气体流量随压电陶瓷阀偏置电压变化的迟滞特性
环境温度25 ℃ 时, 压电陶瓷阀输出的N2 流量Q 随压电陶瓷阀偏置电压Vo 变化的关系曲线如图3 所示, 图中曲线旁的箭头表示试验中压电阀的增、减顺序。压电阀Vo 由0 V 逐渐增加到150 V, 再逐渐减小至0V 的过程中, Q-Vo 变化呈现迟滞特性。当Vo 为0 V时, 压电阀闭合,N2 流量Q 为0 ml/min ; 当Vo 由V逐渐增加到55 V 时, Q 值保持不变, 仍为0; 当Vo继续增加到56 V 时, 压电阀开始有气体输出, Q 由0 ml/min 增加到38 ml/ min, 此时的Vo 称为压电阀的阈值电压或开启电压; Vo 继续增加, Q 与Vo 近似线性增长; 当Vo 增加到99V 时, Q 达到压电阀输出气体的最大量程500 ml/ min, 此时的Vo 称为压电阀的饱和电压; Vo 再继续增加至最大值150 V, Q 保持最大输出不变。
当Vo 由10 V 开始逐渐减小至99V, Q 始终保持500 ml/min 不变; Vo 继续减小, Q 与Vo 近似线性减小, 但减小速率与之前增加速率绝对值不等, 在图3 中表现为升高与降低的两条曲线不重合, 这是由压电阀方向变化时, 压电陶瓷材料的变形位移量呈现迟滞特性造成的。当Vo 减小至44 V以下时, 压电阀闭合, Q 降为0。压电阀的有效工作电压范围是饱和电压与阈值电压的差值, 本试验中的压电阀饱和电压为99 V, 阈值电压为56 V, 其有效工作电压范围即为43 V。
试验中同时记录了PCU04 控制器输出的控制电压值, 在N2 流量增加和减少的过程中, 压电阀偏置电压与控制电压始终成正比, 比例系数为15。
图3 气体N2 输出流量Q 与压电陶瓷阀偏置电压Vo 的迟滞曲线
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