壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、電-氣信號(hào)轉(zhuǎn)換儀表是一種完成電信號(hào)到氣壓信號(hào)之間轉(zhuǎn)換的裝置,它是自動(dòng)化系統(tǒng)中不可或缺的信號(hào)轉(zhuǎn)換關(guān)鍵設(shè)備.電氣轉(zhuǎn)換器的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械式、電子式以及智能式三個(gè)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(xiàng)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)方法、參數(shù)組合及關(guān)鍵技

2、術(shù),并進(jìn)行了相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jì)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(dòng)解法,推導(dǎo)出復(fù)合圓盤驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)得到了壓電復(fù)合圓盤三個(gè)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(dòng)電壓,并且改善了壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的各項(xiàng)性能參數(shù).并在此過程中,優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)方法以及壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法,從理論以及實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化.利用ANSYS有限元分析以及實(shí)驗(yàn)找到了三個(gè)主要參數(shù)對(duì)于壓電式電-氣轉(zhuǎn)換器固有頻率的影響趨勢,得到了三個(gè)參數(shù)的最佳組合.通過綜合考慮動(dòng)態(tài)以及靜