Способ определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе и устройство для его осуществления

Способ определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам и устройствам определения пред- Jварительных сжимающих напряжений в электроакустических преобразователях, работающих в условиях воздействия интенсивных циклических нагрузок и разрушающихся от усталости.,С делью

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) Н 04 R 29/00

МСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И QTHPbIYHRM

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРОИОМУ СВИДЕТЕЛВСТВУ

5,<.ЯИН рц ди".::й %2Я0

БИБЛИОТЕКА (21) 4353004/10 (22) 02,12.87 (4б) 07.01.91. Бюл. Y - 1 (71) Институт проблем прочности

АН УССР (72) Г.Г.Писаренко и В.К,Хаустов (53) 934.232(088.8) (5б) Мартусь В.А. Технология изготовления приемоизлучающих устройств с пьезокерамическими преобразователя.ми. - Л.; Ленинградский кораблестроительный ин-т. 1984, с. 62-64.

„„SU„„1619425 А 1

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СЖИМАК)ЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам и устройствам определения пред варительных сжимающих напряжений в электроакустических преобразователях, работающих в условиях воздействия интенсивных циклических нагрузок и разрушающихся от усталости..С целью

1619425 элементов.. повышения точности без разборки преобразователя: 1 операцию его механического нагружения проводят, прикладывая к активным элементам монотонно увеличивающуюся сжимающую нагрузку, создавая в нем механические напряжения G в диапазоне (0,5-1,6)С,, где G — ограниченный предел выносливости материала активных элементов, делают выдержку времени не более

15 мин. После нагружения регистрируют текущие значения диэлектрических

Изобретение относится к области конструирования мощных электроакус- 20 тических преобразователей энергии, а именно к способам определения предварительных сжимающих (армирующих) напряжений в мощных электроакустических преобразователях энергии.

Целью изобретения является повышение точности определения предварительного сжимающего напряжения за счет контроля напряженного состояния в условиях ограниченного доступа без 30 разборки преобразователя.;

Способ определения предварительного сжимающего (армирующего) напряжения в преобразователе основан на зависимости между действующим на преобразователь механическим напряжением и его диэлектрическими свойствами Я.

Величину армирующего напряжения обычно выбирают равной 5,, но ввиду существующих принципиальных слои- 40 ностей в технологическом процессе обеспечить требуемую точность невозможно. Экспериментально установлено, что значения армирующего напряжения в преобразователе лежат в пределах 45 (0,6-1,5)Q»,, поэтому создаваемые в преобразователе дополнительные напряжения для определения 5 „ должны лежать в диапазоне (0,5-1,6)(7 „ для достижения напряжения, позволяющего определить экстремум диэлектрических свойств, Выдержка во времени необходима при измерении диэлектрических свойств для gg окончания процессов перестройки доменной структуры при действии механического сжатия на материал активных свойств и механическиЕ напряжения G блоком 5 измерения механических напряжений; по которым определяют предварительное сжимающее напряжение с учетом эталонной зависимости. Особенностями способа является возможность определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователь 1 по точке перегиба зависимости диэлектрических свойств от циклических механических напряжений. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

При монотонном росте механической нагрузки на преобразователь происходит монотонное изменение диэлектрических свойств. Используя экстремум этой зависимости или текущие значения диэлектрических свойств, можно определить действующие в преобразователе армирующие напряжения.

Для приближения условий испытаний к эксплуатационным нагружение производят монотонно возрастающими механическими нагрузками, прикладывая к электродам преобра ователя электрическос напряжение резонансной частоты, которая вызывает в преобразователе появление монотонно воз".астающих механических циклических напряжений.

Длительность нагружения Т на одной

-3, --э амплитуде составляет 1 ° 10 †2 10 от базы испытаний материала при напряжении ограниченного предела выносливости 5, . Указанная длительность нагоужения при данном напряжении выбирает я из того„ что она еще не вызывает развития в материале усталостных повреждений, но уже достаточна для фиксации изменений в диэлектрических свойс, вах пьезопреобразователя.

При достн.кении циклическим напряжением G н,апряже ар mposания 5» на зависимости Я(4) наблюдается точка перегиба, по=коль."у при прохождении через .ту точку материал активных элементов перехо,.ит из сжатого состоян.-я в растянутое.

На фиг. 1 представлена амплитудная зависимость диэлектрических свойств от циклических напряжений, на фиг.2 зависимость диэлектрических свойств от напряжений предварительного сжатия преобразователя, на фиг. 3 — блок-схе5 161942 ма устройства для определения предварительного сжимающего напряжения.

В устройстве для определения предварительного сжимающего напряжения

5 в преобразователе исследуемый преобразователь 1 стержневого типа, выполненный из пьезокерамики ЦТБС-3, перым входом электрически соединен с выодом генератора 2 радиоимпульсов, первым входом блока 3 измерения диэлектрических свойств, выход которого электрически соединен с первым входом графопостроителя 4, второй вход которого соединен с блоком 5 измерения механических напряжений G а выход — с анализатором 6 степени нелинейности. Второй вход преобразователя 1 соединен с вторым входом блока 3 измерения диэлектрических 20 свойств, третий вход которого связан с первым выходом блока 7 коммутации, вход которого соединен с выходом блока 5 измерения механических напряжений, оптически связанного с пре- 25 образователем 1, а второй выход блока 7 коммутации соединен с входом блока. 8 формирования временных интервалов, выход которого соединен с входом генератора 2 радиоимпульсов.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью блока 7 коммутации включают блок 8 формирования временных интервалов, и импульс с него подается на генератор 2 радиоимпульсов, кото— рый вырабатывает радиоимпульсы с частотой заполнения, равной резонансной частоте преобразователя, и длительностью Т = 10 циклов, поскольку база

6 испытаний М для пьезокерамики ПТБС-3 при (, = 20 МПа равна 107 циклов, Эти радиоимпульсы поступают на первый вход преобразователя 1 и возбуждают в нем циклические напряжения G, которые определяются блоком 5 измерения механических напряжений. Начальное значение 5 составляет 0,5{7 . После окончания действия радиоимпульса и выдержки во времени, равной для пьезокерамики ЦТБС-3 5 мин, блок 7 КоМ мутации подключает к преобразователю

1 блок 3 измерения диэлектрических свойств, который измеряет диэлектрические свойства преобразователя. Сиг55 нал, пропорциональный величине диэлектрического свойства, с блока 3 подается на первый вход графопостроителя 4. на второй вход которого подается сигнал с блока 5 измерения механических напряжений, и графопостроитель 4 строит зависимость f (6) .

После измерения диэлектрических свойств блок 7 коммутации отключает блок 3 от преобразователя 1 и включает блок 8 формирования временных интервалов.

Затем блок 8 формирования временных интервалов подает на генератор

2 радиоимпульсов импульс большей амплитуды той же длительности, что и в первом случае. При этом на преобразователь 1 с генератора 2 поступает радиоимпульс, который возбуждает в нем циклическое напряжение U (,, измеряемое блоком 5, и вся процедура испытаний повторяется. В результате с графопостроителя 4 получают зависимость f (Q), которая анализируется анализатором 6 степени нелинейности.

При получении на зависимости E.(С») точки перегиба определяют механическое напряжение Q, соответствующее точке перегиба и равное искомому6»„.

Ступени возрастания G выбирают равными 0,1 5 а после прохождения точки перегиба при Г; возвращаются к Q;, и ступени выбирают равными

0,03 (7 » . При этом точность определения G равна + 0,0115

Формула изодрете-;èÿ

Способ определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе, включ:-.-.ющий операции сжатия пьезоэлементов и регистрации параметров испытания. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

1 точности измерений за счeò контроля его напряженного состояния в условиях испытаний, максимально приближенных к эксплуатационным, сжатие пьезоэлементов производят монотонно увеличивая нагрузку на них в пределах механических напряжений Q = (0,5

1,6)(, путем приложения к электродам пьезоэлементов переменного электрического напряжения резонансной час-тоты с значением количества циклов нагружения T = (0,001-0,002)N лри фиксированных механических напряжениях, где N — база испытаний при напряжении ограниченного предела

1б19425

117

707

105

15 20 25 30 35 6,МПа

Qua,1 выносливости g материала пьезоэлементов, после нагружения производят выдержку в течение не более 15 мин, регистрируют текущие значения величин диэлектрических свойств материала пьезоэлементов (и механических напряжений >, строят кривую зависимости диэлектрических свойств материала пьезоэлементов от величины циклических механических напряжений (т, а величину предварительного сжимающего напряжения определяют по точке перегиба на кривой.

2. Устройство для определения предварительного сжимающего напряжения в преобразователе, содержащее средство для создания механических напряжений в преобразователе, систему регистрации электрических и механических параметров преобразователя, отличающееся тем, что средство для создания .механических напряжений выполнено в виде генера тора радиоимпульсов с гармоническим заполнением, а система регистрации электрических и механических параметров преобразователя включает блок измерения диэлектрических свойств, графопостроитель, анализатор степени нелинейности, блок формирования временных.интервалов, блок коммутации, причем первый электрический вход преобразователя связан с выходом генератора радиоимлульсов и первым входом блока измерения диэлектрическиХ свойств, выход которого подключен к первому входу графопостроителя, причем второй вход графопостроителя связан с блоком измерения механических напряжений, а выход — с анализатором нелинейности, второй электрический вход преобразователя связан с вторым входом блока измерения диэлектрических свойств, третий вход которого подключен к первому выходу блока коммутации, входом соединенного .с выходом блока измерения механических напряжений, оптически связанного с преобразователем, а второй выход блока коммутации соединен с входом блока формирования временных интервалов, выход которого соединен с входом генератора радиоимпульсов.

1б19425

ff,7

t0 15 Z0 25 ЗП Л ВИПа

Фиг.2

Составитель В.Кудрявцев

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Малец Редактор В.Петраш

Заказ 56 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101