智能阀门定位器中压电阀的作用

    智能阀门定位器控制精度高、速度快：进气或排气的最小流量几乎可以为0，很容易将控制阀调节到1%或更高的精度，在25行程3Bar压力的调节阀，开关速度可控制2S以内。

 

    1、压电效应的应用

 

    压电晶体是一种电能和机械能可逆转换的陶瓷功能材料，它既可以将机械能转化为电能，也可以将电能转化为机械能。压电晶体受到外力挤压时，除产生机械变形外，在晶体的表面产生与挤压力成比例的电荷，通过电荷放大器可以把电荷转化为相应的电压输出，用来制造成压电力传感器、超声波接受器等。

 

    同样在压电晶体上施加电场，压电晶体的外型尺寸也会发生微小的变化，这种现象称为电致伸缩现象，由于其机械变形是由电场产生的，而且压电晶体的内阻非常大，几乎不消耗能量，可制造小型化、低功耗元件如蜂鸣器、超声波发生器、压电阀等。

 

    2、先导压电阀P9

 

    先导压电阀P9压电阀片P9由两片极性相反的压电陶瓷片粘接到电极上，单端固定，形成悬臂机构，通电时一片伸长一片收缩，将位移放大。薄片上不加电压时，压缩空气输入孔1封闭，输出孔2和大气想通，输出气压为0；薄片上加一定电压时由于压电陶瓷的材料特性，薄片上产生几十到几百微米的弯曲变形，大气孔3封闭，压缩空气有1流向输出孔2，产生输出气压信号，薄片的弯曲程度随着施加电压的大小变化而变化，输出口2的气压也发生响应的变化，所以P9先导阀片可以用作开关阀或比例阀。响应时间<2mS，在1.2bar的压力线流量1.5L/Min。同样的道理，P9可以用于真空度的控制。

 

    3、压电开关阀P20

 

    压电开关阀P20（图3）由先导压电阀片P9、开关功率放大器、微型减压阀和30μm的过滤器组成2位3通阀。

 

    4、压电智能阀门定位器气路结构

 

    压电智能阀门定位器气路上采用两个P20压电阀（PV1、PV2）和两个单向阀（RV1、RV2）组成非常简单的控制气路，智能阀门定位器共有3种气路逻辑状态。

 

    当执行机构有少量泄漏或阀门管道压力突然变化引起阀位波动时，智能定位器马上由保持状态切换到脉冲工作状态，由于P20的响应时间可以到20mS，进气或排气压电阀可以将进气或排气量控制到最小（近似为0），保证阀位的扰动控制在1%误差范围内。

 

    5、压电智能阀门定位器控制模式

 

    压电智能阀门定位器采用脉宽调制工作方式PWM(PulseWidthModulation)驱动压电阀。当控制偏差很大时，定位器输出连续信号；当偏差不大时，输出脉冲信号；当偏差很小时，输出更小的脉冲信号；当偏差达到阀门控制精度范围，没有控制指令输出，保持定位。

 

    6、压电智能阀门定位器特点

 

    由于核心气动元件是压电材料结构，其可活动部件少、体积小、极低功耗、输出气流量可以从0到130L/Min连续变化，压电智能阀门定位器有许多优点。

 

    耗气量低、抗震动：阀门定位时，气路处在保持状态，消耗压缩空气量几乎忽略不计。智能阀门定位器使用的是两个常闭压电阀，停电时压缩空气没有排空，降低了使用成本。无活动喷嘴挡板机构，定位器可以消除外界震动对阀门的影响。

 

    低功耗：压电阀片的驱动电流为10μA，无需保持电流，对于从4-20mA信号或现场总线中取电的仪表来说是非常重要的，可以方便地使用LCD指示、任意分程、自定义流量曲线、阀位输出、限位开关、现场总线等功能。

 

    智能阀门维护简单：模块化结构，自动整定后，阀门的特性参数都保存到定位器中，用户可根据初始的记录来了解阀门的使用情况，为阀门的维护提供可靠依据。