Пьезоэлектрический преобразователь силы

 

Изобретение относится к прибо - ростроению. Цель изобретения - повышение чувствительности. Кристаллодержатель 2 выполнен в виде магнитных чашек 5 с центральными направляющими отверстиями 6, в которых установлены перемещаемые штыри 7, на внутренних концах которых укреплены сменные наконечники - электроды 8, ; электрически изолированные посредством прокладок 9. Магнитные чашки 5 удерживаются на пассивной части 10 пьезоэлемента 1 с помощью магнитной силы, действующей через тело пьезоэлемента 1, поскольку магнитные полюса магнитных чашек 5 ориентированы разноименными полюсами между собой. Работа устр-ва основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах . При воздействии на пьезоэлемент 1 силы деформации на локализованную зону II передаются по объему пьезоэлемента 1 и крепление магнитных чашек 5 на внешних поверхностях пассивной части 10 не вносит искажений вектора силы. 1 ил. С (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (29) (22) (52) 4 С 0 1 L 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4127481/24-10 (22) 26.06.86 (46) 23.05.88. Бюл. Ф 19 (71) Московское научно-производственное объединение "Измеритель" (72) Е. И. Новиков (53) 53 1.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

12 461322, кл. G 01 L 1/10, 1972.

Авторское свидетельство СССР

И 1234733, кл. G 01 L 1/16, 1984. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ (57) Изобретение относится к прибо - ° ростроению. Цель изобретения — повышение чувствительности. Кристаллодержатель 2 выполнен в виде магнитных чашек 5 с центральными направляющими отверстиями 6, в которых установлены перемещаемые штыри 7, на внутренних концах которых укреплены сменные наконечники - электроды 8, электрически изолированные посредством прокладок 9. Магнитные чашки 5, удерживаются на пассивной части 10 пьезоэлемента 1 с помощью магнитной силы, действующей через тело пьезоэлемента 1, поскольку магнитные .полюса магнитных чашек 5 ориентированы разноименными полюсами между собой.

Работа устр-ва основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах. При воздействии на пьезоэлемент

1 силы деформации на локализованную зону Il передаются по объему пьезоэлемента 1 и крепление магнитных ча- Ж шек 5 на внешних поверхностях пассивной части 10 не вносит искажений вектора. силы. 1 ил. С: в

1397754

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для силоизмерительных и массоизмерительных устройств.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит пьезоэлемент 1 с кристаллодержателями 2, подключенными к автогенератору 3, соединенному с индикатором 4.

Кристаллодержатель 2 выполнен в виде магнитных чашек 5 с центральными направляющими отверстиями 6, в которых установлены перемещаемые штыри 7, на внутренних концах которых укреплены сменные наконечники-электроды 8, электрически изолированные 2р посредством прокладок 9 от перемещаемых штырей 7.

Магнитные чашки 5 удерживаются на пассивной части 10 пьезоэлемента 1 с помощью магнитных сил, действующих через тело пьезоэлемента 1, поскольку магнитные полюса N u S магнитных чашек 5 ориентированы разноименными полюсами между собой.

Возбуждаемая часть 11 пьезоэлемен- Зп та 1 (локализованная зона пьезоэлектрических колебаний), находящаяся между сменными наконечниками-электродами 8, имеет ограниченный объем и габариты, определяемые зоной пе35 рекрытия внешних частей сменных наконечников — электродов 8, подключенных через гермовыводы 12 к автогенератору 3. Магнитные чашки 5 и перемещаемые.штыри 7 в местах механического соединения фиксируются с помощью магнитного герметичного шва 13, который обеспечивает герметичность камер 14 и соответственно возможность создания вакуума или нейтральной среды только в зоне возбуждаемой части 11

45 пьезоэлемента 1 (а не всего пьезоэлемента 1), что позволяет уменьшить объем, массу и габариты устройства за счет исключения корпуса устройства. Вакуумирование или заполнение объема камеры 14 возбуждаемой части

11 пьезоэлемента 1 нейтральным газом (например, гелием) произвОдится помещением пьезоэлемента 1 в накуум (или нейтральную среду), где выполняется герметизация указанного объема посредством наложения герметизирующего шва 13.

Пьезоэлемент 1 пьезореэонансного преобразователя силы установлен между основанием 15 и нагрузочным фланцем

16, на котором установлен силопередающий элемент 17, к которому прикладывается измеряемая сила P. 00 нагрузочная ось.

Автогенератор 3 может быть выполнен на серийных элементах, например микросхемах.

В качестве индикатора 4 может быть использован частотомер — электронносчетный °

Пьезоэлемент может быть изготовлен из искусственного пьезоэлектрического кварца, Работа устройства основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах.

Перед работой от блока питания (не показан) подается напряжение на автогенератор 3 и индикатор 4.

Автогенератор 3 посредством электрического поля, созданного между двумя сменными наконечниками-электродами 8, возбуждает пьезоэлектрические колебания в локализованной зоне 11 пьезоэлемента l.

Размер сменных наконечников-элек тродов 8 может быть различным (сменяемым) и в зависимости от необходимых размеров (площади) локализованной эоны (подэлектродной зоны пьезоэлектрических колебаний), Расстояние сменных наконечников-электродов 8 от главных граней пьезоэлемента может быть также различным в зависимости от установки требуемой напряженности электрического поля, необходимой для стабильного (но не перенапряженного) режима автоколебаний.

После возбуждения пьезоэлектрических колебаний в локализованной зоне пьезоэлемента 1 устанавливается чувствительность устройства посредством перемещения магнитных чашек 5 по вертикали и по горизонтали при воздействии единичным грузом (или заданием единичной силы) на силопередающий элемент 17.

Перемещение магнитных чашек 5 про1 изводится относительно оси 00 и -.раней пьезоэлемента так, чтобы сила магнитного взаимопритяжения обеспечивала их удержание на гранях пьезоэлемента 1.

После Ьыбора и установки требуемой чувствительности магнитные чашки 5 и

25 (I) где ь7

К прирост частоты; пьезочастотный коэффициент (зависит от ориентации относительно пьезочастотных осей); прирост сильц начальное значение частоты; поперечное сечение пьезоэлемента; номер обертона; коэффициент полезного действия заделки (при жесткой заделке g, = 1), 30 аР о

Составитель А. Экономов

Редактор С, Патрушева ТехредЛ.Олийнык Корректор M. Максимишинец

Заказ 2598/40 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 13977 металлические наконечники 8 фиксируются в заданном положении посредством наложения на их внешние части герметизирующего магнитного шва в вакуумной среде (или среде с нейтральным газом) °

К силопередающему элементу 17 (вместо единичного усилия) прикладывается измеряемое усилие (или производится воздействие с помощью измеряемой массы) P в направлении нагруэочной оси 00, которое в силу действия пьезочастотного эффекта) увеличивает частоту пьезоэлектрических колебаний в локализованной зЬне пьезоэлемента, которые снимаются через автогенератор 3 на индикатор 4.

Прирост частоты пьезоэлектрических колебаний пьезоэлемента от приложенО ной силы имеет прямо пропорциональную зависимость, поэтому увеличение силы вызывает соответствующее повышение прироста частоты 6f

2 аР f

hf =К

D. u

Поскольку монокристаллический пьезокварц обладает упругими свойствами, близкими к идеальным (стабильность упругих коэффициентов, отсутствие гистерезиса, строгая линейность зависимости деформации от механического напряжения и др,), то исключение из нагрузочкой цепи шунтирующих инородных элементов (металличес- . кого герметизирующего корпуса, кристаллодержателей и др.) обеспечивает (при наличии вакуумной или нейтральной среды для колебающейся локализованной зоны) благоприятные условия для сохранения добротности и стабильности режимов преобразования.

При воздействии на пьезоэлемент силы деформации на локализованную зону ll передаются по объему пьезоэлемента 1 и крепление магнитных чашек

5 на внешних поверхностях пассивной части 10 пьезоэлемента 1 не вносит искажений вектора силы.

После прекращения действия силы Р показания индикатора возвращаются к исходному значению, Формула и з о б р е т е н и я

Пьезоэлектрический преобразователь силы, содержащий пьезоэлемент с силовводящими элементами, электроды, расположенные на держателях и включенные в измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, держатели выполнены в виде магнитных чашек с направляющими отверстиями, в которых подвижно установлены штыри с электрически изопированными от них электродами.