Пьезоэлектрический выключатель

Пьезоэлектрический выключатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 190374 (21) 2010885/18-25 Р Ж

3 (23) Приоритет — (32) 22 ° 03 ° 73

01 Ь 41/08

Государствеииый комитет.СССР оо делам изобретений и открры-ти и (31) P 2314420.9 (33) ФРГ

Опубликовано 070981.Бюллетень HP 33 (53) УДК 537. 228. 1 (0&8.8) Дата опубликования описания 070981

Иностранец

Петер Кляйншмидт (ФРГ). (72) Автор изобретению

Иностранная фирма Сименс АГ (ФРГ) (73) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ изменениям, он способен реагировать на изменения температуры окружающей среды точно так же, как и на воздействующие по назначению силы давления. В результате может возникать ложное срабатывание. Кроме того, поскольку пластина преобразователя имеет относительно малую толщину, при черезмерном или не соответствующем по направлению воздействии, могут возникать неконтролируемые искажения выходного сигнала.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем исключения ложного срабатывания при изменении температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом выключателе, содержащем преобразователь,выполненный в виде пластины из пьезокерамического материала, снабженной электродами на ее противоположных сторонах, плоскости которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для подключения нагрузки таким образом, что стороной приложения давления является торцовая поверхность преобраэо» вателя, пластина преобразователя поля-, ризована в нижней части, противоположной торцу приложения давления

Изобретение относится к пьезотехнике, в частности к пьезоэлектрическим выключателям, и может быть использовано в качестве датчика включения или выключения в электронных схемах автоматики.

Известны пьезоэлектрические выключатели, основным элементом которых является пьезоэлемент в виде пласти-. р ны с электродами (1). Под действием приложенной силы пьезоэлемент деформируется и эа счет пьезоэффекта на электродах возникает электрический сигнал. I

Известен, в частности, пьезоэлектрический выключатель, содержащий преобразователь, выполненный в виде пластины из пьезокерамического материала, снабженной электродами на ее. противоположных сторонах, плоскости .которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для подключения нагрузки таким образом, Что стороной приложения давления явля.ется торцовая поверхность иреобразо« вателя (2). Недостатком известного выключателя является чувствительность преобра- зователя к более или менее кратковременно возникающим температурным

О и И С A " И Е Se S4e

ИЗОБРЕТЕНИЯ

862846

20 верхняя неполяризованная часть пластины снабжена дополнительными электродами, образующими емкость, включенную с резисторами нагрузки в схему запирания высоких частот.

Поляризованная часть пластины с электродами, образующая емкость, включена в схему запирания низких частот.

Пластина преобразователя снабжена элементами жесткости, выполненными в виде слоев из пластмассы, нанесенных на боковые стороны пластины.

На фиг. 1 показан предлагаемый . пьезоэлектрический выключатель; на фиг. 2 — преобразователь; на 15 фиг. 3 — электрическая схема вклю, чения.преобразователя; на фиг. 4 эквиваЛентная электрическая схема включения пьезоэлектрического выключателя.

Пьезоэлектрический выключатель (фиг. 1) содержит корпус 1 с опорной плитой 2, внутри которого в элементах крепления 3 и 4 установлен преобразователь, выполненный в виде 25 пьезокерамической пластины 5, снабженной парными электродами 6 и 7.

Пьезопластина оснащена элементами жесткости 8, выполненными в виде слоев из пластмассы на противоположных поверхностях пластины. Выключатель может крепиться при помощи выступов

9 с выемками 10. Электроды имеют выводы 11, с помощью которых могут соединя41ься с электрической схемой.

Направление рабочего воздействия на выключатель показано стрелкой F.

Преобразователь (фиг. 2) выполнен в виде пьеэокерамической пластины 5, имеющей размер, HxExd где Н вЂ” высота,  — ширина, а d - -толщина пласти- 40 ны. На пластине размещены электроды

6 и 7, В качестве материала пластины может использоваться, например, титанат бария и свинцевотитановый цир- 45 конат с добавками, улучшающими пьезоэлектрические свойства, Пластина 5 поляризована только в зоне электродов 7, благодаря чему образуется активная область преобразователя (на фиг. 2 — размер h).

В зоне электродов 6 пластина не поляризована и образует пассивную областЬ преобразователя. Направление поляризации показано стрелками.

При силе нажима пальцем наиболее благоприятные значения В лежат в пределах 3-30 мм, значение ; H примерно на порядок больше значения

d, а размер d предпочтительно менее

0,5 мм, причем нижний его предел d0 ограничен технологическими воэможностями изготовления керамической пластины.

Пассивная область пластины ïðåобразователя служит теплоизолятором, поэтому тело преобразователя изолировано от быстрых изменений температуры. Благодаря этому термонапряжение нарастает значительно медленее, чем пьезоэлектрическое полезное напряжение.

Электронная схема, пригодная для работы с пьезоэлектрическим выключателем (фиг ° 3 и 4), содержит резистор 12 который совместно с емкостью 13, образованной электродами 7, составляет фильтр низких частот для закорачивания медленных сигналов

Р вызванных изменением температуры

I а также транзисторы 14 и 15 для усиления полезного сигнала до величины, достаточной для срабатывания исполнительного устройства 16, например электромеханического реле. Кроме того, схема содержит резистор 17, который совместно с емкостью 18, образованной электродами 6, служит схемой эапирания высокочастотных импульсов напряжения, которые могут возникать при сильных сотрясениях выкрючателя.

Высокочастотные импульсы при этом практически замыкаются на землю, в то время как полезный сигнал, частота которого значительно ниже, беспрепятственно проходят на вход транзистора 14.

Таким образом, благодаря тому, что пластина пьезопреобразователя, снаб-. женного электродами, поляризована только в нижней части, противоположной торцу, к которому приложено рабочее воздействие, повышается помехоустойчивость пьезокерамического выключателя за счет исключения возможности ложного срабатывания как от изменения температуры, так и от вибраций.

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический выключатель, содержащий преобразователь, выполненный в виде пластины иэ пьезокерамического материала, снабженной электродами на ее противоположных сторонах, плоскости которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для подключения нагрузки таким образом, что .стороной приложения давления является торцовая поверхность преобразователя, отличающийся тем, что,с целью повышения помехоустойчивости путем исключения ложного срабатывания при изменении температуры, пластина преобразователя поляризована в нижней части, противоположной торцу. приложения давления.

2. Выключатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что верхняя, неполяризоваиная часть пластины снабжена дополнительными электродами, образующими емкость, включенную с резисторами нагрузки в схему запирания высоких частот.

862846,ВНИИПИ Заказ 6649/57 Тираж 784 Подписное

Филиал ППП "Harem" г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3. Выключатель по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ н и с я тем, что поляризованная часть пластины с электродами, образующая емкость, включена . в схему запирания низких частот.

4, Выключатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что пластина преобразователя снабжена элементами жесткости, выполненными в виде слоев из пластмассы,-. нанесенных иа боковые стороны пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Патент Германии 9 756697, кл. 42 к 1404, опублик. 1952.

2. Физическая акустика. Под ред.

У.П.Мээона, т. 1, ч. А. М., "Мир", 1966, с. 288 (прототип) .