CN203395255U

CN203395255U - 一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片

Info

Publication number: CN203395255U
Application number: CN201320391565.8U
Authority: CN
Inventors: 王素贞
Original assignee: Chongqing Zhonglei Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Chongqing Zhonglei Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2023-07-03

Abstract

一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片，包括上压电陶瓷（1）、下压电陶瓷（2）、垫片（3）相互粘接组成的双压电晶片型压电陶瓷驱动阀片，上压电陶瓷（1）、下压电陶瓷（2）为PZT材料且对称粘接在垫片（3）两边，其特征在于：垫片（3）是由单向玻璃纤维或单向碳纤维增强环氧树脂材料构成的。采用本实用新型的压电陶瓷驱动阀片构造方法，有效解决压电陶瓷驱动阀片中的垫片反复疲劳寿命不足的问题，提高压电气阀的工作寿命。

Description

一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片

技术领域

本实用新型属于工业流量控制领域，特别是涉及一种气体流量控制的压电驱动阀片的构造。

背景技术

随着电子技术的发展，采用压电技术形成的逆压电效应，可以形成位移开关阀、液体控制阀、液体输送泵和气体输送泵，这些领域都将压电材料作为智能控制的核心元器件。同样，压电陶瓷也可应用于气体流量控制领域，作为气体控制的开关阀或流量控制阀，主要利用简支梁或悬臂梁的长条形双压电晶片，带动压电振子的弯张振动变形与否实现气阀的开闭。

现有双压电晶片型压电阀片均是采用压电陶瓷的两侧施加周期性电压，导致压电陶瓷本身由于逆压电效应收缩或膨胀的同时，也会导致与压电陶瓷粘接在一起的垫片被动性弯曲。现在一般采用铍青铜或弹簧钢片作为压电陶瓷驱动片的垫片；但是作为压电气阀来讲，其工作频率高（可达100Hz以上）、工作介质复杂（甚至是可燃性气体），在这种情况下铍青铜或弹簧钢垫片存在弯曲疲劳寿命不足的问题，导致压电陶瓷驱动阀片因为疲劳而出现阀片失效或击穿现象，进而造成压电气阀控制失效。

发明内容

本实用新型的目的就是为克服上述背景技术的不足，提供一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片的构造，有效解决压电陶瓷驱动阀片中的垫片反复疲劳寿命不足的问题。

本实用新型的技术方案是：提供一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片，包括两片压电陶瓷、垫片相互粘接组成的双压电晶片型压电陶瓷驱动阀片，压电陶瓷为PZT材料且对称粘接在垫片两边，其特征在于：垫片是由单向玻璃纤维或单向碳纤维增强环氧树脂材料构成的，垫片厚度为0.1～0.4mm。

上下压电陶瓷的极化方式根据实际可选用“正负负正”、“负正正负”、“正负正负”等方式，驱动方式可按具有一定周期或单独指令的工作电压单独、同时或交替驱动。

本实用新型的压电陶瓷驱动阀片具有工作可靠性高、疲劳寿命更长的优点。

附图说明

图1 简支梁支撑结构的双晶片型压电气阀的结构示意图

图2 沿图1的A-A 线的剖视图

图3 简支梁支撑结构的“负正正负”极化压电陶瓷驱动阀片工作示意图

图4 悬臂梁支撑结构的双晶片型压电气阀的结构示意图

图5 沿图4的B-B 线的剖视图

图6 悬臂梁支撑结构的“正负负正”极化压电陶瓷驱动阀片工作示意图

图7 悬臂梁支撑结构的“正负正负”极化压电陶瓷驱动阀片工作示意图

上述图中：1.上压电陶瓷；2.下压电陶瓷；3.垫片；4.阀下盖；5.阀上盖；6.下密封圈；7.上密封圈；8.腔体；9.第一气体进出口；10. 第三气体进出口；11.第二气体进出口。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型技术方案作进一步具体的说明。

实施例1

实施例1的是采用单向玻璃纤维增强环氧树脂垫片、简支梁支撑结构的双晶片型压电气阀的结构如图1所示，简支梁支撑结构的双晶片型压电气阀由阀下盖4、阀上盖5组成，在阀下盖4与阀上盖5之间的空腔8中安装压电陶瓷驱动阀片；而压电陶瓷驱动阀片由上压电陶瓷1、下压电陶瓷2、垫片3（材质单向玻璃纤维增强环氧树脂）相互粘接而成，长条形的压电陶瓷驱动阀片尺寸小于阀下盖4与阀上盖5形成的空腔8的尺寸，从而使整个腔体连在一体（图2）。在阀下盖4上开有圆形的第一气体进出口9、第二气体进出口11，在阀上盖5上开有圆形的第三气体进出口10；阀下盖4与阀上盖5之间安装有下密封圈6、上密封圈7，起到压电陶瓷驱动阀的减震与压电气阀的密封作用。

上压电陶瓷1、下压电陶瓷2的极化方式按照图3a中的“负正正负”方式极化，图中P为压电陶瓷极化方向，下同。上压电陶瓷1、下压电陶瓷2分别单独正电压驱动，图中E为对压电陶瓷施加电场方向，下同，上压电陶瓷1的上表面电极与下压电陶瓷2的下表面电极采用导线相互连接并引出导线形成地线零电位。其中上压电陶瓷1的驱动电压U1加在上压电陶瓷1的下表面电极和零电位之间；下压电陶瓷2的驱动电压U2加在下压电陶瓷2的上表面电极和零电位之间，驱动电压U1、U2的波形可以采用整流后周期正偏置电压。

图3a为上压电陶瓷1、下压电陶瓷2都没有施加电压的自然状态，压电驱动阀片没有发生变形，处于非工作状态，此时第一气体进出口9、第二气体进出口11、第三气体进出口10相互连通。当下压电陶瓷2上施加正电压U2＝Vdc时，上压电陶瓷1的驱动电压U1＝0V，即处于短路放电状态，此时下压电陶瓷2因逆压电效应发生收缩，而上压电陶瓷1不产生逆压电效应形变，如图3b虚线所示，下压电陶瓷2带动整个压电陶瓷驱动阀片向上弯曲变形几十微米，此时第三气体进出口10封闭（图1b虚线所示），而第一气体进出口9、第二气体进出口11相互连通。当上压电陶瓷1上施加正电压U1＝Vdc时，此时下压电陶瓷2的驱动电压U2＝0V，即处于短路放电状态，上压电陶瓷1因逆压电效应发生收缩，而下压电陶瓷2不产生逆压电效应形变，如图3c虚线所示，上压电陶瓷1带动整个压电陶瓷驱动阀片向下弯曲变形几十微米，此时第一气体进出口9封闭（图1c虚线所示），第三气体进出口10与第二气体进出口11相互连通。上压电陶瓷1和下压电陶瓷2在各自的周期工作电压下可按照上述方式交替式工作，完成气体控制工作。

本实施例中，上下压电陶瓷尺寸为45mm（长）×7mm（宽）×0.2mm（厚），单向玻璃纤维增强环氧树脂垫片厚度0.25mm；驱动电压U1＝＋96V、U2＝＋96V矩形波。采用上述参数制备的压电气阀工作可靠度及工作疲劳寿命明显提高。

实施例2

实施例2的是采用单向玻璃纤维增强环氧树脂垫片、悬臂梁支撑结构的双晶片型压电气阀的结构如图4所示，简支梁支撑结构的双晶片型压电气阀结构与实施例1基本相同，其不同点在于压电陶瓷驱动阀片的一端固定在阀下盖4、阀上盖5之间，形成悬臂梁结构；另外阀下盖4的第一气体进出口9、阀上盖5上的第三气体进出口10在远离压电陶瓷驱动阀片固定的一端。

上压电陶瓷1、下压电陶瓷2的极化方式按照图6a中的“正负负正”方式极化。上压电陶瓷1、下压电陶瓷2分别单独正电压驱动，上压电陶瓷1的下表面电极与下压电陶瓷2的上表面电极采用导线相互连接并引出导线形成地线零电位。其中上压电陶瓷1的驱动电压U1加在上压电陶瓷1的上表面电极和零电位之间；下压电陶瓷2的驱动电压U2加在下压电陶瓷2的下表面电极和零电位之间，驱动电压U1、U2的波形可以采用整流后周期正偏置电压。

图6a为上压电陶瓷1、下压电陶瓷2都没有施加电压的自然状态，压电驱动阀片没有发生变形，处于非工作状态，此时第一气体进出口9、第二气体进出口11、第三气体进出口10相互连通。当上压电陶瓷1上施加正电压U1＝Vdc时，下压电陶瓷2的驱动电压U2＝0V，即处于短路放电状态，此时上压电陶瓷1因逆压电效应发生收缩，而下压电陶瓷2不产生逆压电效应形变，如图4b虚线所示，上压电陶瓷1带动整个压电陶瓷驱动阀片向上弯曲变形几十微米，此时第三气体进出口10封闭（图4b虚线所示），而第一气体进出口9、第二气体进出口11相互连通。当下压电陶瓷2上施加正电压U2＝Vdc时，此时上压电陶瓷1的驱动电压U1＝0V，即处于短路放电状态，下压电陶瓷2因逆压电效应发生收缩，而上压电陶瓷1不产生逆压电效应形变，如图6c虚线所示，上压电陶瓷1带动整个压电陶瓷驱动阀片向下弯曲变形几十微米，此时第一气体进出口9封闭（图4c虚线所示），第三气体进出口10与第二气体进出口11相互连通。上压电陶瓷1和下压电陶瓷2在各自的周期工作电压下可按照上述方式交替式工作，完成气体控制工作。

本实施例中，上下压电陶瓷尺寸为30mm（长）×7mm（宽）×0.2mm（厚），单向玻璃纤维增强环氧树脂垫片厚度0.25mm；驱动电压U1＝＋96V、U2＝＋96V矩形波。采用上述参数制备的压电气阀工作可靠度及工作疲劳寿命明提高。

实施例3

实施例3是采用单向碳纤维增强环氧树脂垫片、悬臂梁支撑结构的双晶片型压电气阀结构，极化方式为“正负正负”的压电陶瓷驱动阀片，其它同同实施例2。上压电陶瓷1、下压电陶瓷2的极化方式按照图7a中的“正负正负”方式极化，上压电陶瓷1与下压电陶瓷2的极化方向相同。上压电陶瓷1的下表面电极与下压电陶瓷2的上表面电极采用导线相互连接并引出导线形成地线零电位，上压电陶瓷1的上表面电极与下压电陶瓷2的下表面电极采用导线相互连接并引出导线形成驱动电位，驱动电压U1施加在驱动电位与零电位之间，驱动电压U1的波形整流后的正负矩形波。

图7a为上压电陶瓷1、下压电陶瓷2都没有施加电压的自然状态，压电驱动阀片没有发生变形，处于非工作状态，此时第一气体进出口9、第二气体进出口11、第三气体进出口10相互连通。当对上压电陶瓷1、下压电陶瓷2上施加正电压U1＝Vdc时，上压电陶瓷1的极化方向P与施加电场方向E相同，上压电陶瓷1因逆压电效应发生收缩变形，同时下压电陶瓷2的极化方向与施加电场方向相反，下压电陶瓷2因逆压电效应发生伸长变形，从宏观上表现为压电驱动片向上弯曲变形，如图7b虚线所示，此时第三气体进出口10封闭（图4b虚线所示），而第一气体进出口9、第二气体进出口11相互连通。当对上压电陶瓷1、下压电陶瓷2上施加负电压U1＝－Vdc时，上压电陶瓷1的极化方向P与施加电场方向E相反，上压电陶瓷1因逆压电效应发生伸长变形，同时下压电陶瓷2的极化方向与施加电场方向相同，下压电陶瓷2因逆压电效应发生收缩变形，从宏观上表现为压电驱动片向下弯曲变形，如图7c虚线所示，此时第一气体进出口9封闭（图4c虚线所示），第三气体进出口10与第二气体进出口11相互连通。上压电陶瓷1和下压电陶瓷2在周期工作电压下作用下反复上下变形，完成气体控制工作。

本实施例中，上下压电陶瓷尺寸为30mm（长）×7mm（宽）×0.2mm（厚），单向碳纤维增强环氧树脂垫片厚度采用0.25mm；驱动电压U1＝＋48V、－48V矩形波。采用上述参数制备的压电气阀工作可靠度及工作疲劳寿命明显提高。

采用本实用新型的压电陶瓷驱动阀片构造方法，有效解决压电陶瓷驱动阀片中的垫片反复疲劳寿命不足的问题，大大提高压电气阀的工作寿命。

Claims

1.一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片，包括上压电陶瓷（1）、下压电陶瓷（2）、垫片（3）相互粘接组成的双压电晶片型压电陶瓷驱动阀片，上压电陶瓷（1）、下压电陶瓷（2）为PZT材料且对称粘接在垫片（3）两边，其特征在于：垫片（3）是由单向玻璃纤维或单向碳纤维增强环氧树脂材料构成的，垫片厚度为0.1～0.4mm。