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Tra questi materiali sintetici, il PTZ, o titanato-zirconato di piombo - (Pb (Zr, Ti) O 3 ), grazie all’elevata sensibilità e alla possibilità di operare ad alte temperature può essere utiliz- zato nelle applicazioni pratiche. Le sue proprietà piezoelet- triche dirette sono sfruttate in un gran numero di disposi- tivi, tra cui sensori di pressione, vibrazioni, accelerazione e sollecitazioni, ricevitori a ultrasuoni e apparecchiature diagnostiche, apparati sonar, eco-scandagli, sistemi per collaudi non distruttivi e microfoni. Viceversa, sfruttando l’effetto piezoelettrico inverso per manipolare le dimensioni del cristallo è possibile realizza- re attuatori per stadi di posizionamento di precisione per applicazioni industriali, valvole, motori per obiettivi delle telecamere per lo zoom e la messa a fuoco automatica, sor- genti di ultrasuoni e altoparlanti. Attuatori piezoelettrici: tipologie e costruzione È possibile realizzare vari tipi di attuatori per produrre dif- ferenti tipi di movimento mediante l’applicazione di una tensione in direzione longitudinale o trasversale per pro- vocare uno spostamento. Nella figura 2 vengono confrontati elementi longitudina- li, trasversali e longitudinali sovrapposti (stacked) e viene riportata la direzione dello spostamento: nella medesima figura è anche riportato un elemento trasversale bimorfo che produce uno spostamento di flessione. Gli attuatori che sfruttano l’effetto longitudinale richiedono un’elevata tensione per ottenere uno spostamento a causa della grande distanza tra gli elettrodi. Per gli azionamenti a effetto trasversale la tensione necessaria può essere in- feriore in quanto la distanza tra gli elettrodi è solitamente più limitata, ma l’entità dello spostamento è inferiore in quanto lo spostamento utilizzato è in direzione perpendi- colare rispetto a quella della polarizzazione. La tipologia di tipo sovrapposto è caratterizzata da una distanza ridotta tra gli elettrodi e utilizza uno spostamento nella direzione della polarizzazione: per tale motivo è possibile ottenere uno spostamento con una tensione ridotta. Lo svantaggio in questo caso è quello di dover impilare ciascun elemen- to ceramico piezoelettrico. Oltre a ciò, un attuatore di tipo bimorfo permette di ottenere uno spostamento di notevole entità con una bassa tensione, ma poiché utilizza lo spo- stamento nella direzione della flessione, la forza generata nonha una grande intensità, senza dimenticare il problema della durata in presenza di pilotaggi ripetuti. Gli azionamenti piezoelettricimultistrato ottenutimedian- te un processo di co-firing (cottura simultanea) permetto- no di superare queste problematiche grazie alla spaziatura estremamente ridotta tra gli elettrodi, che consente di ot- tenere spostamenti di notevole entità con valori di tensione sufficientemente bassi per l’uso nelle applicazioni pratiche. Caratteristiche di un attuatore piezoelettrico Rispetto agli attuatori elettromagnetici, come piccoli mo- tori elettrici o solenoidi che potrebbero venire utilizzati per generaremovimenti controllati con precisione, gli attuatori piezoelettrici presentano un certo numero di vantaggi. In primo luogo, il tempo di risposta è estremamente breve. Oltre a ciò, gli attuatori non producono rumore elettroma- gnetico, fatto, questo, che può contribuire a semplificare il progetto del sistema in quanto permette di eliminare dalla BoM (Bill-of-material) schermature ed elementi di filtrag- gio, oltre a facilitare il superamento dei collaudi di confor- mità EMC. Anche la gestione termica risulta notevolmente semplificata, in quanto il calore generato è minimo. Com- pattezza e peso ridotto rappresentano ulteriori vantaggi degli attuatori piezoelettrici, dispositivi che consentono un controllo preciso con un’elevata risoluzione. Nella tabella 1 vengono confrontati i principali fattori da tenere in consi- derazione quando si sviluppa un progetto utilizzando at- tuatori elettromagnetici e piezoelettrici. Attuatori piezoelettrici multistrato Nonostante possano generalmente vantare eccellenti ca- ratteristiche, sono necessarie alcune precauzioni quando si progetta con attuatori multistrato. Azionamenti ripetuti possono provocare la rottura dell’elemento poiché l’area di isolamento non attiva posta tra gli elettrodi interni positivi e negativi si espande e contrae inmaniera differente rispet- to alle aree attive, introducendo sollecitazioni meccaniche. Gli attuatori a elettrodo intero (full electrode) garantiscono una miglior resistenza in presenza di azionamenti ripetuti. Lo sviluppo dell’elettrodo sull’intera ampiezza di ciascuna piastra e l’introduzione di un isolante in vetro tra gli elet- trodi (fig. 3) permettono di eliminare l’area non attiva e impedire quindi l’insorgere di sollecitazioni provocate da espansioni di diversa entità. Alcuni fattori ambientali, come ad esempio l’elevata umi- dità, può contribuire a ridurre la durata di un attuatore. Gli attuatori sigillati ermeticamente possono garantire una maggiore affidabilità in applicazioni che prevedo- no l’esposizione a condizioni ambientali gravose. Questi COMPONENTS ACTUATORS Fig. 2 – Tipologie costruttive di un attuatore piezoelettrico ELETTRONICA OGGI 508 - MARZO 2023 54