Пьезоэлектрический преобразователь ускорения

 

О П И С А Н И Е (11,964549

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союэ Советскик

Социапистическин

Респубиик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.11.80 (21) 3005103/18-10 с присоединением заявки № (23)Приоритет Опубликовано 07.10.82. Бюллетень № 37 (5! )М. Кл.

С,01 Р 15/09

3Ьнуюрсжнный комитет

СССР ао овнам нзабрвтеннй н вткритнЯ (53) УДК531.768 (088.8) Дата опубликования описания 08.10.82 (72) Автор изобретения

Н. К, Ерофеев

ФСКСОЮЗМт,и АтейтйОПеиииграи«ид ордена Панина и ордена ара«» МюрййнаЕСИде механический институт

НьЛЙОТЕЬА. (7) } Заявитель. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УСКОРЕНИЯ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано, в частности, для измерения ударных ускорений, усилий, давлений и других физических величин.

Известен пьезоэлектрический преобразователь ускорения, состояяпФ из корпуса, инерционного тела, пьезоэлектрическо= го элемента. Пьезоэлектрический элемент имеет электроды для снятия генерируемыФ в зарядов, причем эти электроды приклеены и, следовательно, жестко связаны с корпусом и инерционным элементом (1).

Известен ь ускорения, состоящкй из таких же элементов, пьезоалектрический элемент которого таике жестко связан с инерпионным .телом и корпусом и имеет электроды для снятия снарядов на свободных поверхноотях, не связанных с другими элементами го преобразователя (2).

Недостаткам указанных преобраэова телей является. наличие в конструкции жесткой механической связи между пьезо

2 алементом и корпусом преобразователя, что сопряжено с повышенной чувствитель костью таких преобразователей к неизмеряемой деформации корпуса преобразс -, вателя и обьекта измерения.

Наиболее близким к изобретению является пьезоалектрический преобразователь ускорения, который состоит из раоположенного в корпусе инерционного тела и пьезоэлемента, припаянного к корпусу и инерционному телу 53).

Недостатком известной конструкции является сравнительно низкая точность измерения ускорений. Низкая точность пьеэоакселерометров такого типа обусловлена наличием жесткой механической свяеи между пьезоэлементом и корпусом преобразователя, вследствие чего пвезопреобразователи ускорения оказываются весьма чувствительными к воздействию неизмеряемых деформаций объекта, всат да присутствувяцих при измерении ускорения. В преобразователе ускорения измеряемое ускорение в конечном счете также преоб964549

3 разуется в деформацию пьезоэлемента, вы» зываемую воздействием инерционного тела на пьезоэлемент . Поэтому чувствитель ность пьеэоакселерометра к деформации бывает весьма труднр устранить. В ряде

:случаев влияние изгиба иии растяжениясжатия поверхности объекта, на которой закрепляется преобразователь ускорения, оказывается преавалирукяцим, и тогда выходной сигнал преобразователя опреде- 1ф ляется не сколько воздействующим ускорением поверхности объекта, сколько изменением ее геометрии и размеров.

Э

Целью изобретения является повыше, ние точности измерения ускорений за 1S счет исключения влияния деформации объекта.

Поставленная цель достигается тем, что инерционная масса установлена с возможностью перемещения вдоль корпу- 20 са, образуя две герметичные полости, одна из которых заполнена жидким электроиэопяционным материалом.

На чертеже показана конструкция предлагаемого преобразователя ускорения.

В преобразователе в корпусе 1 расположены инерционная масса 2 и пьезоэлемент 3, Пьезоэлемент 3 выполнен из пироэлектрика и находится в расточке инерционной массы 2 и приклеен к нему.,Пьезоэлемент 3 поляризован по оси симметрии акселерометра и имеет на торцевых поверхностях электроды, причем верхний электрод приклеен к инерционной массе 2, а нижний электрод

35 свободен. К нижнему электроду припаян провод 4, изолированный от инерционного тела втулкой 5 и связанный посред.ством пайки со штырем электрического

40 разъема, образованного деталями 6 и 7 и реэьбовьгм выступом 8 корпуса 1, Инерционная масса 2 расположена в централь ной части полости 9 корпуса 1, что обес печивается с помощью двух спиральных пружин 10 и 11, находящихся в состо45 янии предварительного поджатия. Одновременно с помощью этих пружин осуществляется электрическая связь между верхним электродом пьезоэлемента 3 и корпусом 1 преобразователя. Пространст о во между корпусом и инерционным та лом как между торцами инерционной массы, так и между цилиндрической поверхностью инерционной массы и корпусом, заполнено конденсаторным маслом (не показано). С помощью прокладки 12 и пробки 13 обеспечивается герметичность полости 0, Пробка 13 имеет шпиц 14 ф дпя завинчивания пробки 13 в корпусе

1, а корпус 1 имеет шпицы на наружной поверхности 1 5 для завинчивания преобразователя в объекте измерения. При за винчивании пробки 1 3 в полости 9 преобразователя создается некоторое начальное давление.

Перед измерением преобразователь завинчивают в реэьбовое отверстие, предварительно изготовленное в объекте измерения, ось которого расположена в направлении измеряемого ускорения. К разъему преобразователя привинчивают электрический кабель для связи с вторичной измерительной аппаратурой.

Пьезоэлектрический преобразователь ускорения работает следующим образом.

В первом приближении можно считать, что при ударе все элементы объекта и преобразователя испытывают инерционные усилия, пропорциональные действующему ускорению, и если изменяется ускорение, то и инерционные усилия изменяются пропорционально ускорению. Пусть дпя определенности ускорение направле".. от пробки 1 3 к разъему преобразователя, тогда инерционное усилие, действующее на инерционное тело, направлено в сторону пробки l 3. Под действием этого усилия инерционная масса 2, имея слабую упругую связь с корпусом 1 посредством пружин 10 и 1 1, и(еодолевая их сопротивление, перемещается вниз, сжимая жидкость, расположенную в нижней части полости 9. При перемещении инерционной массы 2 происходит некоторое увеличение давления в нижней части полости

9 и соответствующее уменьшение давления в верхней части полости 9. При изменении направления ускорения знаки при« ращений давления изменяются на противоположные. Изменение давления жидкости, приложенное к пьезоэлементу 3, вызывает появление на его обкладке зарядов, пропорциональных измеряемому ускорению.

Электрические заряды вызывают появ ление электрического напряжения на электродах пьезоэлемента 3. Это напряжение по проводу 4 через инерционную массу 2 и пружины 10 и 1 1 поступает на разъем преобразователя и далее через соединительный кабель во вторичную аппаратуру для преобразования и регистрации.

Возникающая при ударе деформация объекта измерения передается на корпус

1 преобразователя, который жестко связан с объектом и подвержен по этой причине изменению размеров и геометрии

64549

5 Q отверстия объекта, в которое он завинчи вается.

Однако инерционная масса 2 с пьезоэлементом 3 со всех сторон окружена слоем жидкости и не имеет жесткого механического контакта с корпусом 1. Он находится в полости 9, заполненной жидкостью как-бы во взвешенном состоянии.

Механические деформации стенок корпуса 1 не могут быть переданы через слой жидкости и по этой причине деформация корпуса 1 не приводит к деформации пье» зоэлемента. Благодаря тому, что инерционная масса 2 имеет возможность пе.ремещения в направлении удара, изменение давления в полостях преобразователя оказывается прямо пропорциональным измеряемому ускорению.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь ускорения, содержащий корпус с разме

6 шенными в нем инерционной массой и пьезоэлементом, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения за.счет исключения влияния деформации объекта, инерционная масса установлена с возможностью перемещения вдоль корпуса, образуя две герметичные полости, одна из которых заполнена жидким электроиэоляционным

1о материалом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 109258, кл. G,,01 P 15/09, 1957.

2. Авторское свидетельство СССР № 129351, кл. С 01 P 15/09, 1961.

3. Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П. B. Новицкого.

Иэд. 5-е. "Энергия . Ленинградское отделение, 1975, рис. 11-9 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 7621 /25 Тираж 887 Подписное

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