Способ контроля прочности пьезокерамических элементов
1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКЙХ ЭЛЕМЕНТОВ(ПКЭ), включающий приложение к ПКЭ растягивающей нагрузки до его разрушения, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности контроля путем приближения условий нагружения к условиям эксплуатации ПКЭ, измеряют пьезомодуль Jj и модуль Юнга Ёц53з контролируемого ПКЭ, нагрузку, создают приложением к электродам ПКЭ электрического поля с вектором, совпадающим по направлению с вектором поляризации ПКЭ, нагружение проводят в диэлектрической среде, исключающей пробой между электродами ПКЭ, измеряют напряженность Е электрического поля в момент разрушения ПКЭ и с учетом измеренных величин судят о прочности ПКЭ. 2. Способ по п. 1, отличаю щ ий с я тем, что в качестве диэлектрической среды используют сжатый воздух под давлением
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
ЦСЮФЛ Ю
РЕСПУБЛИК
4 (51) G 01 N 3/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3592422/25-28 (22) 12.05.83 (46) 30.01.85. Бюл. Ф 4 (72) Г,.В. Турыкин и В.А. Головнин (53) 620. 172.24(088.8) (56) 1. Глозман И.А. Пьезокерамика.
М., "Энергия", 1972, с, 269-271. (54)(57) 1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ(ПКЭ), включающий приложение к ПКЭ растяги- вающей нагрузки до его разрушения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля путем приближения условий нагружения к условиям эксплуатации ПКЭ, измеря- ют пьезомодуль d>> и модуль Юнга 6 3..Я0„, 11 ?3?8 А контролируемого ПКЭ, нагрузку, создают приложением к электродам ПКЭ электрического поля с вектором, совпадающим по направлению с вектором поляризации ПКЭ, нагружение проводят в диэлектрической среде, исключающей пробой между электродами ПКЭ, измеряют напряженность E электрического поля в момент разрушения ПКЭ и с учетом измеренных величин судят о прочности ПКЭ, 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве диэлектрической среды используют сжатый воздух под давлением (4-8) . 10 Па или высокий вакуум..f 11
Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании пьезокерамических элементов (ПКЭ) на механическую прочность при растяжении.
Известен способ контроля прочности ПКЭ, включающий приложение к
Р
ПКЭ растягивающей нагрузки до его разрушения. Для этого ПКЭ приклеи-. вают к захватам разрывной машины и растягивают, измеряя при разрушении усилие, по которому судят о- прочности ПКЭ (1).
Однако данный способ не позволяет получать напряженное состояние, адекватное напряженному состоянию в режиме эксплуатации ПКЭ, что снижает точность контроля, Кроме того, на точности отражаются перекосы и несоосность при склейке ПКЭ с захватами, погрешности захватов и ПКЭ по геометрии, различные значения модулей упругости и термического расширения захватов, слоя клея и
ПКЭ и т.д. Все это приводит к возникновению в испытуемом ПКЭ неоднородного напряженного состояния,,при этом эпюра механических напряжений в поперечном сечении ПКЗ имеет экстремумы, величина которых существенно отличается от среднего значения механического напряжения по сечений, что в свою очередь ведет к значительному разбросу и занижению прочностных характеристик.
Цель изобретения — повышение точности контроля путем приближения условий к условиям эксплуатации ПКЭ.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу контроля прочности ПКЭ, включающему приложение к ПКЭ растягивающей нагрузки до его разрушения, измеряют пьезомодуль д и модуль Юнга Е контролируемого
ПКЭ, нагрузку создают приложением к электродам ПКЭ электрического поля с вектором, совпадающим по направлению с вектором поляризации
ПКЭ, нагружение проводят в диэлектрической среде, исключающей пробой между электродами ПКЭ, измеряют напряженность Е электрического поля, в момент разрушения ПКЭ и с учетом измеренных величин судят о прочности ПКЭ, При этом в качестве диэлектрической среды используют сжатый воздух под давлением (4-8) 10 Па или высокий вакуум.
30 дят до величины, при которой разрушается. Момент разрушения фиксируется, например, прекращением тока в датчике, установленном последователь37378 2
При рабочих режимах эксплуатации в ПКЗ возникают механические напряжения в результате изменения линейных размеров его частей (доменов и кристаллов сегнетоэлектрика). Именно эти напряжения возникают в случае приложения в ПКЭ электрического поля с вектором, совпадающим по направлению с вектором поляризации
1О ПКЭ, т.е. ПКЭ при контроле испытывает механические напряжения, идентичные рабочим.
Способ осуществляют следующим образом.
15 Для контролируемой партии ПКЭ определяют пьезомодуль d>> и модуль
Юнга Е . Пьезомодуль d может быть определен различнымй известными способами, например в соответ20 ствии с ГОСТ 12370-80. Модуль Юнга
Е,может быть измерен при непосредственном механическом нагружении либо определен по формуле
2 1 юуз=4
2 где с„ — антирезонансная частота
ПКЭ (определяется в соответствии с ГОСТ 12370-80);
 — расстояние между электродами ПКЭ3
Р— плотность материала ПКЭ.
ПКЭ,с измеренными значениями d 3 и Е помещают в камеру с диэлектрической средой, например со сжатым воздухом или с высоким вакуумом, предварительно Установив его в приспособление для подключения электродов ПКЭ к внешнему источнику высокого напряжения. Давление сжатого воздуха 4-8-10 Па, вакуум 10
5 -6
10 мм рт.ст.
От внешнего источника высокого напряжения на электроды подают напряжение, вызывающее деформацию ПКЭ в направлении электрического поля и, как следствие этого, создающее в нем
45 механические напряжения. Помещение
ПКЭ в камеру с диэлектрической средой позволяет создавать электрическое поле напряженностью до 3-5 кВ/мм, что при пьезомодулях d = (200400) 10 "2 м!В и модулях Юнга Е порядка 8 10 6 Н/м достаточно для разрушения ПКЭ. Для определения предела прочности ПКЭ при разрушении.напряженность электрического поля довоСреднее квад- Относительная ратичное от- погнешность ношение, измерений, Х
10-5 Н/M2
Среднее арифметическое значение растягивающих напряжений при разрушении, 10 5 М/м
Способ испытания
425
23
Предлагаемый
104
282
36,8
Известный
Составитель A. Булашевич
Редактор Н. Киштулинец ТехредtJI.Êoöþáíÿê КорректорИ. Леантюк
Тираж 898 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 10514/32
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
3 1137378 но с ПКЭ в цепи подключения его к ис- дисков диаметром 30 мм и высотой точнику высокого напряжения. При этом 10 мм иэ материала ЦТБС-3 приведены измеряют напряженность Е электричес- в таблице. кого поля, Как показали испытания, изобретеВеличину механического. напряже5 ние позволяет создавать механичесния, соответствующую пределу проч- кие напряжения в ПКЭ, приближенные. ности, определяют по формуле к напряжениям, возникающим в них при
EE s3 qy рабочих режимах эксплуатации; при
Среднеарифметические значения этом уменьшаются погрешности при результатов испытаний ПЭК в виде 1р контроле прочности на растяжение.
