INVESTIGATION OF SURFACE TEMPERATURE CHANGES OF SOFT DIELECTRIC ELASTOMER ACTUATORS IN DIFFERENT TEMPERATURE ENVIRONMENTS AND DIFFERENT ELECTRICAL SIGNALS


Karaman İ. , Şahin D. E.

1st INTERNATIONAL HAZAR SCIENTIFIC RESEARCH CONFERENCE, Baku, Azerbaijan, 18 - 20 September 2020, pp.865-874

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Baku
  • Country: Azerbaijan
  • Page Numbers: pp.865-874

Abstract

Dielectric Elastomer Actuators (DEA) are a type of polymer that is flexible and can be used as a sensor that causes large deformations when a high voltage is applied. In this study, adiabatic junction surface changes are examined by applying high voltage (2kV ~ 5kV) and different electrical signals to DEAs. On the DEA surface, three different electrical signals, square, sine, and triangle wave, and their temperature changes at different ambient temperatures (25Co ~ 32Co) are tested. In the experimental study, the effect of factors such as electrical signals, voltage, ambient temperature and pre-stretching in the formation of incoming temperatures formed on the DEA surface is observed. The temperature change on the DEA surface reaches the highest value between 2 Hz and 10 Hz in the square wave form. The incoming temperatures in sine and triangle waveforms are lower than in square waveforms. Another factor in the increase of the surface temperature occurring on the DEA surface is the increase of the environment. The temperature measurements obtained in the experiment are recorded by a thermal camera. Excessive increase in surface temperature at tested temperatures causes electrical breakdown of DEA. As a result of this electirical breakdown, DEAs cannot fulfill the requested transactions. It is important to know the most suitable frequency ranges, frequency types and environments in soft robotic applications, biomedical studies and sensors, which are also considered as artificial muscles due to their resemblance to living muscle.

Dielektirik Elastomer Aktüatürler (DEA), yüksek bir gerilim uygulandığında büyük deformasyonlara neden olan, esnek yapısı ve sensör olarak da kullanılabilmesi gibi özelliklere sahip olan bir polimer türüdür. Bu çalışmamızda DEA’lara yüksek gerilim (2kV~5kV) ve farklı elektriksel sinyaller uygulanarak adyabatik bir ortamda yüzey sıcaklık değişimleri incelenmektedir.  DEA yüzeyinde kare, sinüs, ve üçgen dalga olmak üzere üç farklı elektriksel sinyali ve farklı ortam sıcaklıklarında (25Co~32Co) malzeme üzerindeki sıcaklık değişimleri test edilmektedir. Deneysel çalışmadaki DEA yüzeyinde meydana gelen sıcaklıkların oluşmasında elektriksel sinyaller, gerilim, ortam sıcaklığı ve öngerme gibi etmenlerin etki ettiğini görülmektedir. DEA yüzeyinde sıcaklık değişimi kare dalga formunda sıcaklık değeri 2 Hz ile 10 Hz arasında en yüksek değere ulaşmaktadır. Sinüs ve üçgen dalga formalarında meydana gelen sıcaklıklar kare dalga formuna oranla daha düşük gerçekleşmektedir. DEA yüzeyinde meydana gelen yüzey sıcaklığının artmasındaki diğer bir faktörü olan ortam sıcaklığının yükselmesi sebep olmaktadır. Deneyde elde edilen sıcaklık ölçümleri termal kamera yardımıyla kayıt altına alınmaktadır. Test edilen sıcaklıklarda yüzey sıcaklığı aşırı artması DEA’nın elektirilsel bozulmasına neden olmaktadır. Bu elektiriksel bozulma sonucu DEA’lar istenilen işlevi yerine getirememektedirler. Canlı kasına benzemesi nedeniyle yapay kas olarak da düşünülen DEA, yumuşak robotik uygulamalarında, biyomedikal çalışmalarda ve sensörler gibi birçok alanda yapılacak çalışmalarda en uygun frekans aralıkları, frekans tipleri ve ortam sıcaklıklarının bilinmesi açısından önem taşımaktadır.