压电阀在智能阀门定位器中的应用

《控制阀信息》 南京易捷自动测试技术有限责任公司    崔慧华 2007-06

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。

工作电压：24VDC 工作电流：<10μA 维持电流：0μA 响应时间：<20mS 电    容：<100nF 工作气压：1.2-8.0Bar 流    量：130 L/Min         (From 6 to 5 Bar) 工作温度：-30～+60度

					断电或无压缩空气，可以保阀门可靠关闭或开启
					PV1	PV2	P1	P2	Actuator
					ON	ON	In	Out	Open   进气
					ON	OFF	Invalid Operation          非法
					OFF	ON	Hold	Hold	Hold     保持
					OFF	OFF	Out	In	Close   排气

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(Pulse Width Modulation)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。
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。
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。
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。