3	15,6
z (мм)	19	11	14	17	20	21	24	29	32	34
ε0 10-6 (Кл/м)	5,15	8,52	9,53	8,80	11,2	11,7	12,8	13,6	14,7	15,6
εd (Кл/м)	19,8	12,5	11,2	13,8	13,5	12,5	13,8	13,5	13,2	15,3

4. Рассчитать величину усилия для каждого исполнения электростатических актюаторов, используя формулы (3.2).

5. Сравнить полученные результаты и сделать заключение.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

5.1. Расчеты, выполненные в последовательности выполнения работы.

5.2. Оценку данных, полученных в результате расчетов

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каково устройство электростатических актюаторов?

2. Поясните сущность процесса электрострикции.

3. Какими отличительными признаками характеризуется актюаторы с перпендикулярным движением пластин?

4. Какими отличительными признаками характеризуется актюаторы с боковым движением пластин?

5. Какими отличительными признаками характеризуется актюаторы с сердечником из диэлектрика?

6. Какими отличительными признаками характеризуется актюаторы с сердечником из проводника?

7. Для чего в конструкции актюаторов используют сердечники?