Преобразователь механических усили) в электрическую величинуi«z: •: , .;: • я

Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЛ, Кл. 6 01 д 5/20 Я 1415742/18-24) вкиаявлено 3.11,197 присоединением Комитет по делам изобретений и открытириоритет УДК 531.14.083.8088.8 ри Сооето Миикстрое СССР1.1972, Бюллетень10 Опубликовано 1 та опубликования описания 15.Ж.1972 Авторыизобретения. И. Токарев, В. М, Плужников и В. В. Маловосковский ордена Трудового Красного Знамениинженерно-физический институт Заявите ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИ 1 В ЗЛ ЕКТРИ 1 ЕСКУЮ ВЕЛИЧ И НУ., и.идти 3 Преобразователь относится к элементам систем автоматического регулирования и может быть использован для измерения механических величин, например ускорения, деформации, усилия, а также для регулирования и стабилизации этих величин в заданном диапазоне.Известен преобразователь, состоящий цз индукционного тепзодатчика и схемы преобразования. Датчик состоит из двух частей (индуктивности), разделенных воздушным зазором, величина которого характеризует деформацию.Однако такой преобразователь имеет большой вес и габариты, Кроме того, для получения другого выходного параметра требуется дополнительное устройство с преобразованием амплитуды напряжения илп тока в этот параметр, например частоту,Предлагаемое устройство позволяет устранить эти недостатки и отличается тем, что в нем чувствительный элемент выполнен в виде пластины из сегнетоэлектрика с нанесенными на нее электродами, образующими нелинейные емкости, и позволяет в зависимости от способа подключения сегнетоконденсаторов и типа применяемой диэлектрической схемы получить преобразование указанных механических величин в требуемый параметр электрического сигнала. На фцг. 1 изображен чувствительный элемент предлагаемого устройства; ца фцг, 2 -конструктивное его оформле 1 ше; ца фцг, 3 -преобразование усилия в амплитуду перемен 5 ного электрического сигнала,Чувствительный элемент преобразователявыполнен в виде сегцетоэлсктрцчес 1 ОЙ пластиныы 1, представляющей собой, в частности,Х-срез сегнетовой солц. 1-1 г гранях, перпецдц 0 кулярных полярцоц осц Х, являющейся полярной осью в сегнетовой соли, нанесец 11 электроды 2 - 2, 3 - 3, 4 - 4, 5 - 5, которые образуют емкости. Пластина одной Х гранью прикреплена к неподвижному Осцовацц 0 б, в ко 5 тором имеется ряд выводов T для подсоединения к схеме.Усилие г передается через шток 8. Чувствигелшый элемент закрыт крышкой 9. Падение напряжения ца сопротивлении 10 про 11 О 110 ционально пршладываемому усилшо. Принцип действия преобразователя основанца взаимодействии элект 11 ческцх ц мехац.1 ческих полей в сегнетоэлектрцках.25 Известно, что если одновременно с электрическим на сегцетоэлектрцк действует ц механическое напряжение, то петля дцэлектрцчсского гистерезцса деформируется.Характер и величина этой деформации Зо определяется физической прцродой сегнето. УтехинамышниковаГревцова Редактор Техред А. Корректор Изд.375 Подписное а по делам изобретений овсте Министров СССР Рауновская паб., д. 4/5 Г 1 Заказ 94117 Тираж 448 ЦНИИПИ Комите и открв:тпй при С Москва, )К,погра фин, и р. Сапунова,электрика, его симметрией, взаимной ориентацией кристалла и механического напряжения.Если сегнетоэлектрик выше точки Кюри обладает пьезоэффектом, то в полярной фазе механическое напряжение может вызвать переполяризацию образца при условии, что оно приложено в направлении образования спонтантой деформации, т. е, механическое поле эквивалентно электрическому воздействию (например, сдвиг Х среза сегнетовой соли), Таким образом, с помощью механического напряжения возможно активно управлять процессом электрической переполяризации в некоторых типах сегнетоэлектриков, Это свойство лежит в основе работы преобразователя.Сдвиговое усилие т эквивалентно электрическому воздействи 1 о поля Е,. на кристалл, производящему поляризацию Р. образца (фиг. 1 б).Если одна грань, перпендикулярная оси, закреплена на неподвижном основании б, а ко второй приложено усилие Р при помощи приклеенного к этой грани штока 8, то значение эквивалентного переполяризующего поля Е пропорционально усилию.Способы измерения эквивалентного электрического смещения петли гистерезиса, а следовательно и усилие Р могут быть различными.В зависимости от типа применяемой диэлектрической схемы, построенной на основе сегнетоконденсаторов, может быть получено преобразование усилия в частоту, фазу, длительность импульса и т. д, Для измерения усилий пригодна мостовая схема.На фиг, 3 изображен вариант соединения конденсаторов С 2 - С 5, образованных электродами 2 - 2, 3 - 3, 4 - 4, 5 - б. Подключение производится таким образом, чтобы действие измеряемого усилия было эквивалентно при ложени 1 о электрического напряжения к одно му из узлов измерительнои д:1 агонали, т, е, 5 поляризация, зызванная механическим усилием, в сегнетоконденсаторах, прилегающих к одному узлу измерительной диагонали, направлена от этого узла, а поляризация сегнетоконденсаторов, прилегающих к другому узлу, 10 направлена к нему (фиг, 3). Если к пластинене приложено механическое усилие и мост сбалансирован, то падение напряжения на нагрузочном сопротивлении 10 равно нулю. Усилие Р вызывает в измерительной диагонали 15 моста токи четных гармоник, вели 1 ина и фаза которых определяются величиной и полярностью измеряемого усилия. Предмет изобретения Преобразователь механических усилий вэлектрическую величину, содержащий чувствительный элемент и схему преобразования, отличающийся тем, что, с целью упрощения 25 конструкции, уменьшения веса и габаритов иповышения надежности работы преобразователя, чувствительный элемент выполнен в виде пластины из сегнетоэлектрика пьезоактивного в неполярной фазе с нанесенными на 30 нее электродами, образующими ряд конденсаторов, подключенных в плечи моста преобразования с источником питания в одной диагонали моста и выходным резистором в другой, причем поляризация в сегнетоконденсаторах, 35 прилегаюгцих к одному узлу измерительнойдиагонали, направлена от этого узла, а поляризация в сегнетоконденсаторах, прилегающих к другому узлу, направлена к нему.