Piezo technológiás szelepek

Gázok hatékony vezérlése és szabályozása az orvostechnikában

Bizonyos kerámiák piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkeznek, azaz mechanikus deformáció hatására elektromos feszültség keletkezik az anyagban. Ez a hatás ellenkező irányban is jelentkezik: Ha feszültséget kapcsolunk ezekre a kerámiákra, akkor azok deformálódnak.

Ez a piezoelektromos viselkedés számos alkalmazásban felhasználható, például ultrahanghullámok létrehozására vagy érzékelésére, öngyújtók vagy propángrillek meggyújtására (szikrával), vagy az okostelefonok fényképezőgépeinek autofókuszához használt optikai lencsék finom mozgatására.

A piezo technológia a gázok nyomásának vagy térfogatáramának szabályozására szolgáló szelepek kifejlesztésének új lehetőségét is kínálja. Amikor a piezo hajlítóra feszültséget kapcsolunk, az meghajlik és felemelkedik a szelepülékről. Minél nagyobb a feszültség, annál jobban hajlik az aktor, és annál több gáz áramlik át a szelepen.

A hajlítóaktor működése piezo szelepekben

A hajlítóaktor működése piezo szelepekben

A piezo kerámia úgy viselkedik, mint egy kis kondenzátor, mivel a rákapcsolt feszültség feltölti a kerámiaanyagot, és meghajlítja azt. Ahhoz, hogy az anyag visszanyerje eredeti alakját, aktívan ki kell sütni. A piezo kerámiáknak nincs szükségük energiára a meglévő mechanikai deformáció fenntartásához. A szelep áramkimaradás esetén is megtartja a pillanatnyi helyzetét.

Ez azt is jelenti, hogy csak akkor van szükség energiára, ha a piezo hajlító alakját meg kívánjuk változtatni, azaz magának a hajlítónak a töltését kell megváltoztatni. A szükséges energia mennyisége ebben az esetben nagyon alacsony (1 mWs nagyságrendű), mivel a piezo kerámia kapacitása kicsi (20 nF és 40 nF közötti tartományban van). Ezzel szemben a mágnesszelepek folyamatos, több wattos energiaellátást igényelnek a nyitott állapot fenntartásához, ami a mágnesszelep felmelegedésével jár.

Alacsony energiafogyasztása miatt a piezo technológia ideális akkumulátoros eszközökhöz (mivel sokkal kevesebb energiát fogyasztanak, mint a mágnesszelepek) és olyan alkalmazásokhoz, ahol a szelepek nem melegíthetik fel a gázt.

A piezo technológia igen különleges előnyökkel rendelkezik:

  • Proporcionális viselkedés
  • Nincs hőtermelés
  • Rendkívül alacsony energiaigény
  • Igen kompakt és könnyű
  • Hosszú élettartam
  • Gyújtószikramentes

A piezo szelepek nem helyettesíthetik a mágnesszelepeket. A piezo szelepek magasabb, akár 310 V-os feszültséggel, míg a mágnesszelepek 5, 12 vagy 24 V-os feszültséggel működnek. Mindig szükség van egy egyszerű piezo meghajtó elektronikára, hogy az 5, 12 vagy 24 voltot biztosító tápegységből előállíthassuk a szükséges 250–310 V-ot, illetve feltölthessük és kisüthessük a piezo hajlítót. Bár a 310 V magasnak tűnhet, de a megfelelő áramérték igen alacsony (max. 5 mA 50 kOhm soros ellenállással a kimeneten). A piezo elektronikát elektromos szempontból biztonságosan lehet kialakítani, a feszültség az érintkezők megérintésekor azonnal jóval 50 V alá esik.

A Festo a piezo technológiával rendelkező szelepek széles választékát kínálja a különböző térfogatáram- vagy nyomáskövetelményű alkalmazásokhoz. Ezek a szelepek 100%-os tisztaságú oxigéngáz szabályozására is használhatók, mivel anyagaikat oxigénkompatibilitás szempontjából is teszteltük.

Piezo szelepek teljesen automatikus gyártása (1:32 perc)

A szerzőről

Thomas Kunert
MedLab termékmenedzsment
Kapcsolat

Érdekes cikkek

január 2018

Áttekintés