壓電式電-氣轉換器結構設計與實驗研究.pdf

1、電-氣信號轉換儀表是一種完成電信號到氣壓信號之間轉換的裝置,它是自動化系統(tǒng)中不可或缺的信號轉換關鍵設備.電氣轉換器的發(fā)展經歷了機械式、電子式以及智能式三個階段.綜合分析國內外相關領域的研究現(xiàn)狀,電子化和智能化將是電-氣轉換器領域發(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基金資助項目的延伸.本課題完成了壓電式電-氣轉換器的性能優(yōu)化,論述了壓電式電-氣轉換器的實現(xiàn)方法、參數(shù)組合及關鍵技

2、術,并進行了相關的理論與實驗研究.壓電式電-氣轉換器的核心元件是電-氣轉換裝置(轉換閥),這里使用的是壓電復合圓盤,對它的要求是反應靈敏、性能穩(wěn)定.本文在轉換裝置初步設計的基礎上,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,推導出復合圓盤驅動位移模型,找到了影響復合圓盤靜態(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,大大降低了驅動電壓,并且改善了壓電式電-氣轉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-電壓的關系.在靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化的基礎上,進行了壓電式電-氣轉換器動態(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