CN203395256U - 一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片 - Google Patents
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Abstract
一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片，其中压电陶瓷为PZT材料，其特征是：压电陶瓷驱动阀片是由两片大小相同、厚度相同的压电陶瓷相互粘接组成的。本实用新型的压电陶瓷驱动阀片直接采用两片压电陶瓷片粘接而成的，取消了垫片结构，消除不同材料层之间的膨胀系数和表面特性不同而引起应力集中问题，制备的压电气阀工作平稳可靠。
Description
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，压电陶瓷器件也可以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，主要原理是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片阀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。压电陶瓷驱动阀片一般采用的垫片材料为铍青铜片、不锈钢片等。上述垫片材料中无论采用哪种材质，与压电陶瓷都存在较大的膨胀系数差异、表面特性差异等，这导致在压电陶瓷驱动阀片制备过程中、使用弯曲发热变形过程中，在热胀冷缩作用下因材料膨胀特性差异和表面特性差异而引起陶瓷与垫片之间应力集中过大，甚至与粘接层分离失效，最终导致器件断裂、击穿或疲劳失效。
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，有效解决压电陶瓷驱动阀片不同材料层之间的膨胀系数不同而引起压电陶瓷驱动阀片的应力集中、疲劳断裂，最终导致器件断裂、击穿或疲劳失效问题。
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，其中压电陶瓷为PZT材料，其特征是：压电陶瓷驱动阀片是由两片大小相同、厚度相同的压电陶瓷相互粘接组成的，压电陶瓷厚度为0.1～0.4mm。
上下压电陶瓷的极化方式根据实际选用“正负负正”或“正负正负”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。
本实用新型具有制作过程中不易产生应力，工作过程稳定可靠等优点。
附图说明
图1 压电气阀结构静态示意图
图2 压电气阀向上弯曲气体流向示意图
图3 压电气阀向下弯曲气体流向示意图
图4 沿图1的A-A 线的剖视图
图5 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.阀下盖；4.阀上盖；5.下密封圈；6.上密封圈；7.腔体；8.第一气体进出口；9. 第三气体进出口；10.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。
采用简支梁支撑结构的双晶片型压电气阀的结构简图如图1所示，双晶片型压电气阀由阀下盖3、阀上盖4组成，在阀下盖3与阀上盖4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长条形的上压电陶瓷1、下压电陶瓷2相互粘接而成，压电陶瓷驱动阀片尺寸小于阀下盖3与阀上盖4形成的空腔7的尺寸，从而使整个气体腔体连在一体（图4）。在阀下盖3上开有圆形的第一气体进出口8、第二气体进出口10，在阀上盖4上开有圆形的第三气体进出口9；阀下盖3与阀上盖4之间安装有下密封圈5、上密封圈6，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5a中的“正负负正”方式极化，图中P为压电陶瓷极化方向。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。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5a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，处于非工作状态或三通状态，此时第一气体进出口8、第二气体进出口10、第三气体进出口9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5b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9封闭（图2虚线所示），而第一气体进出口8、第二气体进出口10相互连通。当上压电陶瓷1上施加正电压U1＝Vdc时，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5c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8封闭（图3虚线所示），第三气体进出口9与第二气体进出口10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，完成气体两通或三通控制工作。
本实施例中，上下压电陶瓷尺寸为45mm（长）×7mm（宽）×0.25mm（厚），驱动电压U1＝＋96V、U2＝＋96V矩形波。采用上述参数制备的压电气阀应力集中明显减少，工作可靠性提高。
本实用新型采用两片压电陶瓷片粘接而成的压电陶瓷驱动阀片，取消垫片结构，从而消除不同材料层之间的膨胀系数和表面特性不同而引起应力集中问题，制备的压电气阀工作平稳可靠。
Claims (1)
1.一种气体控制的压电陶瓷驱动阀片，其中压电陶瓷为PZT材料，其特征是：压电陶瓷驱动阀片是由两片大小相同、厚度相同的压电陶瓷相互粘接组成的，压电陶瓷厚度为0.1～0.4mm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018029170A1 (de) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Ventil aus einem keramischen werkstoff und ein verfahren zu seiner herstellung |
| CN107990924A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-04 | 广东奥迪威传感科技股份有限公司 | 一种超声波传感器 |
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