Grupa: ID-A0-61 data ćwiczenia: 31.05.2010

Zespół ….

Jaworski Mateusz

Jechalke Mikołaj

Gąsior Maciej

SPRAWOZDANIE

Laboratorium

PODSTAWY MEMS

Ćwiczenie 5

Temat: Badania zaworu membranowego – aktuator.

1. Wstęp.

W mikro elektro mechanicznych systemach aktuatory spełniają bardzo ważną rolę. Ich zadaniem jest wykonanie odpowiedniego działania (przesuniecie, obrót, siła wydatek cieczy itp.) gdy dostaną odpowiedni bodziec (skok napięcia, temperatury, odkształcenia). W przemyśle stosuje się różnego rodzaju aktuatory :

- aktuatory wykorzystujące zjawisko magnetostrykcji,

- aktuatory pojemnościowe,

- aktuatory termochemiczne,

- aktuatory elektrotermomechniczne,

- aktuator termiczny gazowo-cieczowy.

2. Przebieg ćwiczenia.

Na ćwiczeniu studenci mieli za zadanie stworzyć wirtualny aktuator elektrotermomechaniczny. Zaznajomić się z zasadą działania oraz wyciągnąć zależność pomiędzy wielkością fizyczna sterującą aktuatorem (napięcie) a wielkością fizyczną działania (odkształcenie).

ZASADA DZIAŁANIA AKTUATORA

Praca takiego aktuatora polega na odebraniu sygnału czyli w naszym przypadku wzrostu napięcia pomiędzy końcami membrany. Zjawiskiem towarzyszącym przepływowi prądu przez membranę wykonaną z odpowiedniego materiału jest wytwarzanie się ciepła w membranie co prowadzi ostatecznie do odkształcenia się tego materiału. Dzięki temu mając przyłożone napięcie do membrany możemy swobodnie odkształcać ją tak jak chcemy. Jej odkształcenie jest proporcjonalnie zależne od napięcia. Niewielkie wymiary membrany jakie zostały zastosowane do stworzenia takiego aktuatora pozwala na sterowanie membraną z dużą częstotliwością nawet do kilkunastu [kHz]. Występują różne konfiguracje działąnia takich aktuatorów (zaworów ciśnieniowych):

Zawór odcinający

Przełącznik

Zawór odcinający

Za pomocą programu COSMOL studenci stworzyli membranę w 2D dla zilustrowania zjawiska fizycznego będącego podczas pracy rzeczywistego aktuatora.

Belka ta ma niewielkie wymiary i została przytwierdzona z dwóch końców.

Do programu zostały wprowadzone następujące parametry oraz stałe fizyczne.

PARAMETRY

WYMIARY BELKI

ZILUSTROWANE ZJAWISKO POD NAPIECIEM 5[V]

OPIS ZACHODZACEGO ZJAWISKA W AKTUATORZE

Podając napięcie równe 5 [V] membrana podgrzewa się do temperatury 1556[K] czyli 1283 [˚C] i otrzymujemy odkształcenie belki równe 8,4x10^-5 [m]. Dzięki programowi został wygenerowany wykres pokazujący zależność odkształcenia od podanego napięcia na końce membrany.

3. Wnioski

- Aktuator aby działał poprawnie musi mu zostać podane odpowiednie napięcie graniczne, wynika to z tego ze membrana ma bardzo małe wymiary i zanim zacznie się odkształcać ciepło zostaje oddane do otoczenia gdyż za szybo się chłodzi. Po przekroczeniu tej granicy aktuator działa poprawnie.

- Membrana odkształca się wprost proporcjonalnie po uzyskaniu napięcia równego 0,9 [V]

- Aktuator także posiada drugą graniczna wartość napięcia dla której może się odkształcać w innym wypadku dojdzie do uszkodzenia trwałego membrany. Także odległość na jaka może się odkształcić membrana jest uwarunkowane materiałem z jakiego jest zrobiona, podanym napięciem oraz wytrzymałością na rozciąganie.