Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления
Владельцы патента RU 2339013:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт физических измерений" (RU)
Изобретение относится к технологии точного приборостроения и может быть использовано в технологических процессах изготовления пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных и акустических давлений. При изготовлении пьезоэлектрического датчика давления пьезоэлементы 1 с электродами 2, изоляторами 3, тонкостенным кожухом 5 и силопередающим элементом 6 устанавливают на основание 4, на которое далее устанавливают технологический корпус 7. Все детали сборки чувствительного элемента с усилием Р стягивают в тонкостенном кожухе 5, сопрягающемся по периметру с одного торца с силопередающим элементом 6, а с другого - с основанием 4. Для удобства сопряжения в нижней части технологического корпуса 7 выполнены пазы 8. После сопряжения тонкостенного кожуха с деталями 4 и 6 технологический корпус снимают. Чувствительный элемент устанавливают в корпус датчика и производят герметизацию внутренней полости датчика с помощью сварки корпуса с основанием. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения, а также повышение механической надежности датчиков. 2 ил.
Изобретение относится к технологии точного приборостроения и может быть использовано в технологических процессах изготовления пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных и акустических давлений.
Известен способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления [1] путем поочередной укладки пьезоэлектрических и металлических дисков в пакет, установки пакета на основание, поджатия чувствительного элемента к основанию, сварки металлических дисков с жестко закрепленными в основании токосъемниками и последующим закреплением корпуса датчика с основанием.
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает высокой надежности конструкции изготавливаемых приборов, особенно при механических воздействиях (вибрация, удары и т.д.). Это обусловлено тем, что стягивание и закрепление пьезоэлементов с токосъемниками в основании, из-за особенности конструкции, осуществляется всего в двух точках. Также отсутствие центровки пакета пьезоэлементов относительно основания и его смещение относительно корпуса датчика может привести к ухудшению таких метрологических характеристик датчика, как виброэквивалент, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и др.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления [2], заключающийся в том, что устанавливают пьезоэлементы на основание, образуя пакет, стягивают пьезоэлементы в тонкостенном кожухе, скрепляемом с основанием, после чего устанавливают основание с пьезоэлементами в корпус, выполненный с мембраной.
Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает гарантированного получения у изготавливаемых приборов необходимых значений, таких метрологических характеристик, как виброэквивалент, АЧХ.
Это обусловлено тем, что тонкостенный кожух, служащий для стягивания пакета пьезоэлементов и его центровки относительно основания, имеет небольшой по длине участок сопряжения с основанием по отношению к высоте кожуха. Поэтому любой его перекос в нижней части приводит к значительному отклонению от оси в верхней части пакета, а при сопряжении его с основанием возникают напряжения, провоцирующие данный перекос.
В серийно изготавливаемых датчиках ДПС 009, ДПС 010, ДПС 011, ДПС 013, ДПС 016 и др. зазор между тонкостенным кожухом и внутренней поверхностью корпуса составляет всего 0,2-0,25 мм, касание которых между собой приводит к резкому ухудшению метрологических параметров изготавливаемых приборов.
Целью предложенного способа является повышение точности измерения и надежности изготавливаемых датчиков.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающемся в том, что устанавливают пьезоэлементы на основание, образуя пакет, стягивают пьезоэлементы в тонкостенном кожухе, скрепляемом с основанием, устанавливают основание с пьезоэлементами в корпус, выполненный с мембраной, а затем производят герметизацию внутренней полости датчика с помощью сварки корпуса с основанием, перед стягиванием пьезоэлементов в тонкостенном кожухе проводят центровку тонкостенного кожуха вместе с пакетом пьезоэлементов при помощи технологического корпуса, при этом нижнею его частью обеспечивают сопряжение с основанием датчика, а верхней центровочной частью, размер которой меньше внутреннего диаметра корпуса датчика, осуществляют центровку.
На фиг.1 и 2 представлена конструкция чувствительного элемента датчика, собираемого по предложенному способу.
Чувствительный элемент датчика содержит пьезоэлементы 1 с электродами 2, изоляторы 3, основание 4 с запрессованными электрическими выводами, тонкостенный кожух 5, силопередающий элемент 6, а также технологический корпус 7 с пазами 8.
Процесс сборки осуществляется следующим образом.
Пьезоэлементы 1 с электродами 2, изоляторами 3, тонкостенным кожухом 5 и силопередающим элементом 6 устанавливают на основание 4, на которое далее устанавливают технологический корпус 7. Все детали сборки чувствительного элемента с усилием Р стягивают в тонкостенном кожухе 5, сопрягающемся по периметру с одного торца с силопередающим элементом 6, а с другого - с основанием 4. Для удобства сопряжения в нижней части технологического корпуса 7 выполнены пазы 8. После сопряжения тонкостенного кожуха с деталями 4 и 6 технологический корпус снимают. Чувствительный элемент устанавливают в корпус датчика и производят герметизацию внутренней полости датчика с помощью сварки корпуса с основанием.
Так как отклонение верхней части чувствительного элемента ограничено внутренним диаметром центровочной части технологического корпуса, размер которого меньше размера внутреннего диаметра корпуса датчика, образуется гарантированный зазор между чувствительным элементом и корпусом датчика, что позволяет при возникновении в местах сопряжения значительных механических напряжений исключить перекос сборки.
Использование предлагаемого способа изготовления пьезоэлектрических датчиков давления по сравнению с известными способами позволяет повысить точность измерения за счет снижения погрешности от вибрации, улучшения линейности амплитудно-частотной характеристики, а также повысить их механическую надежность.
Например, у пьезоэлектрических датчиков типа ДПС 009, ДПС 011, ДПС 013 после их сборки предлагаемым способом практически прекратились отказы из-за несоответствия значения виброэквивалента требованиям ТУ.
Источники информации
1. А.с. SU №1789894 A1, опубл. 23.01.1993, би №3.
2. Патент RU №2052777 С1, опубл. 20.01.1996, би №2.
Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающийся в том, что устанавливают пьезоэлементы на основание, образуя пакет, стягивают пьезоэлементы в тонкостенном кожухе, скрепляемом с основанием, устанавливают основание с пьезоэлементами в корпус, выполненный с мембраной, а затем производят герметизацию внутренней полости датчика с помощью сварки корпуса с основанием, отличающийся тем, что перед стягиванием пьезоэлементов в тонкостенном кожухе проводят центровку тонкостенного кожуха вместе с пакетом пьезоэлементов при помощи технологического корпуса, при этом нижней его частью обеспечивают сопряжение с основанием датчика, а верхней центровочной частью, размер которой меньше внутреннего диаметра корпуса датчика, осуществляют центровку.
