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弹性体机电转换检测简析

针对高压偏置下介电弹性体发电机机电转换进行了实验研究。搭建了单轴拉伸的机械拉伸实验平台,分析了机电转换的主要影响因素。实验研究了介电弹性体在不同拉伸率下电容值的变化情况,以及偏置电压、形变量和形变速率对介电弹性体发电机输出电压的影响。

 

介电弹性体发电机发电实验由以下器材和装置构成:直流高压电源、电动伺服缸、拉力传感器、数据采集器、高压探头以及支架。本实验台设计为卧式实验台,即把电动伺服缸固定在工作台底座上,伺服缸主轴与底座平行。拉力传感器链接在电动伺服缸主轴末端,拉力传感器同时与支架连接,介电弹性体发电机薄膜固定在支架上。这样伺服缸主轴、拉力传感器、支架和薄膜连城一个整体,就可以通过电动伺服缸来控制介电弹性体发电机拉伸频率和拉伸量。

 

根据所需测量数据以及介电弹性体发电机发电总体方案的要求搭建实验台,如图1所示。

图1:介电弹性体机电转换买验台

介电弹性体机电转换买验台

www.qg999.com,钱柜娱乐,钱柜娱乐999实验台主要硬件设备与仪器如下:

(1)采用MPC08SP运动控制卡,该运动控制卡是以计算机中PCI总线的步进电机或者数字式伺服电机的上位控制单元为基础,该运动控制卡与计算机构成主从式控制结构,两者分工如下:MPC08运动控制卡主要负责控制运动,包括控制伺服缸脉冲、方向信号的输出、自动升降速的处理以及原点和限位等信号的检测等等;计算机主要负责对系统进行实时监控和人机交互界面的管理等。

(2)采用P62转接板,用于与电机、驱动器的连接。

(3)PPM-KL22拉力传感器,用于测试材料拉伸过程中材料自身张力的变化和把拉力传感器所测材料张力的变化值转换为电压信号并实现信号的放大。

(4)采用USB5938数据采集器,用于实验数据的采集。

(5)YORI6300系列是一个1000:1的分压探头,用于测量快速高压信号,测量范围可达30千伏DC包括交流峰值。

 

介电弹性体机电转换实验过程如下:

(1)将介电弹性体装配到拉伸实验测试平台上,实验平台开始做拉伸运动,将介电弹性体拉伸一定距离,测得拉力F和等效电容C。

(2)闭合开关导通充电支路,为介电弹性体填充初始电荷,使初始偏置电压升高至Fi。

(3)断开充电支路,平台开始向左运动,在没有外部电荷补充的情况下,介电弹性体在恒电荷模式下回缩,测得在回缩过程中的拉力F。

(4)采用高压探头测得换能单元上的电压F。

(5)测得处介电弹性体在初始位置时的电容C。

 

本实验采用介电弹性体材料,选取导电膏作为柔性电极材料。经实际测量,在电极面积一定的条件下,这种导电膏的电阻仅为几千欧姆,而由硅油、硅胶和碳粉混合制成的传统柔性电极的电阻值达到几到几十兆欧姆。比较发现,出品的导电膏内阻较小,可以有效减少发电过程中,电极内阻带来电能损耗。