Пьезоэлектрический преобразователь

Пьезоэлектрический преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

551807

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено05.03. 75 (21)2110913/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03. 77. Бюллетень №1 1 (45) Дата опубликования описания20.06.77 (51) М. Кл.

Н 04 Я 29/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621 317. . 79 (088. 8) (72) Aвторы изобретении

Н. К. Ерофеев и Л. Я. Тарасенко (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения ускорений, усилий, давлений и других физических величин при испытании сложных изделий, подвергающихся значительным механическим воздействиям, приводящим иногда к выходу из строя измерительных преобразователей до или во время испытаний.

Известны устройства, реализующие спо- }О соб проверки работоспособности преобразователей до или во время испытаний, связанный с демонтажом преобразователя и последующей проверкой в условиях лаборатории. 15

Такие операции требуют значительного времени и все-таки не обеспечивают не обходимой надежности контроля.

В связи с этим возникает необходимость обеспечения дистанционного контроля рабо- 20 тоспэсэбностп преобразователей, закрепленпью!,и " . . ту ".мых изделиях, „: ûáë åp близкой по технической сущности к предложенной является конструкция пъезопреобразэвателя, содержащего блок 25 пьезоэлементов с инерционным телом и кабель связи.

Дистанционный контроль подобных пьезопреобразователей осуществляют путем контроля емкости пьезоэлементов.

Если в процессе эксплуатации произойдет растрескивание пьезоэлементов, выпадение его частей, откпеивание инерциэнногэ тела или другой грубый дефект, величина контролируемой емкости уменьшится.

При наличии сплошных проводящих электродов, площадь которых не измецяется при возникновении трещин в пьезоэлементе, величина емкости пьезоэлемента изменяется практически очень незначительно. Кроме того, при дистанционном контроле емкости такого преобразователя емKDcTb пьезоэлемента шунтируется емкостью кабеля и в том случае, когда емкость пьезоэлемента значительно меньше емкооти кабеля, например в случае кварцевых преобразователей, относительное изменение контролируемой емкости много меньше относительного изменения емкости пьезоэлемента, что делает затруднительным дистан551807 ционный контроль или существенно снижает его надежност»..

Иелью изобретения является повышение надежности дистанционного контроля пьеэонреобраэователя.

Это достигается тем, что блок пьезоэлементов снабжен дополнительным идентичным пьезоэлементом, электроды которого выполнены в виде проводящих слоев с пластичностью, близкой к пластичности пьезоэлектрика, при этом один из электродов дополнительного пьезоэлемента электрически соединен с выходом преобразователя, а другой электрод через его локальную часть - с дополнительным про водом кабеля связи.

На фиг. 1 показана схема пьезоэлект рического преобразователя; на фиг. 2— дополнительный пьезоэлемент; на фиг. 3.схема соединения приборов при дистанцион ном контроле пьезоэлектрического преобразователя.

Пьезоэлектрический преобразователь содержит корпус l в котором установлен блок пьезоэлементов, изолированный or корпуса. 1 прокладкой 2 и состоящий из дополнительного пьезоэлемента 3 и рабЬ= чего пьезоэлемента 4. На блок пьзоэле ментов установлено инерционное тело 5. Про водящая контактная повеохность инерционного тела 5 соединена с корпусом 1 и с проводом 6, к поверхности контакта допол" .нительного пьзоэлемента 3 с рабочим пьзоэлементом 4- подсоединен провод 7 кабеля связи 8. Другая контактная поверхность дополнительного пьезоэлемента 3 соединена с. проводом S того же кабеля 8.

Провода 6 и 10, соединенные с корпусом 1, являются экранирующими оплетками проводов 7 и 9 кабеля связи 8. Механическое: соединение элементов 2, 3, 4, 5 с корпусом 1 осуществпяется с помощью винта

11 и пружины 12. Дополнительный пьезо,элемент 3 выполнен из того же материала и тех же размеров, что и рабочий пьезоэлемент 4. Электроды на его торцовых поверхностях выполнены из материала, пластичность которого близка к пластичности пьеэоэлектрика. Нанесение электро дов осуществляется, например, методом сжигания, толщина слоя составляет "несколько микрон. На цилиндрической поверхности дополнительного пьезоэлемента 3 сделан отвод 13, соединенный электрически с электродом 14. Отвод 13 с помощью проводника 15 соединен электрически с проводом 9 кабеля связи 8. Для осуществления дистанционного контроля пьезопрвобразователь соединен с приборами соглао но схеме (фиг. 3). Провода 6 и 7 кабеля связи 8 преобразователя 16 соединены со штатным (входящим в комплект) усилителем 17, а провод 9 и 10 - с калибра тором 18, содержащим генератор градуировочного напряжения 19 и вольтметр 20 для измерения напряжения генератора. Переключатель 21 установлен в положении 1, Частота синусоидального напряжения гене)9 ратора 19 лежит в пределах рабочего час тотного диапазона усилителя 17. Напряже . ние с генератора подано на емкостный делитель, образованный емкостью дополнительного пьезоэлемента 3 и емкостью парал15 лельно соединенных рабочего пьезоэлемента 4, кабеля связи 8, входа усилителя 17, показанных на схеме в виде эквйвалент ных конденсаторов 22-25 соответственно.

Оценка градуировочного напряжения U, r

20 поступающего от генератора 19, производится по формуле

Сг4Сип+Скп+С»

r в Кс где U — напряжение на выходе усилителя;

С„ Сип.Скп » — соответственно емкости дополнительного и рабочего пьезоэлементов, кабеля и входа усилителя; К вЂ” коэффициент усиления усилителя.

Дистанционный контроль работоспособности пьезопреобразователя осуществляется следующим образом.

Перед установкой преобразователя на объекте необходимо определить треобразование градуировочного напряжения в системе преобразователь-усилитель (см. фиг. 3).

Регулируя напряжение У„устанавливают напряжение на выходе усилителя, соответ ствуюшее номинальному выходному напряжению преобразователя, величины напряжений0„иУ записывают в паспорт преобразователя. При дальнейшей эксплуатации преобразователь и усилитель используют совместно. Преобразователь с кабелем связи 8 монтируют на испытуемом изделии и стыкуют кабель 7 с приборами. Устанавливая на выходе генератора напряжение (в соответствии со значением, указанным в паспорте), фиксируют сигнач на выходе усилителя. Если в процессе монтажа или на другом этапе эксплуатации преобразова i тель был подвергнут интенсивному механическому воздействию, приведшему к растрескнванию дополнительного пьезоэлемента

3 часть 26 электрода 14 будет отделена от этого электрода образовавшимися трещинами 27, что соответственно изменяет емкость дополнительного пьезоэлемента 3.

551807

11

В соответствии с приведенной формулой изменяется сигнал на выходе усилителя, по величине изменения которого можно установить факт наличия дефекта в преобразователе, Как видно из формулы для большинства практически встречающихся сочетаний емкостей пьезоэлементов, кабеля входа усилителей относительное изменение емкости дополнительного пьезоэлемента фактически приводит к прямо пропорциональному изменению выходного напряжения усилителя, вследствие чего увеличивается надежность дистанционного контроля. В случае исправности преобразователя пере- . ключатель 21 устанавливают в положение

Ц,показанное на чертеже. При этом провода 9 и 10 кабеля связи 8 замыкаются накоротко, а конденсатор 23 (а следовательно дополнительный пьезоэлемент 3) включается параллельно рабочему пьезоэлементу. Система пьезопреобразовательусилитель готова к эксплуатации.

Таким образом, идентичный дополнительный пьезоэлемент играет роль образца— свидетеля, находящегося в идентичных по сравнению с рабочим элементом ycaosnsx.

Электроды на дополнительном элементе позволяют обнаружить появление трещин в пьезоэлементах, т.е. рано распознать дефект преобразователя, что повышает надежность дистанционного контроля работоспособности пьез опр е обр азова теля.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь, cs» держащий блок пьезоэлементов с инерцион

"ным телом иiêàáåïü,ñâÿçè, о т л и ч а ю

1к ш и и с я тем, что, с целью повышения надежности дистанционного контроля, блок пьезоэлементов снабжен дополнительным идентичным пьезоэлементом, электроды которого выполнены в виде проводящих рр слоев с пластичностью, близкой к пластичности пьезоэлектрика, при этом один из электродов дополнительного пьезоэлемента, электрически соединен с выходом преобразователя, а другой электрод через у локальную часть» с дополнительным проводом кабеля связи.

551807

Фиг. Г

1б (Фиг.5

Состав

Заказ 138/32 Тираж 852 Пои:-.исн-.е

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4I5

Редактор Е. Скляревская Техрс.-„д, „.;-;:.-,,-,-... „... к

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

fâI (! (1 (I !

17i