压电结构电气转换器技术研究
电气工程中的电力电子变换器技术研究与应用分析
电气工程中的电力电子变换器技术研究与应用分析在现代工业和生活中，电力电子变换器技术已经成为不可或缺的一部分。
电力电子变换器是将电能从一种形式转换为另一种形式的设备，它在能量传输和控制系统中起着重要的作用。
本文将对电力电子变换器技术的研究和应用进行分析。
一、电力电子变换器的基本原理和分类电力电子变换器是将交、直流电压或频率转换为不同形式的电压或电流的装置，主要由开关元件、电感、电容和控制电路组成。
常见的电力电子变换器包括直流变换器、逆变器和交流电压调整器。
直流变换器可以将直流电压转换为交流电压，常用于电动机启动和调速控制。
逆变器则可以将直流电压转换为交流电压，广泛用于太阳能发电系统和电站输电系统中。
交流电压调整器则用于调整交流电压的大小和频率，例如在电网与电子设备之间起到隔离和匹配的作用。
二、电力电子变换器技术的研究进展电力电子变换器技术的研究一直以来都是电气工程领域的热点之一。
随着半导体器件和控制技术的不断进步，电力电子变换器的性能和效率得到了显著提升。
1. 半导体器件的发展半导体器件是电力电子变换器的核心组成部分，其性能的提升直接影响到整个系统的性能。
随着功率半导体器件如IGBT和MOSFET的不断发展，电力电子变换器的效率和可靠性得到了显著提高。
2. 控制技术的创新控制技术是电力电子变换器的关键，它决定了系统的稳定性和响应速度。
传统的控制技术如比例积分控制（PI控制）已经得到广泛应用，但随着先进的控制算法（如预测控制、模糊控制和神经网络控制）的出现，电力电子变换器的动态性能和抗干扰性得到了显著提升。
三、电力电子变换器技术的应用分析电力电子变换器技术在各个领域都有广泛的应用，本节将以几个典型的应用为例进行分析。
1. 可再生能源领域随着可再生能源的快速发展，如风能和太阳能的利用，电力电子变换器技术在这个领域中发挥了重要作用。
逆变器可以将直流电能转换为交流电能，将太阳能或风能转化为可供家庭或工业使用的电能，从而减少对传统能源的依赖。
压电换能器导纳的研究
压电换能器导纳的研究（实用版）目录1.压电换能器概述2.压电换能器导纳的定义及意义3.压电换能器导纳的测量方法4.压电换能器导纳的应用5.基于导纳的压电换能器性能评价6.结论正文一、压电换能器概述压电换能器是一种将机械振动能转换为电能或电能转换为机械振动能的装置，广泛应用于超声波检测、声波通讯、生物医学、能源转换等领域。
压电换能器的核心元件是压电陶瓷或压电聚合物，它们在受到机械应力时会产生电压，从而实现机械能和电能之间的转换。
二、压电换能器导纳的定义及意义压电换能器导纳是描述压电换能器在不同频率下电能和机械能之间转换效率的参数，它可以反映压电换能器的性能优劣。
导纳越大，表示压电换能器在某一特定频率下的能量转换效率越高。
因此，研究压电换能器导纳对于优化换能器性能具有重要意义。
三、压电换能器导纳的测量方法压电换能器导纳的测量通常采用阻抗分析法。
具体操作步骤如下：1.将压电换能器作为待测元件接入电路，通过测量电路中的电压和电流，得到压电换能器的阻抗；2.对压电换能器施加不同频率的正弦波电压，测量对应频率下的电流，得到压电换能器的导纳；3.将测得的导纳数据进行归一化处理，得到压电换能器在不同频率下的导纳圆图。
四、压电换能器导纳的应用压电换能器导纳的研究可以为实际应用提供有价值的参考信息。
通过分析导纳圆图，可以找到压电换能器在某一特定频率下的最佳工作状态。
此外，导纳还可以用于评价压电换能器的性能，为优化换能器设计提供依据。
五、基于导纳的压电换能器性能评价通过对压电换能器的导纳进行分析，可以对换能器的性能进行评价。
具体方法如下：1.计算压电换能器的平均导纳，以反映其在整个频率范围内的能量转换效率；2.分析导纳圆图中的交点，以确定压电换能器在某一特定频率下的最佳工作状态；3.根据导纳圆图的形状，评估压电换能器的性能优劣。
六、结论压电换能器导纳的研究对于优化换能器性能具有重要意义。
通过测量和分析压电换能器的导纳，可以找到其在不同频率下的最佳工作状态，为实际应用提供有价值的参考信息。
压电换能器设计原理
压电换能器设计原理压电换能器是一种将机械能转换为电能或将电能转换为机械能的装置，是一种新型的智能化、高效能、环保型换能器件。
它具有结构简单、可靠性高、转换效率高等特点，在电子、光学、传感、医学等领域有着广泛的应用。
以下是压电换能器设计原理的详细介绍：一、压电换能器概述压电换能器是一种基于压电效应的换能器，它利用了一种特殊的晶体材料，当施加外力时可在其内部产生电荷。
这些电荷可通过电路引导到装置的其他部件中，从而达到机械与电能之间的转换效应。
压电换能器主要由压电材料、电极、背夹板和引线四部分组成。
二、压电换能器的工作原理压电效应是指在压电材料中，当施加外力时微小的晶格形变进而出现分离正、负电荷的现象。
压电材料的压电系数可以表示产生的电荷量与施加的外力之间的关系。
利用这一效应，可以实现机械能与电能之间的转换，即将机械能转换为电能或者将电能转换为机械能。
三、压电换能器的优点1. 结构简单，易于制造和安装，可靠性高。
2. 控制精度高，能够自适应环境变化，并能有效处理温度、湿度、压力等环境参数。
3. 能够实现高精度测量和控制。
4. 体积小，功耗低，适用于微型系统和移动设备。
5. 在探测、测量、计量等领域有着广泛的应用。
四、压电换能器的应用1. 传感领域：压电传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器等。
2. 振动与声学领域：压电陶瓷振动器、压电驱动器等。
3. 能量采集与转换领域：压电能量采集器等。
4. 医学领域：压电造影设备等。
总之，压电换能器的高效能、低功耗、小体积等优点逐渐受到人们的青睐，并在各个领域得到了广泛的应用。
压电换能器设计与能量获取特性研究
压电换能器设计与能量获取特性研究【摘要】压电材料具有机电能量转换的特性，因此可将振动能转换成电能，以达到能源回收再利用的目的。
本论文针对单层压电悬臂梁在其自由端放置质量块的情况下进行低频振动的能量获取进行特性研究。
依据低频环境振动的特点，建立了以末端固定质量块的压电悬臂梁结构作为换能元件的振动能量采集装置的模型，在对压电材料的特性、电流等效电路分析的基础上，讨论了压电悬臂梁能量获取特性随几何因子的变化规律。
【关键词】压电陶瓷；换能器；几何参数；能量获取特性1.引言压电换能器是指利用压电材料的正逆压电效应制成的换能器，就是指可以进行能量转换的器件。
压电换能器的应用十分广泛，它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等诸多行业，按实现的作用分为超声加工、超声清洗、超声探测、检测、监测等。
压电换能器的能量获取作为能源回收再利用的方法之一具有重要的实际意义和研究价值，且压电陶瓷的压电效应特性有重要的应用价值，本文在单层压电悬臂梁在其自由端放置质量块的情况下进行低频振动的能量获取进行了特性研究，给出了其特性的变化规律。
2.系统原理及建模2.1 系统组成及原理压电悬臂梁的工作原理是在压电层的上下电极之间施加交变电压，由逆压电效应，在压电层上将产生相应的变形从而带动微悬臂梁振动。
（如图1）建立的模型为压电悬臂梁两层结构，以PZT为压电薄膜材料，不锈钢为压电悬臂梁型的结构。
运用微加工技术，在绝缘体上不锈钢存底上制备较厚的压电薄膜，不锈钢层作为主要弹性层：为了降低谐振频率，在自由端固定以质量块，使之在环境振动频率下能够给实现共振，从而满足最大电能输出。
工作时，质量块和压电悬臂梁一起振动，上下两个表面所受到应力相异，即上表面受到压应力，则下表面受到拉应力，反之亦然，因此上下电极所产生的电荷极性也相反。
依据正压电效应，压电层表面将产生电荷，从而在上下两个电极之间产生电势差，利用转换电路可将该电能输入到储能元件中，或直接作为微功耗负载的供电电源。
压电换能器工作原理
压电换能器工作原理
压电换能器是一种利用压电效应将机械能转化为电能（或相反，将电能转化为机械能）的装置。
其工作原理主要基于压电效应和反压电效应。
在压电换能器中，通常使用压电材料作为工作元件，如压电陶瓷。
压电效应是指在某些晶体材料（如压电陶瓷）中，当施加外力或应力时，晶体表面会产生电荷分布不均，使其出现正电荷和负电荷的极化现象。
这种极化现象会导致晶体内部产生电场，从而形成一个电势差。
当压电材料受到外力或应力时，压电效应会使得材料极化并形成电势差。
如果在两个平行的压电片之间施加机械压力，产生的电势差会对电荷产生影响。
通过引导电路，电势差可以传递到负载上，从而产生电流。
这样，机械能就被转化为了电能。
同时，压电材料也具有反压电效应，即在材料上加电场时会引起晶体结构的形变。
利用反压电效应，可以将电能转化为机械能。
当电场施加到压电材料上时，产生了电场引起的力和位移，从而实现了机械能的转化。
总结起来，压电换能器的工作原理是基于压电效应和反压电效应。
通过外力或应力作用下，压电材料发生极化及电势差产生，使得机械能转化为电能。
而通过施加电场，电能又可以转化为机械能。
这种原理使得压电换能器在许多领域有广泛的应用，如声波传感器、压力传感器和电子鼓等。
压电转换器的工作原理及应用
压电转换器的工作原理及应用1. 压电转换器的定义压电转换器是一种将电能和机械能相互转换的设备。
它基于压电效应，能够将电能转换为机械能，或者将机械能转换为电能。
2. 压电效应的原理压电效应是指某些晶体材料在受到压力或电场的作用下，会产生电荷分离现象。
这种电荷分离现象会导致晶体的形状发生变化，从而产生机械振动或变形。
3. 压电转换器的工作原理压电转换器利用压电效应的原理，将电能和机械能相互转换。
它由压电元件和电路组成。
3.1 压电元件压电元件是压电转换器的核心部件，通常采用压电陶瓷材料制成。
当压电元件上施加电压时，它会发生形状的变化或者产生机械振动。
同样地，当对压电元件施加外力或机械振动时，它会产生电荷分离现象，从而产生电压。
3.2 电路压电转换器的电路部分用于控制和调节压电元件的工作状态。
它可以将电能输入压电元件，或者从压电元件中输出电能。
4. 压电转换器的应用4.1 声波发生器压电转换器可以被用作声波发生器。
当在压电元件上施加交流电压时，压电元件会产生机械振动，从而产生声波。
这种应用广泛用于喇叭、传声器等声学设备。
4.2 压电传感器压电转换器也可以被用作压电传感器。
当压电元件受到外力作用，它会产生电压信号。
这种应用可以用于测量压力、力度、振动等物理量。
4.3 振动能量收集器压电转换器还可以作为振动能量收集器。
当压电元件受到机械振动时，它会产生电荷分离现象，从而产生电压。
这种应用可以将机械振动能量转化为电能，用于供电或充电。
4.4 压电陶瓷器件压电转换器中使用的压电陶瓷材料还可以用于制造压电陶瓷器件。
这种器件用于传感、控制、过滤等领域，广泛应用于电子设备中。
5. 总结压电转换器利用压电效应实现了电能和机械能之间的转换。
它的工作原理简单，应用广泛，包括声波发生器、压电传感器、振动能量收集器以及压电陶瓷器件等。
压电转换器在各个领域中发挥着重要的作用，在科学研究和工程应用中具有广阔的前景。
以上为压电转换器的工作原理及应用。
电气转换器工作原理
电气转换器工作原理电气转换器是一种电子设备，它能够将电能从一种形式转换为另一种形式。
它在现代电力系统中起着至关重要的作用，可以实现电能的传输、分配和利用。
本文将详细介绍电气转换器的工作原理及其应用。
一、电气转换器的基本原理电气转换器是通过控制电压和电流的变化来实现能量转换的设备。
它通常由输入端和输出端组成，通过控制输入端的电压和电流，可以实现在输出端获得所需的电压和电流。
电气转换器的工作原理主要包括以下几个方面：1. 电气转换器的输入端通常接收交流电源，通过整流电路将交流电转换为直流电。
整流电路通常由二极管等元件组成，它们能够将交流电的负半周去除，只保留正半周的电压。
2. 接下来，直流电经过滤波电路，去除电压中的脉动成份，使得输出的直流电更加稳定。
3. 在电气转换器的输出端，通常需要将直流电转换为交流电或者改变其电压、频率等参数。
这一过程通常通过逆变电路实现，逆变电路通常由晶体管、场效应管等元件组成，它们能够控制输出端的电压和电流。
通过上述过程，电气转换器能够将输入端的电能转换为输出端所需的电能形式，实现能量的转换和利用。
二、电气转换器的应用电气转换器在现代电力系统中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 交流电直流化：电气转换器可以将交流电转换为直流电，满足直流设备的供电需求。
例如，电动汽车的充电桩通常采用电气转换器将交流电转换为直流电，以便为电动汽车充电。
2. 直流电交流化：电气转换器可以将直流电转换为交流电，满足交流设备的供电需求。
例如，太阳能光伏发电系统产生的直流电通过电气转换器转换为交流电，以便供应给家庭和企业使用。
3. 电压变换：电气转换器可以改变电压的大小，以适应不同设备的工作要求。
例如，变压器是一种常见的电气转换器，它可以将高压电网的电能转换为适合家庭和企业使用的低压电能。
4. 频率变换：电气转换器可以改变电能的频率，以适应不同设备的工作要求。
例如，变频器是一种常见的电气转换器，它可以将电能的频率从50Hz转换为60Hz，以适应不同国家和地区的电力系统。
压电结构电／气转换器技术研究
１ 引 言
把 喷嘴 口３压住 ， 喷嘴 口 ２与 喷嘴 口 １连通 。由 使 此可知 ， 电阀只有通 和断两种状态 ， 电转换元件 压 压 采用两个压 电微型阀 ， 需要加大 阀门开度 ， 则打开进 气阀 。否则打开出气 阀， 状态稳定时 ， 两阀均处 于切
电／ 气转换器是气动执行器的主要附件 ， 自控 在 仪表和 自控系统 中实 现信息转 换和 能量转换 ， 广泛
外加 电压 作用下 ， 晶片上片极化方向与 Ｅ相反 ， 双
下片极化方 向与 Ｅ相 同， 而导致上片伸 长 ， 片收 从 下
由式 （ ） １ 可知 ， 电片越薄 、 ， 压 长 驱动位 移越大 ， 但刚度越小 ； 电片越厚 、 ， 压 短 驱动位移越小 ， 但刚度 越大 。所 以薄压 电 片厚 电极 ， 以及 厚而 长的压 电片
维普资讯
第 ４期
李东 明等 ． 电结构 电／ 压 气转换 器技术研究
・６ ９・
时间 ， 而响应时 间主要取 决 于压力 腔 中气体 的动 作 时间 ， 即充放气 所需 时间 。压力 腔 中 的气 体充 放 过
程可 以看成是绝热 过程 ， 且节 流孔处 气 体流速 在超 音速范 围内。
电／ 气转换装置 中一 个很 重要 的参数 就是 响应
电时 ， 双晶片作用 在 喷嘴 口 １上 ， 时 ， 嘴 口 ２与 这 喷 喷嘴 口 ３与先导 腔连通 ， 形成 一个整 体 。当压 电片
连通电源时 ， 如图 ２ ｂ 所示 ， 晶片变 形 向上弯 曲， （） 双
收稿 日期 ： ０ － － （ 改稿 ） ２ ７ ７０ 修 ０ ０ ２ 基金项 目： 辽宁省基金资助项 目（０ ６ ０ ３ ２ ０ １５ ）
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圈３ 压力腔充放气所孺时间 与压力 腔容积和节沈孔有效面积关系
目４ 电 气阅门 Ｖ 转换器控创原理
３３ ．・节流孔的设计 由于空气是可压缩流体， 在它们流经变截面管 道而使压力降低的同时， 必然要伴随气流容积的膨 胀并导致气流速度的变化。它们之间的关系可用下
衰 １ 节流孔的尺寸
创压 一 状 电 通电 鑫
圈２ 压电闷 结构
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充气 需时间 用理 式表达为［： 所 可 论公 ［ ７ １
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放气所需时间为：
图６ 电路控制图
由 于主控电路用于控制压电微型阀的动作， 而 作用在运放输出信号上， 最后输出脉冲信号来控制 压电微型阀又只有开、 关两个状态， 所以主控电路的 进气阀， 进气阀在短时间内开启关闭， 以控制输出压 输出可以看作是一个数字信号， 只输出高、 低电平。 力。排气阀的控制原理与进气阀原理相同。 由于不是一个连续的模拟量， 所以主控电路主要采 Ｓ 整机性能侧试 用比例增益调节。 为测试系统的整体性能， 进行了整机输人一输 反馈信号Ｕ 与给 ＿ 定信号Ｕ 通过运 ， 算放大器进 出实验。输人为 ４一 ０ ２ｍ Ａ直流电流， 气压为 行比 如果 Ｕ ＞Ｕ 则该运放 较， ， ＿ 摘出 平， 高电 反之则 ０ １ ｋａ 通过设置输人电流， 一４ Ｐ。 ０ 观测精密压力表 输出 平。 低电 该输出电 压分别 输人４ 个有基准值的 显示的系统输出气压值并加以记录， 所得数据如 运放进行比 当给 较， 定信号远远高于 反馈信号时， 则 表２ 所示。 ／ 该电 气转换器输人控制电 一０ ， 流４ ２ ｍ Ａ 控制进气阀的运放输出 高电平， 同时控制排气阀的 输出 气压能 够满足实际需要的２ 一０ ｋａ ０ １ Ｐ， ０ 基本满 运放输出 低电 平。此时， 进气阀打开， 排气阀关闭， 足设计要求。 系统处于进气状态， 翰出压力值增大。当给定信号 ‘ 结 论 略高于反 馈信号时， Ｅ５ 芯片输出的脉冲信号 ‘ 由Ｎ ５ ５ 随着微电子技术、 控制理论和计算机技术的发
（． １大连理工大学 ‘电子与 信息工程学院； 机械工程学院， 大连 １ ０３２大连交通大 机械工程学院， 大连 １ ０８ ｂ ． 辽宁 １ ２； ６ ． 学 辽宁 １ ２） ６
摘要： 通过压电 执行器的选择， 压力腔和节流孔尺寸的计算， 设计了 一种基于开关原理新结构压电 徽型阅， 通过主撞制电路设计， 研发出一种墓于压电 徽型阀结构的新型电子式电 气转换器， ／ 并对转换器整机的性能进行 侧试， 为我国自 主研发祈一代电 气转换器、 ／ 定位器打下了 基抽。 关健词： ／ 电 气转换器； 压电间； 压电执行器； 双晶片愚肴梁 中圈分类号： Ｈ０． Ｔ ７３６ 文献标识码： 文章编号：００ ９２２０）４ ０８ ４ ５ Ａ １０－ ３（０７０－ ６－ ３ ０ ０
１ 引 盲 电 气转换器是气动执行器的主要附件， 控 ／ 在自
仪表和自 控系统中实现信息转换和能量转换， 广泛 应用于石油、 化工、 冶金、 电站、 水利等工业 自 动化控
制系 统川。 统的电 气转换器主 传 ／ 要是基于机械力
平衡原理， 即以机械结构为主， 其结构复杂、 调整麻 烦、 易磨损、 耐环境差、 寿命短， 已经不能满足现代自 动化生产要求。目 国外生产的相关产品已经突 前， 破了传统的机械模式， 而我国大多数转换器厂仍以 老产品为主， 研制新一代电子式、 智能式产品代替传
收稿日 ２０－ １ 期： ７ ７１ ０ ０ ２修改稿） 荟金项目： 辽宁省基金资助项目 ２ ６ ５） （ ０１ ３ ０ ０
压电微型阀的基本结构及动作原理如图２ 所 示， （） 图２ａ是压电阀在初始状态下示意图， 即不通 电时， 双晶片 作用在喷嘴口１ 这时， 上， 喷嘴口２ 与 喷嘴口３ 与先导腔连通， 形成一个整体。当压电片 连通电源时， 如图２ ｂ 所示， （） 双晶片变形向上弯曲，
厚； － 驱动电压。 Ｖ 由 １可知， 压电片越薄、 驱动位移越大， 式（） 长，
形， 晶 具 单 压 形 的 出 点 ， 双 片 有 位电 变 大 突 优 ［〕 ， ’。
２２ 压电阀的甚本结构及动作原理 ．
但刚度越小； 压电片 越厚、 驱动位移越小， 短， 但刚度
越大。所以薄压电片厚电极， 以及厚而长的压电片 薄电极是理想选择。 ３２ 压力腔尺寸设计 ． 电 气转换装置中一个很重要的参数就是响应 ／
衰 ２ 电／ 气转换．输入－输出实验数据
【 李东明， 幻 孙宝元， 伟， 电 气转换装里技术发展现状 王 等， Ｖ 与展望［］中国机械工程， ０， （） ８－ ． ． Ｊ ２ ６１ ９ ： ５ ０ ７ ９ ＂ｇ
〔 习・魔 斌， 蚤， 炜． 彦 王 程 羞于砰 协议的 气动阅门 智能 定位 器开发［］仪器仪表学报， ０， （） ９－９． ． Ｊ ２ １ ２３ ： １ ３ ０ ２ ４ ４ 【 Ａ Ｄ ＺＪ ，Ｉ Ｒ ｈ ｙ ｌ ｅｃｉＡｉｍ ｅｃ ］ ， Ｎ ＲＦ Ｂ Ｏ ＰＴａ 吐Ｐ ｗ ｌｔ ｘｙｍｔ ＤＰ Ｔ ． ｗ ｅ ｅｒ ｓ ｒ ｃ ｉ Ｂ ｏｈＪ Ｓ ｓｓ ｃｓｍ １ ７ ３ ： ３ １． ． ｍ ａ Ａｔｓ ， ９， （） － ２ ｉ ｒ ［ ｅ ｍ ｐ ］ ｏ ｎ ｕｏ ９ ５ ｄ ８ ２ ２ ０ 〔 ＪＮ ， Ｕ ＢＤｎ ｉｄｉｏ Ｍｔ ｏＰｓ ｌ－ 习 Ａ Ｇ ＲＨ Ｒ ｙ ｍ ａ ｕ ｏ ａｉ ｆ ｏｅ ＳＡ Ｔ ． ｃ ｍ ａ ｅ ｘ ｉ ｅｏ ａ ｒ ｅ
４ 转换器控制原理及电路设计 ４１ 电 气转换器控制原理 ． ／ 式中：一一气容容积．３Ｓ 节流孔有效面权， ， ｍｆ — ＇ 图４ ／ 气转换器控制原理图。粗箭头为气 是电 扩；． 绝 温 Ｋ几一 充 开 ｔ ０ Ｔ 一 对 度，； 气 始（ 二 ） 细箭头为电信号传送路径。 控制 时 容器内的压力，ａ凡— 充气结束时容器内的 压信号传输路径， Ｐ； 过程为： 一 ０ ４ ２ｍ Ａ直流电流信号与压力传感器的反 压 Ｐ； 气源压力； ｒ 容器内气体开 力， Ｐ— ａ ． Ｐ— 馈信号在控制电路中进行比较之后， 输出驱动电压 始放气（ 二０） ‘ 时容器内的压力， ， Ｐ ａ 当Ｐ． 及Ｔ确定时， 腔充气所需的时 信号控制压电微型阀的动作以调节输出气压。当控 ． ． Ｏ Ｐ ＰＩ ２ 压力 气动放大器 间与压力腔容积， 节流孔有效面积５ 、 的关系如图３ 制信号与传感器反馈信号达到平衡时，加电压作用下奄曲图 形
３ 压电阀关键结构设计 ３１ 压电陶瓷片的选择 ．
压电 片 位移 公 ’ 弯曲 理论 式为［： 双晶 ］
６ Ｅ（ ＋ ｏ ｄ ｈ ｈ ！ Ｖ ） ｀ ２ｈ Ｅｏ ６ 叫 Ｅ ０． Ｋ３ ． ｈ
（） １
式中： ， — 压 电片、 ＥＥ ， 弹性梁的弹性模量； ｄ — 压电 ３ １ 常数；ｏ 弹 ｈ— 性梁厚； — 压电片 ｈ
本文跟踪国内外转换器、 定位器技术研究现状， 根据压电陶瓷驱动特点， 以压电双晶片为执行器， 设 计了基于开关原理的压电新结构电 气转换装置及 ／ 电路控制系统， 该转换器突破了传统的喷嘴挡板结 构， 代表了电 气转换器新的技术发展方向， ／ 为我国 自 控仪表的升级换代打下了基础。 ２ 压电阅转换原理 ２１ 压电执行器的选择 ． 双晶片结构是将两片压电片双面对称粘贴在一 块弹性梁上， 一端夹持， 自由， 一端 如图 １ 所示。在 外加电压 Ｖ 作用下， 双晶片上片极化方向与Ｅ 相反， 下片极化方向与 Ｅ相同， 从而导致上片伸长， 下片收 缩， 两片的差动作用形成弯矩， 使双晶片发生弯曲变
・７ ・ ０
化 工 自动 化 及 仪 表
第３ 卷 ４
的 单片集成电路，Ｄ９ 能够和电 及热电 Ａ ６３ 桥以 偶等 多 种传感 器直接配合， 处理。 １ ｍ 之间的 一０ Ｖ ０ 各种
中， 输人是 ￣ ． Ｍ ａ 气压， ０ １ Ｐ的 ４ 输出是４ ２ ｍ 直 ￣０ Ａ
流电流。
模 拟量信号， 并且以４ ２ ｍ ， －０ 或１ｔ 一０ Ｏ ｍ Ａ ２ Ａ ２
把喷嘴口３ 压住， 使喷嘴口２ 与喷嘴口１ 连通。由 此可知， 压电阀只有通和断两种状态， 压电转换元件 采用两个压电微型阀， 需要加大阀门开度， 则打开进 气阀。否则打开出气阀， 状态稳定时， 两阀均处于切 断状态， 将执行器锁定在设定位置， 这和传统定位器 相比， 气源损耗几乎可以忽略不计。
统 机 结 ，在 行２。 的 械 构势 必 ［ ， ３ ］
第４ 期
李东明等． 压电结构电 气转换器技术研究 Ｖ
丝
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６ ９・
时间， 而晌应时间主要取决于压力腔中气体的动作 时间， 即充放气所需时间。压力腔中的气体充放过 程可以看成是绝热过程， 且节流孔处气体流速在超
音速范围内。
二 鱼（一Ｐ ＿ １ Ａ）
（） ４
（） ｓ 压电日初始状奋
式中： － 管道截面面积； Ａ 盆— 马赫数 即气流 速度与音速之比； — 气流速度。 。 由 ４ 可知， 要使气流得到超音速流动， 式（） 管道 截面形状必须先收缩后扩张。先收缩是为了使气流 加速， 当气流达到音速后， 管道截面形状必须扩张， 才能使气流不断加速得到超音速流动。因此， 在设 计压电徽型阀的进／ 气口与排气口时， 小孔形状采用 台阶状， 即从外向内， 截面积变小， 气流的流量与节 流孔的面积 Ｓ 有关， 越大则响应时间越短， Ｓ 但同时 流速也越大。流速过大会使压电陶瓷片受力变形， 并会影响压电陶瓷片的动作从而影响整个压电微型 阀的动作。所以， 节流孔的直径大小必须合适。根 据图３ 以及大量的预实验研究， 对压电微型阀３ 个 孔的尺寸选择如表 １ 所示。
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李东明等． 压电结构电／ 气转换器技术研究
２ ！１ － ． 的 ：印 １ 目
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