科 技 天 地59INTELLIGENCE压电技术在智能阀门定位器的应用河北钢铁集团邯郸钢铁有限责任公司气体厂 陈和林 仝献华摘 要：介绍了压电元件的工作原理及其在智能阀门定位器作用，阐述了智能阀门定位器的工作原理和特点以及使用注意的事项关键词：压电元件 压电效应 智能阀门定位器一、压电元件压电元件是基于压电效应工作的，具有压电效应的物体称为压电材料。某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面会产生电荷，若将外力去掉，它们又会重新回到不带电的状态，这种现象称之为正压电效应。在压电材料的两个电极表面上，如果加以交流电压，那么...

　　科 技 天 地59INTELLIGENCE压电技术在智能阀门定位器的应用河北钢铁集团邯郸钢铁有限责任公司气体厂 陈和林 仝献华摘 要：介绍了压电元件的工作原理及其在智能阀门定位器作用，阐述了智能阀门定位器的工作原理和特点以及使用注意的事项关键词：压电元件 压电效应 智能阀门定位器一、压电元件压电元件是基于压电效应工作的，具有压电效应的物体称为压电材料。某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时，其表面会产生电荷，若将外力去掉，它们又会重新回到不带电的状态，这种现象称之为正压电效应。在压电材料的两个电极表面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极的方向上有伸缩的现象，压电材料的这种现象称为电致伸缩效应，也叫逆压电效应，二者通称为压电效应。1880 年，居里兄弟发现了电气石的压电效应，从此开始了压电学的研究。常见的材料有石英，钛酸钡，锆钛酸铅等。在智能阀门定位器的压电元件就是利用逆压电效应，制成的气动换向阀。它的工作原理如下图所示。图 1 压电阀失电状态 1、进气口 2、输出口 3、排气口图 2 压电阀得电状态1、进气口 2、输出口 3、排气口在图 1、2 中，中间弯曲的部分为压电材料组成的压电片，在电场作用下会产生形变，实现气动阀门的关闭。当没有外加电场的情况下，如图 1 所示，进气口 1 关闭，切断进气，2和3相通，输出气口2经排气口3通大气；当外加控制电场时，如图 2 所示，压电片产生变形上翘，上翘的压电片关闭排气口 3，进气口 1 和输出口 2 相通，相当于一个 2 位 3 通换向阀，去控制气动阀的关闭。压电材料还有一个特点，压电材料的变形量正比于施加在其上的电场强度，利用这一特点可以制成比例调压阀。施加不同的控制电压到压电片上，压电片产生不同的弯曲变形量，这样就在进气口 1、输出口 2、排气口3 之间形成不同比例的气流通道，使输出气口 2 得到不同的气体压力，从而去连续控制气动阀门的开度。二、智能阀门定位器工作原理智能阀门定位器内设微处理器，根据输入信号和位置反馈信号的偏差，经过PID运算，输出数字信号作用在压电阀上，控制气动信号，去推动执行机构，改变阀门的开度，实现过程控制。调节控制信号和从反馈电位器来的位置反馈信号在微处理器经过 PID 运算后，转换成数字信号，去控制压电阀。压电阀是智能阀门定位器气电转换的关键部件，它的动作灵敏度决定着阀门动作的精确度。用压电阀实现阀门定位器的气电转换与用传统电磁铁转换相比，有许多优点，如体积小，响应速度快，没有电磁干扰，形变过程中不产生机械摩擦，功耗低，寿命长等。正是由于它的优越性，现在压电技术已广泛应用在控制领域。三、智能阀门定位器特点智能阀门定位器采用了微处理器技术，具有丰富的软件功能；能够实现自动调整零点和量程，实现准确定位；通过内部设置，改变执行机构的流量特性（线性，等百分比，快开等之间转换）。智能阀门定位器是一个闭环控制系统，改变内部 PID 参数，可以改变输出特性，从而更好的满足工艺生产需要。智能阀门定位器具有高级自诊断功能。不仅可以对定位器本身进行故障的诊断，还可以对调节阀和执行机构进行诊断，如阀门填料的磨损情况，阀门定位的时间长短，是否震荡，阀门的极限位是否到位等。智能阀门定位器具有现场通讯功能和显示功能，便于调试和维修。对于一些危险的场所，还可以通过通讯器或软件在控制室实现远程调节，使操作更安全简便。虽然智能阀门定位器有无可比拟的优越性，但在使用中要精心维护。首先要保证它的密封性不要破坏，注意防水，防雾，一些品牌内部置有干燥空气的吹除装置，在多雾的环境要启用。还有智能阀门定位器的输入阻抗较高，在选用上级调节器或 DCS 卡件时要注意它们的带负载能力。四、总结智能阀门定位器采用了微处理器技术，新型的压电技术，是传统的阀门阀门定位器所无法比拟的。因此，使用越来越广泛，品牌也越来越多样化。但是市场上一些品牌质量还不太过关，如漂移较大，需经常整定，反馈电位器寿命短等，这些又会给使用者带来很多不利，在选用时要注意。作者简介：陈和林，男，1972，1994 年毕业于河北冶金工业学校自动化系，工程师，学士学位，负责制氧机控制系统技术管理工作。仝献华，男，1974，1994 年毕业于河北冶金工业学校自动化系，工程师，学士学位，负责邯钢气体厂仪器仪表及其自动化工作。