壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)設(shè)計與實驗研究.pdf

1、電-氣信號轉(zhuǎn)換儀表是一種完成電信號到氣壓信號之間轉(zhuǎn)換的裝置,它是自動化系統(tǒng)中不可或缺的信號轉(zhuǎn)換關(guān)鍵設(shè)備.電氣轉(zhuǎn)換器的發(fā)展經(jīng)歷了機械式、電子式以及智能式三個階段.綜合分析國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,電子化和智能化將是電-氣轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢.本課題是遼寧省創(chuàng)新資金資助項目,也是國家科技部科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金和國家自然科學(xué)基金資助項目的延伸.本課題完成了壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的性能優(yōu)化,論述了壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)方法、參數(shù)組合及關(guān)鍵技

2、術(shù),并進行了相關(guān)的理論與實驗研究.壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的核心元件是電-氣轉(zhuǎn)換裝置(轉(zhuǎn)換閥),這里使用的是壓電復(fù)合圓盤,對它的要求是反應(yīng)靈敏、性能穩(wěn)定.本文在轉(zhuǎn)換裝置初步設(shè)計的基礎(chǔ)上,通過薄板小撓度彎曲近似解法中的能量法以及板的瑞利-里茨法,并借鑒壓電振子的振動解法,推導(dǎo)出復(fù)合圓盤驅(qū)動位移模型,找到了影響復(fù)合圓盤靜態(tài)彎曲位移的主要因素;最后通過實驗研究,證明了所建壓電雙晶片彎曲位移模型的正確性.利用正交實驗得到了壓電復(fù)合圓盤三個主要參數(shù)(壓

3、電陶瓷的直徑、厚度以及中間銅電極的厚度)的最佳組合,大大降低了驅(qū)動電壓,并且改善了壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的各項性能參數(shù).并在此過程中,優(yōu)化了實驗方法以及壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)方法,從理論以及實驗兩方面得到了氣壓-電壓以及位移-電壓的關(guān)系.在靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上,進行了壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器動態(tài)性能的優(yōu)化.利用ANSYS有限元分析以及實驗找到了三個主要參數(shù)對于壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器固有頻率的影響趨勢,得到了三個參數(shù)的最佳組合.通過綜合考慮動態(tài)以及靜