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壓電閥在智能閥門定位器中的應用

壓電閥在智能閥門定位器中的應用

2011/5/12 17:12:00

1、壓電效應的應用
                                  
    壓電晶體是一種電能和機械能可逆轉換的陶瓷功能材料,它既可以將機械能轉化為電能,也可以將電能轉化為機械能。
    壓電晶體受到外力擠壓時,除產生機械變形外,在晶體的表面產生與擠壓力成比例的電荷,通過電荷放大器可以把電荷轉化為相應的電壓輸出,用來制造成壓電力傳感器、超聲波接受器等。
    同樣在壓電晶體上施加電場,壓電晶體的外型尺寸也會發生微小的變化,這種現象稱為電致伸縮現象,由于其機械變形是由電場產生的,而且壓電晶體的內阻非常大,幾乎不消耗能量,可制造小型化、低功耗元件如蜂鳴器、超聲波發生器、壓電閥等。

2、先導壓電閥P9
                                  
    HOERBIGER-ORIGA先導壓電閥片P9(圖1)通過壓電薄片工作,其結構為極薄彈性金屬片兩面粘結壓電晶體,在壓電片的兩個工作面上真空鍍膜形成兩個電極。

                                                          圖1 P9工作原理示意圖
                                  
    不通電時壓縮空氣輸入孔1封閉,輸出孔2和大氣孔3相通,輸出氣壓為0;通電時上層晶體收縮,下層晶體伸長,產生杠桿效應,使機械變形可擴大到幾十微米,大氣孔3封閉,壓縮空氣由孔1流向孔2,產生輸出氣壓信號,壓電片彎曲的程度隨輸入電壓的大小變化而變化,所以先導壓電閥P9可作為開關或比例閥使用。電壓壓力輸出曲線見圖2,先導壓電閥響應時間小于2mS。

                                                      圖2 P9壓力-電壓曲線圖
    3、壓電開關閥P20
    HOERBIGER-ORIGA壓電開關閥P20(圖3)由先導壓電閥片P9、開關功率放大器、微型減壓閥和30μm的過濾器組成2位3通閥。
                                  工作電壓:24VDC
                                  工作電流:<10μA
                                  維持電流:0μA
                                  響應時間:<20mS(達到
                                  10%或90%的壓力)
                                  電   容:<100nF
                                  工作氣壓:1.2-8.0Bar
                                  流   量:130L/Min
                                  (From6to5Bar)
                                  工作溫度:-30~+60度

                                                      圖3 P20工作原理示意圖

4、壓電智能閥門定位器氣路結構
                                  
    壓電智能閥門定位器氣路上采用兩個P20壓電閥(PV1、PV2)和兩個單向閥(RV1、RV2)組成非常簡單的控制氣路,如圖4。
    智能閥門定位器共有3種氣路邏輯狀態。


                                 PV1 PV2  RV1RV2  調節閥
                                 ON ON 打開 關閉 進氣
                                 OFF ON 關閉 關閉 保持
                                 OFF OFF 關閉 打開 排氣

    當執行機構有少量泄漏或閥門管道壓力突然變化引起閥位波動時,智能定位器馬上由保持狀態切換到脈沖工作狀態,由于P20的響應時間可以到20mS,進氣或排氣壓電閥可以將進氣或排氣量控制到最小(近似為0),保證閥位的擾動控制在1%誤差范圍內。

                                                          圖4 氣路結構示意圖

5、壓電智能閥門定位器控<

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