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    一、引言
    傳統(tǒng)的氣動(dòng)閥中大量使用了電磁鐵作為電－機(jī)械轉(zhuǎn)換級(jí)，其把電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械的位移，推動(dòng)閥芯，實(shí)現(xiàn)氣路的切換或氣體壓力、流量的比例控制。作為電－機(jī)械轉(zhuǎn)換級(jí)的電磁鐵有價(jià)格低廉，操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)；但其也有很多缺點(diǎn)：如功耗大、響應(yīng)速度不夠快、存在發(fā)熱及有電磁干擾等。把壓電材料的電－機(jī)械轉(zhuǎn)換特性引入到氣動(dòng)閥中，作為氣動(dòng)閥的電－機(jī)械轉(zhuǎn)換級(jí)，這是一項(xiàng)不同于傳統(tǒng)氣動(dòng)閥的全新技術(shù)。采用了壓電技術(shù)的氣動(dòng)閥在性能上有著傳統(tǒng)氣動(dòng)閥無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
    二、壓電效應(yīng)簡(jiǎn)介
    對(duì)于晶體構(gòu)造中不存在對(duì)稱(chēng)中心的異極晶體，加在晶體上的張緊力、壓應(yīng)力或切應(yīng)力，除了產(chǎn)生相應(yīng)的變形外，還將在晶體中誘發(fā)出介電極化或電場(chǎng)。這一現(xiàn)象被稱(chēng)為正壓電效應(yīng)；反之，若在這種晶體上加上電場(chǎng)，從而使該晶體產(chǎn)生電極化，則晶體也將同時(shí)出現(xiàn)應(yīng)變或應(yīng)力，這就是逆壓電效應(yīng)。兩者通稱(chēng)為壓電效應(yīng)。1880 年居里兄弟發(fā)現(xiàn)了電氣石的壓電效應(yīng)，從此開(kāi)始了壓電學(xué)的歷史。壓電式氣動(dòng)換向閥即是利用壓電逆效應(yīng)而研制的。
    三、壓電技術(shù)在氣動(dòng)閥中的應(yīng)用
    1、微型直動(dòng)式換向閥
    利用壓電材料在電場(chǎng)作用下的變形，來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)閥閥口的開(kāi)啟和關(guān)閉，這樣就可以做成微型直動(dòng)式換向閥。如下圖所示的微型二位三通換向閥，1 口為進(jìn)氣口，2 口為輸出氣口，3、口為排氣口，閥中間的彎曲部件為壓電材料組成的壓電片。當(dāng)沒(méi)有外加電場(chǎng)作用時(shí)，閥處于：圖1 狀態(tài)：進(jìn)氣口關(guān)閉，輸出氣口2 經(jīng)排氣口3 通大氣。當(dāng)在壓電閥片上外加控制電場(chǎng)后，壓電閥片產(chǎn)生變形上翹，上翹的壓電閥片關(guān)閉了排氣口3，同時(shí)進(jìn)氣口1 和輸出氣口2 連通。這樣就完全實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二位三通電磁換向閥的功能。

    2、壓電式電氣比例調(diào)壓閥
    壓電材料的變形量正比于施加在其上的電場(chǎng)強(qiáng)度，利用這一特點(diǎn)，可以開(kāi)發(fā)出比例調(diào)壓閥。如圖3 所示，施加不同的控制電壓到壓電閥片上，壓電閥片產(chǎn)生不同的彎曲變形量，這樣就在進(jìn)氣口1 與輸出氣口2 之間及輸出氣口2 與排氣口3 之間形成不同的氣流阻力，從而在輸出氣口2 的得到不同的氣體壓力。由于壓電閥片在變形過(guò)程中不受機(jī)械摩擦力，且壓電閥片有響應(yīng)快功耗低的特點(diǎn)，基于壓電閥片的電氣比例調(diào)壓閥很多性能優(yōu)于傳統(tǒng)的比例調(diào)壓閥。例如其沒(méi)有死區(qū)，壓力可以從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)；其響應(yīng)快，可滿(mǎn)足高速系統(tǒng)的應(yīng)用要求；其功耗低，對(duì)電源功率要求低。

    3、壓電閥為先導(dǎo)的氣動(dòng)換向閥
    把微型壓電閥作為先導(dǎo)級(jí)，對(duì)其氣體流量及壓力進(jìn)一步放大，就可以得到符合各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸的壓電式氣動(dòng)閥，同樣，其很多性能特點(diǎn)都優(yōu)于傳統(tǒng)的電磁閥。
    4、壓電式氣動(dòng)閥的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用
    相對(duì)于傳統(tǒng)的電磁氣動(dòng)閥，采用壓電技術(shù)的換向閥，有功耗低、響應(yīng)快及沒(méi)有電磁影響等優(yōu)點(diǎn)，所以其開(kāi)辟了很多氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域。
    四、總結(jié)
    壓電式氣動(dòng)換向閥是把壓電技術(shù)引入到氣動(dòng)閥中的一項(xiàng)新技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的氣動(dòng)閥，其有功耗低、響應(yīng)快、沒(méi)有電磁干擾、壽命長(zhǎng)及不會(huì)發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)。其在工業(yè)及過(guò)程自動(dòng)化控制領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。