壓電技術在智能閥門中的應用

　　傳統的智能閥門中大量使用了電磁鐵作為電－機械轉換級，其把電控制信號轉換為機械的位移，推動閥芯，實現氣路的切換或氣體壓力、流量的比例控制。作為電－機械轉換級的電磁鐵有價格低廉，操作使用方便等優點；但其也有很多缺點：如功耗大、響應速度不夠快、存在發熱及有電磁干擾等。把壓電材料的電－機械轉換特性引入到智能閥門中，作為智能閥門的電－機械轉換級，這是一項不同于傳統智能閥門的全新技術。采用了壓電技術的智能閥門在性能上有著傳統智能閥門無可比擬的優勢。

 

　　壓電效應簡介對于晶體構造中不存在對稱中心的異極晶體，加在晶體上的張緊力、壓應力或切應力，除了產生相應的變形外，還將在晶體中誘發出介電極化或電場。這一現象被稱為正壓電效應；反之，若在這種晶體上加上電場，從而使該晶體產生電極化，則晶體也將同時出現應變或應力，這就是逆壓電效應。兩者通稱為壓電效應。1880年居里兄弟發現了電氣石的壓電效應，從此開始了壓電學的歷史。壓電式氣動換向閥即是利用壓電逆效應而研制的。

 

　　壓電技術在智能閥門中的應用

 

　　1、微型直動式換向閥利用壓電材料在電場作用下的變形，來實現智能閥門閥口的開啟和關閉，這樣就可以做成微型直動式換向閥。如下圖所示的微型二位三通換向閥，1口為進氣口，2口為輸出氣口，3、口為排氣口，閥中間的彎曲部件為壓電材料組成的壓電片。當沒有外加電場作用時，閥處于：圖1狀態：進氣口關閉，輸出氣口2經排氣口3通大氣。當在壓電閥片上外加控制電場后，壓電閥片產生變形上翹，上翹的壓電閥片關閉了排氣口3，同時進氣口1和輸出氣口2連通。這樣就完全實現了傳統二位三通電磁換向閥的功能。

 

　　2、壓電式電氣比例調壓閥壓電材料的變形量正比于施加在其上的電場強度，利用這一特點，可以開發出比例調壓閥。如圖3所示，施加不同的控制電壓到壓電閥片上，壓電閥片產生不同的彎曲變形量，這樣就在進氣口1與輸出氣口2之間及輸出氣口2與排氣口3之間形成不同的氣流阻力，從而在輸出氣口2的得到不同的氣體壓力。由于壓電閥片在變形過程中不受機械摩擦力，且壓電閥片有響應快功耗低的特點，基于壓電閥片的電氣比例調壓閥很多性能優于傳統的比例調壓閥。例如其沒有死區，壓力可以從零開始連續調節；其響應快，可滿足高速系統的應用要求；其功耗低，對電源功率要求低。

 

　　3、壓電閥為先導的氣動換向閥把微型壓電閥作為先導級，對其氣體流量及壓力進一步放大，就可以得到符合各種國際標準外形尺寸的壓電式智能閥門，同樣，其很多性能特點都優于傳統的電磁閥。

 

　　4、壓電式智能閥門的獨特優勢及其應用相對于傳統的電磁智能閥門，采用壓電技術的換向閥，有功耗低、響應快及沒有電磁影響等優點，所以其開辟了很多氣動技術應用的新領域。

 

　　壓電式氣動換向閥是把壓電技術引入到智能閥門中的一項新技術，相對于傳統的智能閥門，其有功耗低、響應快、沒有電磁干擾、壽命長及不會發熱等優點。其在工業及過程自動化控制領域有廣闊的應用。