Метод станочного изготовления сдвигового измерительного датчика



Метод станочного изготовления сдвигового измерительного датчика
Метод станочного изготовления сдвигового измерительного датчика
Метод станочного изготовления сдвигового измерительного датчика
Метод станочного изготовления сдвигового измерительного датчика
Метод станочного изготовления сдвигового измерительного датчика

 


Владельцы патента RU 2436105:

Общество с ограниченной ответственностью "Пьезоприбор" (RU)

Изобретение относится к методу изготовления силового измерительного датчика из нескольких материалов. На первом этапе изготовления происходит подготовка комплектующих и сборок, т.е. изготовление из пружинной стали армирующего кольца, кольцевой насадки с конической наружной фаской из вольфрамового сплава, титановых шестигранного основания и стаканообразного корпуса с коаксиальным разъемом или кабелем. Второй этап включает в себя закрепление сборки в вертикальном осевом креплении станка электроэрозионной проволочной резки, выполнение в фиксированных положениях трех вертикальных пазов, установку чувствительных элементов, напрессовку или горячую посадку армирующего кольца на кольцевую насадку с пьезоэлементами, выполнение горизонтальных радиальных разрезов под армирующим кольцом для образования инерционной массы и установку и закрепления корпуса и подсоединения к выходу предварительного усилителя разъема. Изобретение позволяет использовать в датчике различные материалы для основания и инерционных масс, что дает возможность получения малогабаритных размеров в сочетании с высокой чувствительностью и собственной частотой за счет того, что в конструкцию датчика добавлен предварительный усилитель, подключенный к чувствительным элементам, а сам метод изготовления включает минимум операций. 5 ил.

 

Изобретение относится к методу изготовления силового измерительного датчика из нескольких материалов, а именно титана для основания и корпуса, вольфрама для инерционной массы и пружинной стали для цилиндрического упругого зажима.

Известны датчики, чувствительные элементы которых работают на сдвиг. Классические схемы таких акселерометров содержат либо кольцевые или цилиндрические пьезоэлементы, жестко закрепленные по внутреннему диаметру и нагруженные по внешнему диаметру, либо плоские пьезоэлементы, расположенные по обе стороны от ножевой опоры и нагруженные по внешней плоскости. Известные сдвиговые конструкции, как правило, обеспечивают сравнительно высокий коэффициент преобразования, низкий относительный коэффициент поперечного преобразования, но имеют малую собственную электрическую емкость и относительно низкую резонансную частоту.

Известен датчик, в котором пьезоэлемент выполнен в виде тонкостенного усеченного конуса, размещен в основании, имеющем выборку той же формы, и нагружен массой в форме усеченного конуса, размещенного на внутренней конусной поверхности пьезоэлемента [1]. Недостатками акселерометра являются сложная технология изготовления и ограниченный диапазон измерений из-за отсутствия предварительного поджатия пьезоэлемента.

Известен также так называемый тандем-датчик, содержащий основание, на котором размещены пьезокерамические пластины и инерционный элемент между ними, закрепленные в V-образной упругой скобе с плоскими параллельными крыльями, связанной с основанием через ножевую опору. Инерционный элемент состоит из двух одинаковых тел цилиндрической формы, каждое из которых склеено с пьезокерамическими пластинами [2]. Устройство позволяет повысить помехоустойчивость путем точной балансировки, однако не обеспечивает достаточного диапазона измерений виброускорения и трудоемко в изготовлении.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является метод изготовления силового измерительного датчика, состоящего из основания, на котором размещена стойка с рядом сдвиговых чувствительных элементов, к каждому из которых прикреплен инерционный элемент (масса). Инерционные элементы (массы) жестко закреплены со сдвиговыми чувствительными элементами, а чувствительные элементы зафиксированы на стойке при помощи цилиндрического пружинного зажима или скобы.

Сам метод изготовления состоит из несколько этапов:

На первом этапе в закрепленном в токарно-фрезерном станке пруте выполняют плоскопараллельные аксиальные вертикальные пазы параллельно осям на глубину большую, чем высота чувствительных элементов. Затем устанавливаются сдвиговые чувствительные элементы в пазы. Далее следует закрепление цилиндрического пружинного зажима (армирующего кольца) вокруг части прута с пазами или с прорезью. Следующим этапом является получение радиальной проточки на пруте с тем, чтобы удалить материал оснований пазов, образовав из оставшихся сегментов и армирующего кольца инерционную массу. Этапы должны выполняться в указанном порядке[3].

Однако известный метод не позволяет изготавливать современные акселерометры, в которых все корпусные и несущие детали изготавливаются из легких металлов, таких как дюралюминий или титан, а инерционные массы - из тяжелого, такого как вольфрам. Недостатком, свойственным данной конструкции, является отсутствие возможности использование в датчике различных материалов для основания и инерционных масс, что не дает возможность получения высоких потребительских свойств, таких как малогабаритность в сочетании с высокой чувствительностью и собственной частотой.

Заявляемый в качестве изобретения метод изготовления силовых измерительных датчиков подобной конструкции позволяет избавиться от указанных недостатков.

Указанный технический результат достигается тем, что в конструкцию датчика добавлен предварительный усилитель, подключенный к чувствительным элементам, а сам метод изготовления включает минимум операций на электроэрозионном станке и содержит следующие этапы. На первом этапе происходит подготовка комплектующих и сборок. То есть изготовление из пружинной стали армирующего кольца; изготовление из вольфрамового сплава кольцевой насадки с конической наружной фаской; изготовление титанового шестигранного основания с резьбовым креплением с одного торца, а с другого - с цилиндрической стойкой с наружной фаской и посадочным цилиндрическим пояском и напрессовка кольцевой насадки на стойку основания; изготовление титанового стаканообразного корпуса с коаксиальным разъемом или кабелем. Второй этап - это станочная сборка датчика. Этот этап включает в себя закрепление сборки в вертикальном осевом креплении станка электроэрозионной проволочной резки, выполнение в фиксированных положениях трех плоскопараллельных аксиальных вертикальных пазов, установка чувствительных элементов в пазы, напрессовку, т.е. горячую посадку армирующего кольца на кольцевую насадку с пьезоэлементами, выполнение горизонтальных радиальных разрезов/пазов под армирующим кольцом для образования инерционной массы и установки и закрепления корпуса и подсоединения к выходу предварительного усилителя центрального вывода разъема.

Перечисленные этапы сборки удобны для выполнения на станке электроэрозионной резки, позволяющей получать тонкие прорези с высокой степенью точности и качеством поверхности.

Такой метод изготовления силового датчика устраняет основные недостатки прототипа, т.е. позволяет использовать в датчике различные материалы для основания и инерционных масс, что дает возможность изготовления малогабаритных датчиков в сочетании с высокой чувствительностью и собственной частотой.

Сущность изобретения поясняется чертежами на примере изготовление силового измерительного датчика определенного типа, а именно акселерометра.

Фиг.1 показывает изображение комплектующих деталей акселерометра. Фиг.2 - изображение сборок, поступающих на станочную сборку по предлагаемому данным изобретением способу. Фиг.3 - изображение трех вертикальных пазов, выполняемых в сборке проволочной резкой. Фиг.4 показаны три горизонтальных радиальных разреза с тем, чтобы удалить материал оснований пазов и отделить инерционную массу. На Фиг.5 показан вид полностью собранного акселерометра.

Изготовление акселерометра осуществляется в специальной технологической оправке на станке, позволяющем производить прессовую посадку и эрозионную проволочную резку в двух ортогональных плоскостях.

Для сборки акселерометра используются три сдвиговых пьезокерамических или пьезокристаллических пьезоэлемента 3 и малогабаритный предварительный усилитель 6 с вынесенной нагрузкой, питающийся по двухпроводной линии. Чувствительные сдвиговые пьезоэлементы 3 располагают между боковой поверхностью стойки 2 и сегментами инерционных элементов (масс), на угловом расстоянии 120° друг от друга, вся конструкция удерживается на месте при помощи стягивающего пружинного кольца 5. Основание 1, включающее в себя стойку 2 с фаской 11, посадочным пояском 9 и крепежной резьбой 10, изготавливают из шестигранника на токарном станке и на его стойку 2 напрессовывают до упора кольцевую насадку 13. Высота насадки больше высоты пьезоэлементов 3, но меньше высоты стойки 2. Электроэрозионной проволочной резкой параллельно оси основания 1 через 120° прорезают три плоскопараллельных аксиальных вертикальных паза шириной, равной толщине пьезоэлементов и глубиной несколько большей их высоты, но меньшей высоты стойки 2, расстояние прорезей от оси основания 1 выбирают из конструктивных соображений. С соблюдением одинаковой ориентации полярных осей (видна по фаске на пьезоэлементе) осуществляют установку чувствительных элементов 3 в пазы. Далее напрессовывают на прорезанную насадку с пьезоэлементами армирующее кольцо 5. Электроэрозионной резкой выполняют три радиальных горизонтальных разреза/паза через 120° на вольфрамовом кольце 13 с тем, чтобы удалить материал оснований пазов и отделить инерционную массу от основания. Предварительный усилитель 6 приклеивают к верхней части стойки и его вход проводом 12 соединяют с внешними электродами пьезоэлементов 3 через стягивающее кольцо 5. Центральное гнездо коаксиального разъема 7, размещенное в центре крышки 8, соединяют с выходом предварительного усилителя 6 проводом 4. Крышка 8 надевается на посадочный поясок 9, прижимается к основанию 1 и приваривается.

Заявляемый в качестве изобретения метод позволяет изготавливать современные акселерометры, в которых все корпусные и несущие детали изготавливаются из легких металлов, таких как дюралюминий или титан, а инерционные массы - из тяжелого, такого как вольфрам. Датчик оснащается предварительным усилителем, что дает малогабаритность в сочетании с высокой чувствительностью и собственной частотой и возможностью работы с длинным кабелем.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №267222, МПК G01Р 15/08, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР №1545171, МПК G01Р 15/09, 1985.

3. US №4180892, МПК H01L 41/22,01.01.1980.

Метод станочного изготовления и сборки акселерометра, включающий использование предварительно изготавливаемых стаканообразного корпуса с коаксиальным разъемом или кабелем; малогабаритного предварительного усилителя с вынесенной нагрузкой; армирующего кольца из пружинного металла и трех сдвиговых пьезоэлементов; устанавливаемых в прорезанные в основании в фиксированных положениях через 120° трех плоскопараллельных аксиальных вертикальных паза с шириной, равной толщине пьезоэлементов, и удерживаемых в этих пазах напрессованным армирующим кольцом, образующих после выполнения под армирующим кольцом в тех же фиксированных положениях трех радиальных горизонтальных паза, инерционную массу, отличающийся тем, что корпус и шестигранное основание выполняют из легкого металла с резьбовым креплением с одного торца, а с другого - с цилиндрической стойкой и посадочным цилиндрическим пояском; кольцевую насадку выполняют из тяжелого металла, предварительный усилитель закрепляют внутри корпуса на дне, соединяют его общий конец с корпусом, его выход соединяют с центральным выводом разъема или кабеля, прорезание пазов и сборку осуществляют на электроэрозионном станке проволочной резки, путем вертикальной установки в осевом резьбовом отверстии основания с предварительно напрессованной на стойку кольцевой насадкой, соединяют электроды пьезоэлементов через армирующее кольцо со входом предварительного усилителя и герметично закрепляют корпус на посадочном пояске.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных пьезоэлектрических устройств - фильтров, резонаторов, линий задержки на поверхностных акустических волнах.
Изобретение относится к области технологии изготовления пьезоэлектрических резонаторов и может быть использовано для изготовления кварцевых термочувствительных пьезоэлектрических датчиков-измерителей, применяемых в качестве прецизионных измерителей.

Изобретение относится к измерительной технике, конкретнее к области электрических измерений параметров импульсных механических нагрузок в виброакустике и физике взрыва.

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано при анализе газовых выбросов производства красителей. .

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений (детектирование и анализ) и может быть использовано при анализе газовых выбросов предприятий, в частности, для определения концентрации анилина.
Изобретение относится к способам изготовления акустических преобразователей, преимущественно пьезокерамических ультразвуковых преобразователей, отличительной особенностью способа является настройка акустического преобразователя на оптимум АЧХ путем корректировки геометрии мембраны.

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано в сейсмологии для контроля и измерения параметров колебаний почвы на суше и в море, вызываемых искусственными или естественными источниками вибраций.
Изобретение относится к технологии изготовления многослойных изделий, обеспечивающих передачу акустической энергии с минимальными потерями на границах различных материалов.
Изобретение относится к акустоэлектронике и может быть использовано при изготовлении устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ). .

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к измерительным элементам линейного ускорения. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения и углового положения относительно горизонта, и в частности для коррекции положения при измерениях прецизионными датчиками давления.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в точном машиностроении и электронной технике. .

Изобретение относится к датчикам, а конкретно, к пьезоэлектрическим акселерометрам, используемым в качестве сейсмодатчиков. .

Изобретение относится к области измерения параметров движения, в частности к измерению акселерометрами ударных ускорений. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения виброускорений промышленных объектов, а также для вибрационного анализа и вибромониторинга промышленного оборудования в условиях высоких промышленных наводок и помех.

Изобретение относится к измерению параметров динамических механических величин. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезоэлектрическим акселерометрам, предназначенным для измерения вибрационных и ударных ускорений. .

Изобретение относится к устройствам для формирования сигнала пьезоэлектрического датчика для передачи по двухпроводному интерфейсу. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам электрических измерений неэлектрических величин, и может быть использовано для измерения виброускорений промышленных объектов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерительным элементам линейного ускорения
Наверх