壓電閥的發(fā)展歷程

閥作為液氣壓系統(tǒng)中的重要元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體壓力、流量和流向的控制，直接影響著液氣壓系統(tǒng)的工作過程和工作性能。隨著液氣壓技術(shù)從傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域向空間、信息和生物醫(yī)學(xué)等新技術(shù)領(lǐng)域的不斷拓展，對(duì)液氣壓系統(tǒng)的尺寸、控制精度、響應(yīng)速度和可靠性等各個(gè)方面都提出了更高的要求。傳統(tǒng)的控制閥較難滿足這樣的要求，因此對(duì)于閥的革新成為了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的研究開發(fā)熱點(diǎn)。

壓電閥zui早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代SIEMENS公司推出的SPIARTPS智能閥門定位器中。它利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中具有高抗震性、高可靠性、低功耗、節(jié)能等特點(diǎn)，完滿足智能閥門定位器對(duì)電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換單元的要求。

壓電閥是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)閥的動(dòng)作的一種新型控制閥。相對(duì)于傳統(tǒng)的閥來說，它具有精度高、響應(yīng)快、功耗小、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。已在一些需要控制的液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用潛力。本文將對(duì)壓電閥的工作原理及其在國內(nèi)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)壓電閥的發(fā)展趨勢(shì)做了展望。

荷蘭特文特大學(xué)開發(fā)的一種用于調(diào)節(jié)氣體流量的常閉式壓電閥。它通過由金屬銷串接起來的壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)凸臺(tái)周圍的硅膜的偏斜來控制閥的流量。閥座和中間孔的一層是由硅材料做成的可變電阻層，而在其下方還含有一塊形為方格形渠道的靜態(tài)電阻層。氣體從輸入口進(jìn)入方格形渠道，再通過中間孔到達(dá)閥座，在閥座上層的環(huán)繞于凸臺(tái)周圍的硅膜偏斜大小的控制下來改變氣體流量。

該閥使用可變電阻與靜態(tài)電阻相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量的控制。實(shí)驗(yàn)空氣流量測試顯示，該壓電閥在壓力差為4bar的情況下，流量可以達(dá)到250mL/min。在閥門操作的任何階段都可獲得連續(xù)可控的氣體流量，整個(gè)過程中幾乎沒有滯后現(xiàn)象出現(xiàn)，并且功率消耗也很低。

壓電閥在國內(nèi)的研究和使用相對(duì)于國外來說要稍落后一些。隨著液、氣壓系統(tǒng)對(duì)控制精度、響應(yīng)速度、功耗等要求越來越高，壓電閥在國內(nèi)更多地方被應(yīng)用和研究，也出現(xiàn)了一些國內(nèi)自主研發(fā)的壓電閥，下面介紹一些具有代表性的研究成果和應(yīng)用。