Valvole con tecnologia piezo

Comando e regolazione efficienti di gas nella tecnologia medicale

Alcune ceramiche presentano proprietà piezoelettriche, vale a dire quando queste ceramiche vengono deformate meccanicamente, si crea una tensione nel materiale. Questo effetto si verifica anche nella direzione opposta: l'applicazione di una tensione a queste ceramiche ne provoca la deformazione.

Questo comportamento piezoelettrico può essere utilizzato in molte applicazioni, ad esempio per generare o rilevare onde ultrasoniche, come fonte di accensione (scintilla) per accendini o grill a propano, oppure per i movimenti precisi di lenti ottiche per la messa a fuoco automatica nelle fotocamere degli smartphone.

La tecnologia piezo offre anche un nuovo modo di sviluppare valvole per il comando della pressione o della portata di gas. Quando viene applicata una tensione al dispositivo di piegatura piezo, questo si piega e si solleva dalla sede della valvola. Maggiore è la tensione, più l'attuatore si piega e più gas può fluire attraverso la valvola.

Funzione dell'attuatore di piegatura nelle piezo-valvole

Funzione dell'attuatore di piegatura nelle piezo-valvole

La piezoceramica agisce come un piccolo condensatore, poiché la tensione applicata carica il materiale ceramico e lo piega. Per riacquistare la forma originale, il materiale deve essere scaricato attivamente. Le piezoceramiche non richiedono energia per mantenere una deformazione meccanica esistente. Anche dopo un'interruzione di corrente, la valvola mantiene la sua posizione attuale.

Ciò significa anche che l'energia è necessaria solo se la forma del dispositivo di piegatura piezo deve essere modificata, vale a dire per cambiare la carica del dispositivo di piegatura stesso. La quantità di energia richiesta in questo caso è molto limitata (dell'ordine di 1 mWs), poiché la piezoceramica ha una capacità ridotta (nell'ordine di 20 nF - 40 nF). Le elettrovalvole, invece, richiedono un'alimentazione continua di diversi watt per mantenere lo stato di apertura, con un conseguente riscaldamento dell'elettrovalvola.

Grazie al suo basso consumo energetico, la tecnologia piezoelettrica è ideale per i dispositivi alimentati a batteria (che consumano molta meno energia rispetto alle elettrovalvole) e per le applicazioni in cui le valvole non devono riscaldare il gas.

La tecnologia piezoelettrica presenta vantaggi molto specifici:

  • Comportamento proporzionale
  • Nessuno sviluppo di calore
  • Consumo di energia estremamente basso
  • Elevata compattezza e leggerezza
  • Durata elevata
  • Sicurezza intrinseca

Le piezo-valvole non possono essere utilizzate in sostituzione delle elettrovalvole. Le piezo-valvola funzionano a tensioni più elevate, fino a 310 V, mentre le elettrovalvole funzionano a 5, 12 o 24 V. È sempre necessaria una semplice elettronica del driver piezoelettrico per generare i 250-310 V necessari dall'alimentazione di tensione a 5, 12 o 24 volt e per caricare e scaricare il dispositivo di piegatura piezo. Sebbene 310 V possano sembrare elevati, la corrente corrispondente è molto bassa (max. 5 mA con una resistenza in serie da 50 kOhm all'uscita). La piezoelettronica può essere progettata per essere elettricamente sicura, in modo che la tensione scenda subito notevolmente al di sotto dei 50 V quando i contatti vengono toccati.

Festo offre un'ampia gamma di valvole con tecnologia piezoelettrica per i diversi requisiti di portata o pressione in varie applicazioni. Queste valvole possono essere utilizzate anche per controllare l'ossigeno gassoso al 100%, poiché i loro materiali sono testati per la compatibilità con l'ossigeno.

Produzione completamente automatica di piezo-valvole (1:32 min.)

Informazioni sull'autore

Thomas Kunert
Product Management MedLab
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gennaio 2018

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