Пьезоэлектрический преобразователь ускорения

ОП ИСАН И Е 11,964549ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союэ СоветскикСоциапистическиаРеспубиик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 (. (л. С 01 Р 15/09 3 йвударсжиный комитат СССР ао авлам нзабрвтвннй н вткрцтнЯДата опубликования описания 08.10,82(72) Автор изобретения Н. К, Ерофеев ФЫ(.ОЮЗА У ЙАТЕНТНО.йМЮП%ИЧЕСКА 1 НьЛЙОТЕЬА Ленинградский ордена Ленина и ордена Красног механический институт1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано,в частности, для измерения ударных ускорений, усилий, давлений и других физических величин,Известен пьезоэлектрический преобразователь ускорения, состоящий из корпуса, инерционного тела, пьезоэлектрическо-го элемента. Пьезоэлектрический элементимеет электроды для снятия генерируемых,зарядов, причем эти электроды приклееныи, следовательно, жестко связаны с корпусом и инерционным элементом 1.Известен цьезопреобраэователь ускорения, состоящий из таких же элементов,пьезоэлектрический элемент котороготаике жестко связан с инерпионным телом и корпусом и имеет электроды дляснятия зарядов на свободных поверхноотях, не связанных с другими элементами 2 опреобразователя (, 2).Недостатком указанных преобраэователей является наличие в конструкциижесткой механической связи между пьезо 2элементом и корпусом преобразователя,что сопряжено с повышенной чувствителькостью таких преобразователей к неизмеряемой деформации корпуса преобразь.,вателя и обьекта измерения.Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический преобразователь ускорения, который состоит из раоположенного в корпусе инерционного телаи пьезоэлемента, припаянного к корпусуи инерционному телу 3,Недостатком известной конструкцииявляется сравнительно низкая точностьизмерения ускорений. Низкая точностьпьеэоакселерометров такого типа обусловлена наличием жесткой механической связи между пьезоэлементом и корпусомпреобразователя, вследствие чего пвезопреобразователи ускорения оказываютсявесьма чувствительными к воздействиюнеизмеряемых деформаций объекта, все 1 даприсутствующих при измерении ускорения.В преобразователе ускорения измеряемоеускорение в конечном счете также преоб964549 3разуется в деформацию пьезоалемента, вы зываемую воздействием инерционного тела на пьезоэлемент. Поатому чувствитель ность пьеэоакселерометра к деформации бывает весьма труднр устранить. В ряде :случаев влияние изгиба иии растяжения- сжатия поверхности объекта, на которой закрепляется преобразователь ускорения, оказывается преавалирукяцим, и тогда выходной сигнал преобразователя опреде ляется не сколько воздействующим ускорением поверхности объекта, сколько изменением ее гескетрии и размеров.Целью изобретения является повыше, ние точности измерения ускорений за 15 счет исключения влияния деформации объекта.Поставленная цель достигается тем, что инерционная масса установлена с возможностью перемещения вдоль корпу са, образуя две герметичные полости, одна из которых заполнена жидким электроиэоляционным материалом. На чертеже показана конструкция предлагаемого преобразователя ускорения.В преобразователе в корпусе 1 раоположены инерционная масса 2 и пьеэоалемент 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 электрод35 свободен. К нижнему электроду припаян провод 4, изолированный от инерционного тела втулкой 5 и связанный посред.ством пайки со штырем электрического40 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 обесь. печивается с помощью двух спиральных пружин 10 и 11, находящихся в состо 45 янии предварительного поджатия. Одновременно с помощью этих пружин осуществляется алектрическая связь между верхним электродск пьезоэлемента 3 и корпусом 1 преобразователя. Пространст 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 9, Пробка 13 имеет шпиц 14 фдпя завинчивания пробки 13 в корпусе1, а корпус 1 имеет шпицы на наружнойповерхности 1 5 для завинчивания преобразователя в объекте измерения. При завинвивании пробки 1 3 в полости 9 преобразователя создается некоторое начальное давление,Перед измерением преобразовательзавинчивают в реэьбовое отверстие, предварительно изготовленное в объекте измерения, ось которого расположена внаправлении измеряемого ускорения. Кразъему преобразователя привинчиваюталектрический кабель для связи с вторичной измерительной аппаратурой.Пьезоэлектрический преобразовательускорения работает следующим образом.В первом приближении можно считать,что при ударе все алементы объекта ипреобразователя испытывают инерционныеусилия, пропорциональные действующемуускорению, и если изменяется ускорение,то и инерционные усилия изменяютсяпропорционально ускорению. Пусть дпяопределенности ускорение направле" отпробки 1 3 к разъему преобразователя,тогда инерционное усилие, действующеена инерционное тело, направлено в сторону пробки 1 3, Под действием этого усилия инерционная масса 2, имея слабуюупругую связь с корпусом 1 посредствомпружин 10 и 1 1, п еодолевая их сопротивление, перемещается вниз, сжимаяжидкость, расположенную в нижней части полости 9. При перемещении инерционной массы 2 происходит некоторое увеличение давления в нижней части полости9 и соответствующее уменьшение давления в верхней части полости 9. При изменении направления ускорения знаки приращений давления изменяются на противоположные. Изменение давления жидкости,приложенное к пьезоэлементу 3, вызываетпоявление 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 деформации объекта измерения передается на корпус 1 преобразователя, который жестко связанс объектом и подвержен по этой причине изменению размеров и геометрии64549 5отверстия 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 изобретенияПьезоэлектрический преобразователь ускорения, содержащий корпус с разме 6щенными в нем инерционной массой ипьезоэлементом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения за,счет исключения влияния деформации объекта, инерционнаямасса установлена с возможностью перемещения вдоль корпуса, образуя двегерметичные полости, одна из которыхзаполнена жидким электроиэоляционным 1 о материалом. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 109258, кл. С, 01 Р 15/09, 1957. 2. Авторское свидетельство СССР М 129351, кл. 6 01 Р 15/09, 1961,3. Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П. В. Новицкого. Иэд. 5-е. "Энергия". Ленинградское отделение, 1975, рис. 11-9 (прототип). 1