Dlaczego zawory piezoelektryczne potrzebują napięcia do 310 V
Zasada działania techniki piezoelektrycznej jest nieporównywalna z zaworem elektromagnetycznym. Podstawowym elementem jest piezoelektryczny materiał ceramiczny. Kiedy jest on naładowany elektrycznie, tworzy polaryzację, która powoduje wygięcie materiału ceramicznego. Ugięcie jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia i umożliwia proporcjonalną regulację natężenia przepływu lub ciśnienia. Zatem im wyższe napięcie, tym większy przepływ. Charakterystyka poboru prądu jest zupełnie inna niż w przypadku proporcjonalnego zaworu elektromagnetycznego, którego cewka jest stale zasilana. Tylko w ten sposób można wytworzyć pole magnetyczne, które unosi twornik nad gniazdem zaworu. Z kolei zawór piezoelektryczny nie wymaga ciągłego zasilania, ponieważ zachowuje się jak kondensator. Do jednorazowego naładowania materiału ceramicznego wystarczy prąd początkowy, a potem pobór prądu praktycznie spada do zera.
Sterowanie natężeniem przepływu i ciśnieniem
Konstrukcja zaworów piezoelektrycznych jest bardzo prosta. Składają się z obudowy z portami, w której są wtryskowo formowane dysze. Przez te dysze wpływa lub wypływa gaz. Nad nimi znajduje się jedna lub dwie płytki - wykonane z materiału ceramicznego - a nad każdą z nich sprężyna, która zapewnia działanie zwrotne
Zawór 2/2-drogowy to bardzo prosty sposób sterowania przepływem. Posiada on jedną płytkę i dwa porty. Im większe napięcie jest przyłożone, tym bardziej się otwiera.
Zawór 3/3-drogowy posiada trzy porty i dwie płytki. Za pomocą tego kompaktowego rozwiązania można stworzyć kompletny system regulacji ciśnienia. Jedna płytka służy do podawania ciśnienia (zwiększania ciśnienia), a druga do spustu (zmniejszania ciśnienia). Trzecim stanem jest stan zamknięty. Wtedy właśnie ciśnienie jest utrzymywane. Taki zawór 3/3-drogowy to bardzo prosty sposób na kontrolowanie ciśnienia. Zawory elektromagnetyczne nie posiadają takiej funkcji 3/3-drogowej.
Łatwa integracja zaworów piezo
Jak wspomniano wcześniej, zawory piezoelektryczne nie działają przy napięciu 12 V- wymagają specjalnej elektroniki. Aby znacznie ułatwić uruchamianie, Festo opracowało sterownik piezoelektryczy w formie modułu elektonicznego VAVE-P, który posiada wszystko, co jest potrzebne w technologii piezoelektrycznej.
VAVE-P jest zasilany standardowym napięciem od 12 do 24 V i generuje napięcie piezoelektryczne. Posiada wszystko, co jest potrzebne do specyficznego sterowania zaworami piezoelektrycznymi: prostą elektronikę sterowania w pętli otwartej, generowanie napięcia 310 V i 2-kanałowy stopień piezoelektryczny z ograniczeniem prądu.
Dwukanałowa elektronika umożliwia sterowanie dwóch zaworów do regulacji przepływu lub zaworu 3/3-drogowego do regulacji ciśnienia z oddzielnym sterowaniem dla podawania ciśnienia i odpowietrzania.
Interfejs jest zawsze taki sam, dwa wejścia analogowe i elastyczne zasilanie od 12 do 24 V. Nie ma prostszego sposobu na zastąpienie proporcjonalnego zaworu elektromagnetycznego.
Kompletne systemy regulacji przepływu i ciśnienia
Istnieją również rozwiązania, które zawierają wszystkie elementy wymagane do stworzenia całościowego systemu regulacji przepływu lub ciśnienia. Kompaktowy zawór regulacji przepływu VEMD firmy Festo łączy w sobie zawór piezoelektryczny, czujnik przepływu i elektronikę sterującą. Pozwala to uzyskać całkowicie liniowy stosunek napięcia wejściowego do wyjściowego natężenia przepływu.
Odpowiednikiem dla regulacji ciśnienia jest proporcjonalny regulator ciśnienia VEAB z dwoma zaworami piezoelektrycznymi, w każdym przypadku z jedną płytka piezo do podawania ciśnienia i jedną do spustu. Posiada też elektronikę sterującą i czujnik ciśnienia. W ten sposób uzyskuje się kompletne rozwiązanie do regulacji ciśnienia w pętli zamkniętej w najmniejszej przestrzeni instalacyjnej.
