电—气转换器是一种完成由电信号到气信号转换的装置,是许多自动化过程控制系统中不可或缺的关键设备。压电式电气转换器是对大连理工大学薄膜式电气转换器的改进,它利用喷嘴—挡板机构的转换原理,采用压电陶瓷复合圆盘作为挡板微动执行机构,突破了电—气转换装置机械结构的传统模式,结构简单,易于控制。 本文主要完成了三个方面的工作:一是研究了电—气转换装置即压电复合圆盘的转换特性,二是对转换器的可靠性进行了初步研究,三是阐述了转换器的智能控制系统的软硬件设计过程。其中,可靠性分析和控制系统的研制是本文的重点部分。 在最佳结构参数情况下,电气转换装置的转换特性良好,但不同试件的关键性能指标即完成0.02～0.1MPa范围内的气压输出所需要的最大驱动电压Vq却不尽相同,60%的产品超出了10V的理想电压范围,而且在0.02～0.03MPa气压范围内出现了爬行现象。针对上述问题,本文改变了电—气转换的实现方式,优化了转换装置的静态特性,将所有试件的Vq均降至8V以内,同时克服了爬行现象。 设计了电-气转换器可靠性验证试验方案,通过给电—气转换器的主要动作部分——压电陶瓷复合圆盘施加频率为20Hz,幅值为20V的方波电压,对转换器进行了循环疲劳试验,并做了可靠性分析,完成了失效率5级定级试验。 研制了压电式电—气转换器智能控制系统,该系统以超低功耗的微处理器MSP430F149为核心,由软硬件共同实现控制任务,采用模拟、数字闭环控制方式,使用软件滤波、数字PID控制、插值查表等技术,具有控制、诊断和保护智能化的特点。实现了二线制低功耗仪表的设计要求,大大提高了控制精度与系统可靠性。 通过对转换装置的静态测试和整机现场运行,结果表明,压电式电—气转换器结构设计合理,控制系统性能可靠,实现了预期的设计目标。