Пьезоэлектрический преобразователь его варианты

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 947768(22) Заявлено 03. 07. 80 (21) 2950027/18-10 Р 1)М.К . с присоединением заявки Р 2949983/18-10 С 01 Р 15/09 Государственный комитет ссср по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 300782 Бюллетень М 28 Дата опубликования описания 30.07.82 53 УДК 531. 76 8(72) Авторыизобретения О.П.Крамаров, М.В.Богуш и С.О.Крамаров Ростовский ордена Трудового Красного Знам государственный университет2 Изобретение отйосится к измерительной технике.Известны пьезоэлектрические преобразователи, представляющие собой плоский пьезоэлемент, выполненный из пьезокерамического материала в ви де пластины, диска или кольца с электродами на больших поверхностях. В ряде конструкций пьезоэлементы, соединенные электрически последовательно или параллельно, собраны в пакет. В силоизмерительных датчиках пьезоэлемент или пакет пьезоэлементов размещены между корпусом и мембраной, передающей на них измеряемое усилие, а в акселерометрах - между корпусом и инерционной массой1).Недостатком этих преобразователей является то, что из-за различия модулей упругости пьезоматериала и материала корпуса, мембраны или инерционной массы поперечные деформации пьезоэлемента затруднены. Это приводит к потере чувствительности пьезопреобразователя и всего датчика в 25 целом.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, в котором пьезоэлемент размещен между-двумя прокладка ми, изготовленными из материала, модуль упругости которого не превышает модуля упругости пьезокерамики, например латуни. В этом случае стесненную поперечную деформацию испытывают прокладки, а не пьезоэлемент ) 21.Недостатком этого преобразователя является то, что выигрыш в чувствительности преобра зователм, гюлучаемый таким методом, небольшой, так как коэффициент Пуассона всех сплошных тел не выше 0,5.Цель изобретения - повышение рабочей чувствительности (коэффициента преобразования) пьезоэлектрического преобразователя.Поставленная цель достиГается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем пьезоэлемент, размещенный между двумя прокладками,последние изготовлены в виде гофрированных пластин.Прокладки могут быть выполнены в виде металлической или стеклянной сетки.Прокладки могут быть выполнены в виде плетеных сеток или мелких сводов, поставленных один подле другого, причем поперечная жесткость этих упругих тел ниже поперечной жесткости пьезо 947768элемента, а абсолютное значение относительной деформации вдоль плоскостиконтакта с пьезоэлементов к относительной деформации по толщине прокладки выше 0,5. упомянутые упругие телапод действием внешней силы имеют боль 5шую поперечную деформацию, чем пьезо-,элемент, В результате этого на границепьезоэлемент-прокладка появляются тангенциальные силы, а вместе с ними вобъеме пьезоэлемента появляются поперечные механические напряжения,возбуждающие поперечный пьезоэффекти общий сигнал пьезоэлемента существенно увеличивается. Дополнительный сигнал, генерируемый поперечными механическими напряжениями темвыше, чем больше коэффициент ПуассокЬа прокладки.На чертеже приведена принципиальная конструкция предлагаемого преобразователя,Предлагаемый преобразователь состоит из пьезоэлемента 1, расположенного между двумя гофрированными прокладками 2 (для получения больщоговыигрыша в чувствительности гофрирование сделано в двух взаимоперпендикулярных направлениях),Как показывает расчет, чувствительность й/Е силоизмерительногопьезопреобразователя, состоящего изпьезоэлемента, размещенного междудвумя прокладками, зависит от соотно.шения упругих свойств материаловпьезоэлемента и прокладки,0 ( к) и)к) +11 к)1 (ии+1)Е, (ч(Ь)+(Икф)Еи -где Ек и Чки Чи -- соответственно модули Юнга и коэффициенты Пуассона материаловпьезоэлементаи прокладки 1Ни 2 толщины прокладки и пьезоэлемента;Й и й, - продольный ипоперечныйпьезомодули.Если в преобразователе в качестве прокладок установить, например, оргстекло (Е 1= 0,2 ф 104 кгс/см, Чу - 0; 38), модуль упругости которого значительно ниже модуля упругости пье зояерамики, то чувствительность пье зойреобразователя дополнительно увеличится1 +У)- (1 +Ч,)так как Е иЕк60Анализ формулы (2) показывает, что существует возможность дальнейшего повышения чувствительности силоизмерительного пьезопреобразователя за счет вариации коэффициента Пуассона 65 прокладки. Однако для всех известнйх материалов М0,5.В предлагаемом преобразователе пьезоэлемент размещается между упругими конструкциями, поперечная жесткость которых ниже поперечнойжесткости пьезоэлемента (член при Й 1 О) и .наряду с этим, абсолютное значение отношения относительной деформации вдоль плоскости контакта с пьезоэлементом к относительной деформации вдоль направления действия силы (аналог коэффициента Пуассона для сплошных тел) выше 0,5, например гофрированными пластинами или плетеными сетками или мелкими сводами, расположеннымидруг подле друга.В этом случае член при д может быть увеличен более, чем в 3 раза и общая чувствительность преобразова" теля заметно возрастает.Для пластины, гофрированной по одному из размеров, аналог коэффициента Пуассона М равенд = с 3 Ы,где с(. - половина угла гофрированияЧ в зависимости от угла сС.может изменяться в самыхшироких пределах от 0 дооОчевидно, что для таких конструкций, как концентрическая гофрированная пластина плетеная сетка, представляющая собой систему гофрированных проволочек, купола различной формы которые в сечении являются также гофрами, параметр можно изменять в широких пределах и,используя их в качестве прокладок, повышать чувствительность силоизмерительных пьезопреобразователей.Достоинством прокладок в виде сеток является простота их изготовления, так как сетки выпускаются отечественной промышленностью. Монолитная гофрированная пластина более прочна, чем сетка. Перфорирование монолитной пластины облегчает ее гофрирование при изготовлении концентрических гофров, позволяет уменьшить угол гофра без разрушения пластинкиПреимуществом прокладок в виде мелких куполов, поставленных один подле другого, является возможность с помощью набора однотипных куполов делать прокладки для любого типоразмера пьезоэлементов.Формула изобретения1. Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезоэлемент, расположенный между двумя прокладками,о тл.и ч а.ю щ.и й с я тем, что, с целью повышения рабочей чувствительности пьезопреобразователя, прокладки выполнены в виде гофрированных пластин2, Преобразователь, содержащий пьезоэлемент, расположенный между двуМя прокладками, о т л и ч а ю/68 Тираж 887ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий35, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 аказ 562 писное илиал ППП фПатент, г. Ужгород,оектна,щ и й с я тем, что, с целью повышения рабочей чувствительности пьезопреобраэователя, прокладки выполненыв виде металлической или стекляннойсетки. 3Преобразователь, содержаший пьезоэлемент, расположенный между двумя прокладками, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения рабочей чувствительности пьезойреобразователя, прокладки выполне-.ны в виде отдельных .мелких сводов,расположенных один подле другогоИсточники информациипринятые во внимание при экспертизе5 . 1. Иориш Ю.ИБиброметрия. М.,Гос, Науч. техн, изд-во машиностроит.лит-ры, 1963,.с. 563-.569,2. Авторское свидетельство СССРР 371517, .кл 6 01 Р 15/08, 197310 (прототип) .