Способ регулировки пьезоэлектрического преобразователя

 

С©юз Советских.

Социалистические

Республик (i i> 7()8234 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.01.78 (2! ) 2568609/18-10 с присоединением заявки РЙ (23 ) П р нор итет

Опубликовано 05.01.80. Бюллетень М 1

Дата опубликования описания 08,01.80 (5l)M. Кд.

601 Р 15/08

Гооудоротеенный коеетет

СССР ео делам каобретекей я открытей (53) УДК 531.768 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Козлов, В. В. Янчич, В. И. Допсков и О. П. Крамаров

Ростовский ордена. Трудового Красного Знамени государственный университет (54) СПССОВ РЕГУЛИРОВКИ ПЫ.ЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быль использовано при калибровке и регулировке пьезоэлектрических преобразователей, предназначенных для измерения, например, силы пли ускорения.

Известны способы регулировки и настройки пьезоэлектрических преобразователей ускорения, по которым производят разворот двух закрепленных между основанием и инерционной массой пьезс электрических круглых пластин относительно друг друга, что приводит к взаимокомпенсации поперечной чувствительности отдельных пластин и снижению пс перечной чувствительности преобразователя в целом jl). Разворотом пластин удается снизит -. поперечную (боковую) чувствительность только до величины

3-5%, что обусловлено влиянием контактных явлений, а также неодинаковостью характеристик пластин. Кроме того, способы применимы только для преобразователей, содержащих кольцевые или дис-. ковые пьезоэлементы, работающие на деформации растяжения — сжатия.

Известен способ регулировки пьезоэлектрического преобразователя ускореtния (2J, заключающийся и компенсации

5 зарядов па рабочих электродах пьезоэлектрического элемента зарядами на дополнительных электродах, возникающих при действии на преобразователь

IO ускорения перпендикулярно его рабочей оси. К недостаткам известного способа следует отнести то, что он требует наличия вспомогательных элементов, а именно дополнительных электродов, что усложняет и замедляет процесс регулировки преобразователя. Само по себе нанесение дополнительных электродов и последующее изменение их плошади являе тся технически сложной задачей. К роме того, большинство пьезоэлектрических элементов, используемых в преобразователях, имеют сравнительно малые нерабочие поверхности. Это затрудняет нанесение дополнительных электродов, сужает

+ +5

3 7 область применимости известного способа регулировки преобразователей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ регулировки, по которому на пьезоэлемент осуществляется статическое физическое воздействие (давление) за счет поджатия пьезоэлемента между основанием и инерционным элементом, что приводит к снижению поперечной чувствительности преобразователя )3).

В этом способе уменьшение поперечной чувствительности за счет поджатия пьезоэлемента обусловлено контактными явлениями и в основном изменением площади контакта соприкасающихся поверхностей. При достижении определенного снижающего усилия контактная площадь уже не изменяется и величина поперечной чувствительности стабилизируется (на уровне 2-4%). Таким образом, рассматриваемый способ имеет огра ничение снизу по величине уменьшаемой поперечной чувствительности и применим только для конструкций преобразователя с предварительно поджатым пьезоэлементом, работающим на деформации растяжения — сжатия.

1Лелью изобретения является повышение точности за счет снижения поперечной (боковой) чувствительности.

По новому способу определяют величину и направление боковой (поперечной) чувствительности преобразователя. Затем в зоне максимума боковой чувствительности преобразователя на его пьезоэлемент производят кратковременное локальное физическое воздействие, причем тип воздействия выбирают, исходя из формы пьезоэлемента, а время локального воздействия определяют в зависимости от времени релаксации и закрепления поляризованного состояния выбранного материала пьезоэлемента.

В общем случае боковая (поперечная) чувствительность преобразователя — суть проявления различного рода неоднородностей в преобразователе„в том числе неоднородности свойств пьезоэлементов.

В результате действия на преобразователь боковых ускорений (усилий) на электродах пьезоэлемента возникают разноименные заряды, которые в силу упомянутых неоднородностей компенсируются не полностью и приводят к появлению боковой чувствительности. В разработанном способе предлагается с помощью локального физического воздей082 34 4 ствия вводить в пьезоэлемент новые неоднородности, которые бы компенсировали результат действия как имеющихся неоднородностей пьезоэлемента„так и неоднородностей всей KQHc pvKILBH пре образователя. Локальное физическое воздействие в определенной области пьезоэлемента изменяет степень поляризации, это улучшает компенсацию разноименных 0 зарядов на электродах и приводит к более эффективному снижению боковой чувствительностии.

Способ регулировки с це.;тью снижения боковой чувствительносч;; применим прак15 тически ко всем конструкциям преобразователей, так KGK работа проводится с основным элементом всех пр збразовате IBH — пьез о зле ме нтом.

Наиболее эффективное решение боко20 вой чувствительности достигается при локальном воздействии па области нь зоэлемента, расположенные вдоль оси максимума боковой чувствите,l--ности. Тип физического воздействия за.-,ис-: г от формы пьезоэлемента, а велi -!HHB воздействия определяется ш.."-.зо,.атериалом.

На фиг. 1 показано как реализуется предложенный способ уменьшения поперечной ч;в твптельности ц" нтрироза f.—— ного пьезоэлемента преобразователя ускорения.

Конструктивно преобразователь выполнен следующими образом: пьезоэлектрический кольцевой элемент 1 закреплен между основанием 2 и иперц янной массой 3, которая выполнена в виде

Т-образного тела врашенпя так, чтобы центр тяжести инерционной . .ассы 3 и пьезоэлектрического элем-л;-а 1 совмещался в одной то .ке, При такой форме пьезоэлемента локально воздейсчвие электрическим полем с цех;: ю изменения поляризованного состояния невозх1:хно, так как электрод у пьезоэлемента сплошной и электрическое поле будет де."1с,в; вать не локально, а на весь пьезоэлемент. Здесь имеет смысл использовать либо локальный нагрев, либо локальное давление на пьезоэлемент. Рассмотрим последнее физическое воздействие. После нахождения величины и направления максимума поперечной чувствительности при помощи пресса с накладками 4 (cM,. фиг. 1) на сек ср кольцевого пьезоэлемента, находлцийс» в направлении максимума, осуществляют локальное давление. Для пьезокерамических элементов из материала UTC-19 величина давпеО8234 6 максимума поперечной чувствительности преобразователя нагревают с поллоиью капли припоя боковую поверхность пьезоэлемента, Йля пьезоэлементов из керамики LITC-19 температура нагрева сосо тавляет 250 С и глительность — 10 лпщ.

Применение локального физического воздействия не ограничивается только преобразователем ускорения, для которых

t0 приведены конкретные примеры, С его помощью возможна регулировка и силоизмертительных преобразователей н прем образователей давления с целью снижения боковой чувствительности, т.е. чувствительность к неизмеряелым компонент им сил и давлений.

5 7 ния составляет 850 кг/см и длительность — 5 мин. Поперечная чувствитель— ность образцов снижается с 4 до 1,5;о при практически неизменной рабочей чувствительности.

На фиг. 2 (а,б,в) показано применение электрического поля в качестве локального физического воздействия при снижении поперечной чувствительности, В монокерамическом преобразователе ускорения типа МКА-8 имеется шесть пьезоэле ме нтов, пере коммутированных между собой соответствующим образом.

После нахождения величины и направления максимума поперечной чувствительности выделяют пару пьезоэлементов, находящихся в зоне максимума, и осуществляют на них воздействие подполяризующим электрическим полем, Остальные пьезоэлементы при этом закорачивают на землю (фиг. 2в). Для преобразователей из керамики ЦТС-19 величина электрического поля составляет

20 кв/см и длитесь ность — 1,5 мин. Поперечная чувстительность образцов уменьшается примерно в аа раза.

Пример использования в ка тестве физического воздействия нагрева представлен на фиг. 3. Б преобразователе ускорения пьезоэлемент 1, выполненный в форме диска со сплошными электродами, закрепчен основанием 2 и инерционной массой 3, Здесь невозможно использовать в качестве локального физического воздействия ни давлен;е, так как ойо буде г передаваться на весь пьезоэлемент, ни электрическое поле, так как электроды сплошные и действи поля будет осуществляться на весь пьезоэлемент.

Поэтому здесь наиболее э фективным будет действие нагрева на,торцовую) Go т ковую;асть пье аэлемента„В держателе

4 с нагревателем 5 находится капля припоя 6, расплав "koklkk0I о H нагретого до определенной температуры контролируемой термопарой 7 (фпг.З), В зоне

Формула изобрете ния

Способ регулировки пьезоэлектрического преобразователя заключающийся в

1 определении величины и направления боковой чувствительности и физическом воздействии на пьезоэлемент, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя за счет снижения боковой чувствительности, определяют зону максимума боковой чувствительности, 30 производят в ней локальное физическое воздействие, тип которого выбирается в соответствии с формой пьезоэлемента, а время воздействия определяется с учетом времени релаксации и закрепления поля3 ризованного состояния литериала пьезоэлеме нта.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

Х. Иориш Ю. И. Виброметрия, Мащгиз . М., 1963, с, 571.

2. Авторское свидетельство CCCF

М 373626, кл ф01 Р 15/08, 1967.

3. Экспресс-информация, Испытательные приборы и стенды", 1971, Np 1, реф. 2, с. 6-11 (прототип), 7 08234

1 „

Ягв g

Составитель Н. Мараховская

Редактор П. Бибер Техред О, андрейко; Корректор В ° Бутяга

Заказ 8476/38 Тираж 10 19 . Подгисное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4