Биморфный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИ КЦМИЮЮЕШ СПУБЛИН 19) (11 3(59 Н 04 1( 1 ий ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) БИМОРФНсодержации две сособой пьезопластиоси которых парные внутренний и ЫИ ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ,единенные между ны, электрические аллельны, прямоуголь-. четыре одинаковыхЮ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ внешних электрода, расположенные параллельно внутреннему электроду попарно.на противоположных поверхностях, причем разделяюцие их токонепроводяцие промежутки одинаковы и расположены один над другим, о т л и ч аю ц и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения силы,внутренний электрод разделен на две равные части токонепроводящим промежутком, расположенным симметрично токонепроводяцим промежуткам внешних электродов, при этом каждая часть внутреннего электрода электрически соединенас двумя внешними электродами, расположенными на противоположных частяхпьезопластин. фНедостатком данных пьезопреобраэователей является нестабильность коэффициента преобразования консольно прикладываемой силы в электрический сигнал при вариациях точки ее приложения.Наиболее близким по технической 20 сущности к предлагаемому является би морфный пьезопреобраэователь, содержащии две соединенные вместе прямоугольные одинаково ориентированные пьезопластины, снабженные внутренним электродом и двумя внешними электродами, нанесенными на широкие грани пвезопластин по.всей поверхности эа исключением двух узких промежутков, расположенных один против другого и разделяющих каждый из внешних, электродов на две части 2 .Однако зависимость коэффициента 30 преобразования консольно прикладываемой силы в электрический сигнал при ,смещении места приложения силы на продольной оси преобразователя приводит к низкой точности измерения сил.Цель изобретения - повышение точности измерения консольно прикладываемой к биморфному пьезопреобраэователю силы при вариациях точки ее приложения,40 45 Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем две соединенные между собой пьезопластины, электрические оси которых параллельны, прямоугольные внутренний и четыре одинаковых внешних электрода, попарно расположенные параллельно внутреннему электроду на противоположных поверхностях, причем разделяющие их токонепроводящие про 50 55 межутки одинаковы, и расположены один над другим, внутренний электрод разделен на две равные части токонепроводящим промежутком, расположеннымсимметрично токонепроводящим промежуткам внешних электродов, при этомкаждая часть внутреннего электродаэлектрически соединена с двумя внешними электродами, расположенными на 60 противоположных частях пьезопластин. 65 Изобретение относится к пьезоэЛектрическим преобразователям, предназначенным, в частности, для измерения механических сил или массы предмета.Известны биморфные пьеэопреобразо. ватели, содержащие две соединенные вместе пластины из пьезоэлектрика (в дальнейшем, пьезопластины) с одинаковой ориентацией кристаллографических, осеи или одинаковой поляризацией, снабженные внутренним и двумя внешни ми электродами, нанесенными по всей поверхности широких граней пьезоплас" тин 1 Д . На фиг.1 представлен биморфный пьезопреобразователь,общий вид,в разрезе; на фиг.2 - то же, вид сверху.Биморфный пьезопреобразователь содержит две соединенные вместе прямоугольные пьезопластины 1 и 2 с нанесенными электродами. Пьезопластины представляют собой, в частности, М срезы кварца с параллельным направлением их кристаллографических осей, причем длина пьезопластины совпадает с механической осью кристалла, ширина " с оптической, а толщина - с электрической осью, имеющей, например, положительное направление от пластины 2 к пластине 1.При изготовлении пластин из поляризованной керамики указанное направление имеет поляризация каждой пьезопластины в преобразователе.Пьезопластины снабжены двумя группами секциями) электродов прямо" угольной формы, расположенных симметрично относительно продольной оси. Первую группу электродов составляет внутренний электрод 3 и два внешних электрода 4 и 5, нанесенных на главные грани пьезопластин один напротив другого. Вторую группу электродов составляют внутренний электрод б и два внешних электрода 7 и 8, нанесенных на главные поверхности пьезопластин один напротив другого. Внешние электроды 4, 5, 7 и 8 имеют одинаковые размеры по длине и ширине. Электроды 3-8 разделены токонепроводящими промежутками 9, 10 и 11, имеющими одинаковую длину и ширину и расположенными один против другого в направлении, перпендикулярном широким граням пьезопреобразователя. Внутренние электроды 3 и б могут не доходить до краев пьезопластин на каждом конце пьезопреобразователя с образованием, тем самым, токонепроводящих промежут- ков 12 и 13Кроме того, длина электрода 3 может отличаться от длиныэлектрода 6.Электроды 4, 5, 7 и 8 вместе с токонепроводящими промежутками 9 и 11 занимают центральную доминирующую по длине часть пьезопреобразователя. Свободные от электродов концевые участки пьезопреобразователя являются местом приложения изме. ряемых сил или взвешиваемых предметов (например, на правом конце) и посадочным местом для закрепления преобразователя соответственно, его левого конца) в неподвижной опоре " корпусе. датчика.. Промежутки 9-11, а также промежутки 12 и 13 между пластинами заполнены электроизоляционным материалом (в частности, клеем), близким по механическим свойствам и температурному коэффициенту линейного рас10597071 б ВНИИПИ Заказ 9860/60 Тираж 677 Подписноефилиал ППП "Патент"., г.ужгород,ул.Проектная,4 ширения к материалу пьезопластин 1 и 2. Кроме того, на внешние концевые участки пьезопластин 1 и 2, свободные от электродов 4, 5, 7 и 8, могут быть нанесены покрытия из электроизоляционного материала заподлицо с5 наружной поверхностью внешних электродов 4 и 7 с получением пьезопреобразователя в форме правильного прямо.;угольного параллелепипеда. В целому пьезопластины с нанесенными электродами и электроиэоляционным наполнителем благодаря применению напыления (химического осаждения), пайки и склеивания жестко соединены между собой и образуют монолитную неразъемную структуру.Все электроды 3-8 снабжены индивидуальными металлическими выводами 14-19, предназначенными для подключения пьезопреобразователя к злект рической схеме измерительного прибора. 11 ри этом металлические выводы 14-19 образуют два выходных узла (зажима) 20 и 21. В узел 20 соединены выводы 15 и 16 от .внешних элек тродов 4 и 5 первои секции преобразователя и вывод 17 от внутреннего электрода 6 второй секции преобразователя. В узел 21 соединены металлические выводы 18 и 19 от внешних электродов 7 и 8 второй секции пьезопреобразователя и вывод .14 от внутреннего электрода 3 первой секции.Пьезопреобразователь работает следующим образом.Закрепленный с помощью клея или винтов в корпусе датчика пьезопреобразователь изгибается под действием собственного веса, в результате чего на его электродах и на зажимах 20 и 21 появляются электрические заряды, 4 О не имеющие информационного значения, Поэтому в исходном положении осущест- вляется нейтрализация этих зарядов с помощью, например, кратковременного замыкания проводником зажимов 20 45 и 21. Под воздействием измеряемой силы приложенной на силоприемиом участке преобразователя в направлении от пластины 1 к пластине 2, происходит изгиб пластин, при котором слои пластины 1 испытывают деформации растяжения, а слои пластины 2 - деформации сжатия. В результате этого происходит поляризация пьезопластин, приче 4 вектор поляризации имеет величину, пропорциональную расстоянию текущего сечения пластины от точки приложения силы, и направлен в каждой пластине перпендикулярно их главным .граням от внутреннего слоя к наружным слоям. Величина суммарных зарядов на электродах 4 и 5 первой сек" ции, как наиболее удаленной от точки приложения силы, превышает величину зарядов на электродах 7 и 8 второй секции, причем разность этих зарядов оказывается пропорциональной действующей силе и расстоянию между серЕ- динами внешних электродов двух секций и не зависит от места приложения силы на силоприемном участке пьезопреобразователя.Выходной зарядЯ и пьезопреобразователя определяется выражениемг Выражение показывает, что выходной электрический заряд не зависит от места прило;ения силы Р ( 3пьезомодуль; 1 - длина электрода 7, 4, 5, 8, О - размер токонепроводящего промежутка между электродамиЬ толщина преобразователя).Использование предлагаемого биморфного пьезопреобразователя по сравнению с известными пьезоэлектрически-. ми биморфными датчиками обеспечивает повышение точности измерения силы или массывзвешиваемого предмета при ва- . риациях точки ее приложения на силоприемном участке пьезопреобразователя.