Distributeurs avec technologie piézoélectrique

Contrôle et régulation efficaces des gaz dans le domaine technique médical

Certaines céramiques présentent des propriétés piézoélectriques, ce qui signifie que leur déformation mécanique engendre une tension au sein du matériau. Cet effet se manifeste également à l'inverse : l'application d'une tension sur ces céramiques entraîne leur déformation.

Ce comportement piézoélectrique trouve de nombreuses applications, par exemple pour la génération ou l'identification d'ondes ultrasons, pour la mise à disposition de sources d'allumage (étincelles) pour les briquets ou les barbecues au propane, ou encore pour la génération de légers mouvements de lentilles optiques à des fins d'auto-ajustement des appareils photo de smartphones.

La technologie piézoélectrique offre également de nouvelles possibilités en matière de conception de distributeurs destinés au contrôle de la pression ou du débit des gaz. Lorsqu'une tension est appliquée au plieur piézoélectrique, ce dernier se déforme et se lève du siège de soupape. Plus la tension est élevée, plus l'actionneur se courbe et plus le gaz peut circuler à travers le distributeur.

La céramique piézoélectrique agit comme un petit condensateur, car la tension appliquée charge le matériau céramique et le déforme ainsi. Pour retrouver sa forme initiale, le matériau doit être activement déchargé. Les céramiques piézoélectriques n'ont pas besoin d'énergie pour conserver leur déformation mécanique. Même après une panne de courant, le distributeur conserve sa position actuelle.

Cela signifie également que l'énergie n'est nécessaire que si la forme du plieur piézoélectrique doit être modifiée, c'est-à-dire pour modifier la charge du plieur lui-même. Dans ce cas, la quantité d'énergie nécessaire est très faible (de l'ordre de 1 mWs), car les céramiques piézoélectriques présentent une petite capacité (de l'ordre de 20 nF à 40 nF). En revanche, les électrodistributeurs nécessitent un apport continu d'énergie de plusieurs watts pour maintenir l'état ouvert, ce qui entraîne leur échauffement.

Grâce à sa faible consommation d'énergie, la technologie piézoélectrique est idéale pour les appareils fonctionnant sur batterie (qui consomment beaucoup moins d'électricité que les électrodistributeurs) et pour les applications où les électrodistributeurs doivent ne pas chauffer le gaz.

La technologie piézoélectrique présente des avantages très spécifiques :

  • Comportement proportionnel
  • Pas de dégagement de chaleur
  • Besoin en énergie extrêmement faible
  • Très compact et léger
  • Longue durée de vie
  • Sécurité intrinsèque

Les distributeurs piézoélectriques ne conviennent pas au remplacement des électrodistributeurs. Les distributeurs piézoélectriques fonctionnent à des tensions plus élevées, c'est-à-dire jusqu'à 310 V, tandis que les électrodistributeurs fonctionnent à 5, 12 ou 24 V. Une électronique piézoélectrique simple est toujours nécessaire pour générer les 250 à 310 V requis à partir d'une alimentation de 5, 12 ou 24 volts, ainsi que pour charger et décharger le plieur piézoélectrique. Bien que la valeur de 310 V puisse sembler élevée, le courant correspondant est très faible (max. 5 mA avec une pré-résistance de 50 kohms à la sortie). L'électronique piézoélectrique peut être dotée d'une sécurité électrique intrinsèque, de sorte que la tension chute immédiatement à une valeur nettement inférieure à 50 V lorsque les contacts sont touchés.

Festo propose une large gamme de distributeurs à technologie piézoélectrique pour répondre aux différentes exigences de débit ou de pression dans le cadre d'une multitude d'applications. Ces distributeurs peuvent également être utilisés pour contrôler l'oxygène gazeux à 100 %, car la compatibilité avec l'oxygène de leurs matériaux a été testée.

À propos de l’auteur

Thomas Kunert
Product Management MedLab
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janvier 2018

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