Пьезоэлектрический выключатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ 11862846 Союз Советских Социалистических Республик.СССР оо дедам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 070981 Иностранец Петер Кляйншми(72) Автор изобретен остранная фирмаСименс Агф(ФРГ) 71 Заявитель ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ зменениям, он способен р гировать а изменения температуры окружающей реды точно так же, как и на возействующие по назначению силы давлеия. В результате может возникать ожное срабатывание. Кроме того, оскольку пластина преобразователя меет относительно малую толщину, ри чрезмерном или не соответствуюем по направлению воздействии, моут возникать неконтролируемые иска- ения выходного сигнала.Целью изобретения является повыение помехоустойчивости путем исклюения ложного срабатывания при измеении температуры.Поставленная цель достигается тем, то в пьезоэлектрическом выключателе, одержащем преобразователь,выполнений в виде пластины из пьезокерамиеского материала, снабженной электодами на ее противоположных сторонах оскости которых перпендикулярны иапавлению поляризации, и выводами для одключения нагрузки таким образом, то стороной приложения давления явяется торцовая поверхность преобраэо ателя, пластина преобразователя поляизована в нижней части, противопоожной торцу приложения давления Изобретение относится к пьезотех- инике, в частности к пьезоэлектричес- нким выключателям, и может быть исполь- сзовано в качестве датчика включения 5 дили выключения в электронных схемах навтоматики, лИзвестны пьезоэлектрические выклю- пчатели, основным элементом которых иявляется пьезоэлемент в виде пласти-.1 О ины с электродами 1). Под действием щприложенной силы пьезоэлемент дейтор-гмируется и эа счет пьезоэффекта на жэлектродах возникает электрическийсигнал.ШИзвестен, в частности, пьезоэле- чктрический выключатель, содержащий нпреобразователь, выполненный в видепластины из пьезокерамического мате- .чриала, снабженной электродами на ее спротивоположных сторонах, плоскости н.которых перпендикулярны направлению чполяризации, и выводами для подклю- рчения нагрузки таким образом, Что . плстороной приложения давления явля р.ется торцовая поверхность иреобразо ивателя 2.Недостатком известного выключате- лля является чувствительность преобра- взователя к более или менее кратко- рвременно возникающим температурным л20 верхняя неполяризованная часть пластины снабжена дополнительными электродами, образующими емкость, включеннуюс резисторами нагрузки в схему запирания высоких частот.Поляризованная часть пластины сэлектродами, образующая емкость,включена в схему запирания низких частот.Пластина преобразователя снабжена элементами жесткости, выполненными в виде слоев из пластмассы, нанесенных на боковые стороны пластины.На фиг. 1 показан предлагаемый. пьезоэлектрический выключатель;на фиг. 2 - преобразователь; на 15фиг. 3 - электрическая схема вклю, чения преобразователя; на фиг. 4эквиваЛентная электрическая схемавключения пьезоэлектрического выключателя.Пьезоэлектрический выключатель(фиг. 1) содержит корпус 1 с опорной плитой 2, внутри которого в элементах крепления 3 и 4 установленпреобразователь, выполненный в видепьезокерамической пластины 5, снабженной парными электродами 6 и 7.Пьезопластина оснащена элементамижесткости 8, выполненными в виде слоев из пластмассы на противоположныхповерхностях пластины. Выключательможет крепиться при помощи выступов9 с выемками 10. Электроды имеютвыводы 11, с помощью которых могутсоединяться с электрической схемой.Направление рабочего воздействия навыключатель показано стрелкой Г.Преобразователь (фиг. 2) выполненв виде пьеэокерамической пластины 5,имеющей размер, НхВхд, где Н - высота, В - ширина, а й - толщина пластины. На пластине размещены электроды6 и 7,В качестве материала пластины может использоваться, например, титанат бария и свинцевотитановый цирконат с добавками, улучшающими пьезоэлектрические свойства,Пластина 5 поляризована тольков зоне электродов 7, благодаря чемуобразуется активная область преобразователя (на фиг. 2 - размер И).В зоне электродов 6 пластина неполяризована и образует пассивную областЬ преобразователя. Направлениеполяризации показано стрелками.При силе нажима пальцем наиболееблагоприятные значения В лежат впределах 3-30 мм, значение ; Нпримерно на порядок больше значенияй, а размер д предпочтительно менееО,Ь мм, причем нижний его предел 60ограничен технологическими воэможностями изготовления керамическойпластины.Пассивная область пластины преобразователя служит теплоизолято ром, поэтому тело преобразователя изолировано от быстрых изменений температуры. Благодаря этому термонапряжение нарастает значительно медленее, чем пьезоэлектрическое полезное напряжение.Электронная схема, пригодная для работы с пьезоэлектрическим выклю" чателем (фиг3 и 4), содержит резистор 12 который совместно с емкос" тью 13, образованной электродами 7, составляет фильтр низких частот для закорачивания медленных сигналовФ вызванных изменением температуры/ а также транзисторы 14 и 15 для усиления полезного сигнала до величины, достаточной для срабатывания исполнительного устройства 16, например электромеханического реле. Кроме того, схема содержит резистор 17, который совместно с емкостью 18, образованной электродами 6, служит схемой эапирания высокочастотных импульсов напряжения, которые могут возникать при сильных сотрясениях выкрючателя. Высокочастотные импульсы при этом практически замыкаются на землю, в то время как полезный сигнал, частота которого значительно ниже, беспрепятственно проходят на вход транзистора 14.Таким образом, благодаря тому, что пластина пьезопреобразователя, снаб-. женного электродами, поляризована только в нижней части, противоположной торцу, к которому приложено рабочее воздействие, повышается помехоустойчивость пьезокерамического выключателя за счет исключения возможности ложного срабатывания как от изменения температуры, так и от вибраций. формула изобретения1. Пьезоэлектрический выключатель, содержащий преобразователь, выполненный в виде пластины иэ пьезокерамического материала, снабженной электродами на ее противоположных сторонах, плоскости которых перпендикулярны направлению поляризации, и выводами для подключения нагрузки таким образом, что .стороной приложения давления является торцовая поверхность преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения помехоустойчивости путем исключения ложного срабатывания при изменении температуры, пластина преобразователя поляризована в нижней части, противоположной торцу. приложения давления,2, Выключатель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что верхняя, неполяризоваиная часть пластины снабжена дополнительными электродами, образующими емкость, включенную с резисторами нагрузки в схему запирания высоких частот.,ВНИИПИ Заказ 6649/57 Тираж 784 Подписное ПП ФПагентф, г, Ужгород, ул. Проектная лиал 3. Выключатель по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ н й с я тем, что поляризованная часть пластины с электродами, образующая емкость, включена . в схему запирания низких частот,4, Выключатель по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что пластина преобразователя снабжена элементами жесткости, выполненными в виде слоев из пластмассы,-. нанесенных иа боковыестороны пластины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе;1. Патент Германии 9 756697,кл. 42 к 1404, опублик. 1952.2. Физическая акустика. Под ред.У.П.Мээона, т. 1, ч. А, М., "Мир",1966, с. 288 (прототип),