压电晶体是一种电能和机械能可逆转换的陶瓷功能材料，它既可以将电能转化为机械能，也可以将机械能转化为电能。
当压电晶体受到外力挤压时除产生机械变形外，在晶体的表面产生与挤压力成比例的电荷，通过电荷放大器可以把电荷转化为相应的电压输出，用来制造成压电力传感器、超声波接受器等。
同样在压电晶体上施加电场，压电晶体的外型尺寸也会发生微小的变化，这种现象称为电致伸缩现象，由于其机械变形是由电场产生的，而且压电晶体的内阻非常大，几乎不消耗能量，可制造小型化、低功耗元件如蜂鸣器、超声波发生器、
压电阀等。
一、先导压电阀P9
HOERBIGER-ORIGA先导压电阀片P9（图1）通过压电薄片工作，其结构为极薄弹性金属片两面粘结压电晶体，在压电片的两个工作面上真空镀膜形成两个电极。
图1 P9工作原理示意图
不通电时压缩空气输入孔1封闭，输出孔2和大气孔3相通，输出气压为0；通电时上层晶体收缩，下层晶体伸长，产生杠杆效应，使机械变形可扩大到几十微米，大气孔3封闭，压缩空气由孔1流向孔2，产生输出气压信号，压电片弯曲的程度随输入电压的大小变化而变化，所以先导压电阀P9可作为开关或比例阀使用。电压压力输出曲线见图2，先导压电阀响应时间小于2mS。
图2 P9压力-电压曲线图
二、压电开关阀P20
HOERBIGER-ORIGA压电开关阀P20（图3）由先导压电阀片P9、开关功率放大器、微型
减压阀和30μm的过滤器组成2位3通阀。
工作电压：24VDC
工作电流：<10μA
维持电流：0μA
响应时间：<20mS(达到
10%或90%的压力)
电 容：<100nF
工作气压：1.2-8.0Bar
流 量：130L/Min
(From6to5Bar)
工作温度：-30～+60度
图3 P20工作原理示意图
三、压电智能阀门定位器气路结构
压电智能
调节阀定位器气路上采用两个P20压电阀（PV1、PV2）和两个单向阀（RV1、RV2）组成非常简单的控制气路，如图4。
智能
阀门定位器共有3种气路逻辑状态。
| PV1 |
PV2 |
RV1 |
RV2 |
调节阀 |
| ON |
ON |
打开 |
关闭 |
进气 |
| OFF |
ON |
关闭 |
关闭 |
保持 |
| OFF |
OFF |
关闭 |
打开 |
排气 |
当
执行机构有少量泄漏或阀门管道压力突然变化引起阀位波动时，智能定位器马上由保持状态切换到脉冲工作状态，由于P20的响应时间可以到20mS，进气或排气压电阀可以将进气或排气量控制到最小（近似为0），保证阀位的扰动控制在1%误差范围内。
图4 气路结构示意图
四、压电智能阀门定位器控制模式
压电智能阀门定位器采用脉宽调制工作方式PWM(PulseWidthModulation)驱动压电阀。当控制偏差很大时，定位器输出连续信号；当偏差不大时，输出脉冲信号；当偏差很小时，输出更小的脉冲信号；当偏差达到阀门控制精度范围，没有控制指令输出，保持定位。
五、压电智能阀门定位器特点
由于核心气动元件是压电材料结构，其可活动部件少、体积小、极低功耗、输出气流量可以从0到130L/Min连续变化，压电智能阀门定位器有许多优点。
低功耗：压电阀片的驱动电流为10μA，无需保持电流，对于从4-20mA信号或现场总线中取电的仪表来说是非常重要的，可以方便地使用LCD指示、任意分程、自定义流量曲线、阀位输出、
限位开关、现场总线等功能。
维护简单：模块化结构，自动整定后，阀门的特性参数都保存到定位器中，用户可根据初始的记录来了解阀门的使用情况，为阀门的维护提供可靠依据。
控制精度高、速度快：进气或排气的最小流量几乎可以为0，很容易将
控制阀调节到1%或更高的精度，在25行程3Bar压力的调节阀，开关速度可控制2S以内。
耗气量低、抗震动：阀门定位时，气路处在保持状态，消耗压缩空气量几乎忽略不计。智能阀门定位器使用的是两个常闭压电阀，停电时压缩空气没有排空，降低了使用成本。无活动喷嘴挡板机构，定位器可以消除外界震动对阀门的影响。
