压电技术在智能阀门中的应用

　　传统的智能阀门中大量使用了电磁铁作为电－机械转换级，其把电控制信号转换为机械的位移，推动阀芯，实现气路的切换或气体压力、流量的比例控制。作为电－机械转换级的电磁铁有价格低廉，操作使用方便等优点；但其也有很多缺点：如功耗大、响应速度不够快、存在发热及有电磁干扰等。把压电材料的电－机械转换特性引入到智能阀门中，作为智能阀门的电－机械转换级，这是一项不同于传统智能阀门的全新技术。采用了压电技术的智能阀门在性能上有着传统智能阀门无可比拟的优势。

 

　　压电效应简介对于晶体构造中不存在对称中心的异极晶体，加在晶体上的张紧力、压应力或切应力，除了产生相应的变形外，还将在晶体中诱发出介电极化或电场。这一现象被称为正压电效应；反之，若在这种晶体上加上电场，从而使该晶体产生电极化，则晶体也将同时出现应变或应力，这就是逆压电效应。两者通称为压电效应。1880年居里兄弟发现了电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。压电式气动换向阀即是利用压电逆效应而研制的。

 

　　压电技术在智能阀门中的应用

 

　　1、微型直动式换向阀利用压电材料在电场作用下的变形，来实现智能阀门阀口的开启和关闭，这样就可以做成微型直动式换向阀。如下图所示的微型二位三通换向阀，1口为进气口，2口为输出气口，3、口为排气口，阀中间的弯曲部件为压电材料组成的压电片。当没有外加电场作用时，阀处于：图1状态：进气口关闭，输出气口2经排气口3通大气。当在压电阀片上外加控制电场后，压电阀片产生变形上翘，上翘的压电阀片关闭了排气口3，同时进气口1和输出气口2连通。这样就完全实现了传统二位三通电磁换向阀的功能。

 

　　2、压电式电气比例调压阀压电材料的变形量正比于施加在其上的电场强度，利用这一特点，可以开发出比例调压阀。如图3所示，施加不同的控制电压到压电阀片上，压电阀片产生不同的弯曲变形量，这样就在进气口1与输出气口2之间及输出气口2与排气口3之间形成不同的气流阻力，从而在输出气口2的得到不同的气体压力。由于压电阀片在变形过程中不受机械摩擦力，且压电阀片有响应快功耗低的特点，基于压电阀片的电气比例调压阀很多性能优于传统的比例调压阀。例如其没有死区，压力可以从零开始连续调节；其响应快，可满足高速系统的应用要求；其功耗低，对电源功率要求低。

 

　　3、压电阀为先导的气动换向阀把微型压电阀作为先导级，对其气体流量及压力进一步放大，就可以得到符合各种国际标准外形尺寸的压电式智能阀门，同样，其很多性能特点都优于传统的电磁阀。

 

　　4、压电式智能阀门的独特优势及其应用相对于传统的电磁智能阀门，采用压电技术的换向阀，有功耗低、响应快及没有电磁影响等优点，所以其开辟了很多气动技术应用的新领域。

 

　　压电式气动换向阀是把压电技术引入到智能阀门中的一项新技术，相对于传统的智能阀门，其有功耗低、响应快、没有电磁干扰、寿命长及不会发热等优点。其在工业及过程自动化控制领域有广阔的应用。