Использование особенностей электрических полей матричных электретов в конструкциях элекгретных электропневматических преобразователей

Исследовались особенности электретного ЭПП, связанные с характером распределения ЭП в его конструкции. В частности, для увеличения силового действия ЭП электрета было предложено использовать неравномерно заряженные по площади (матричные) электреты [28]. Создаваемые ими пондеромоторные силы могут быть весьма значительными на небольших расстояниях от электрета. Кроме того, матричные электреты более стабильны во времени в условиях повышенной влажности: локализованный в виде пятен ЭЗ препятствует образованию сплошного проводящего кластера из адсорбированной влаги на поверхности электрета [12]. Таким образом, целью данной разработки было повышение качества ЭПП за счет улучшения его характеристик — уменьшения размеров, повышения быстродействия, уменьшения рабочего напряжения.

Конструкция ЭПП с матричным электретом показана на рис. 5.1.2.1.

Принципиально предлагаемый ЭПП не отличается от рассмотренного выше. Отличие заключается лишь в том, что в данном ЭПП мембрана укреплена на металлических стойках 3, торцы которых используются для создания зазора между плёнкой и электродом 4. Было замечено, что плёнка закрепляется за торцы 3 естественным образом, без применения клеев и держится на этих торцах за счет электростатических сил. Эксперименты показали, что ЭПП может работать даже без какого-либо дополнительного механического крепления мембраны. Для увеличения надёжное™, однако, плёнка поджималась к торцам стоек специальной крышкой. Электрод 4 отделен от стоек 3 изолятором 6. Конструкция помещена в корпус 7, частично показанный на рис. 5.1.2.1.

Как уже указывалось, были замечены необычные особенности: 1) мембрана 1 сама закрепляется на стойках 3 элеюроадгезионным способом, за счёт электростатических сил, создаваемых ЭЗ а, без каких-либо дополнительных механических креплений; 2) ЭПП работает одинаково хорошо как в случае подачи потенциала на металлизацию 2, так и при подаче его на электропроводящие стойки 3 (технологически оказалось удобней подават ь потенциал на стойки 3) Оба эти факте, на первый взгляд, объяснить затруднительно. Действительно, если металлизация гальванически не соединена с противоэлектродом 4, то электрет не закорочен. Обычно считается, что, нсзакороченный односторонне металлизированный электрет нс создаст достаточно сильного внешнего ЭП. Поэтому было не ясно на первый взгляд из-за чего происходит надёжное его прилипание к торцам стоек 3. Не было ясно также на первый взгляд, каким образом происходит управление ЭПП (ЭПП конструкции.

показанной на рис. 5.1.2.1, работали надёжно), т.к. электрическая цепь в данном случае гальванически разомкнута.

Рис. 5.1.2.1. Схема хпектретиого элекгропневматического преобразователя.

Факт работы ЭПП при подаче потенциала на стойки 3, вероятно, объясняется тем, что 1) подаваемый управляющий сигнал U=U (t), т. е. зависит от времени, а конструкция ЭПП такова, что между стойкой 3 и металлизацией 2 имеется значительная электрическая емкость (сотни пФ). Таким образом, переменный электрический сигнал имеет возможность проходить по рассматриваемой емкостной цепи; 2) между стойками 3 и металлизацией 2 реально существует конечное, хотя и большое (тысячи МОм), электрическое сопротивление. Причины значительной элсктроадгсзии матричных электретов связаны, в частности с неоднородностью их электрического ноля и, как следствие, дополнительным появлением градиентных сил.

Силовые статические характеристики ЭПП с матричным электретом на практике оказались близки к представленным на рис. 5.1.1.5 и поэтому здесь не приводятся. Слабое влияние характера распределения ЭЗ по поверхности электрета на силовые статические характеристики ЭПП объясняется, вероягно, тем, что на расстояниях порядка 100 мкм эффект от краевых полей зарядовых пятен становится пренебрежимо мал.

В го же время использование матричных элекгретов позволило получить удобный в технологическом отношении электретный ЭПП с улучшенной стабильностью электрета.