Пьезоэлектрический преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХоаюцМСмпиикРЕСПУБЛИК Зш С 01 Р 15/09 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ростовский ордена ТрудовогоКрасного Знамени государственный университет им.М.А.Суслова(56) 1. Иориш Ю,И. Вибромеърия. М.,Гос. науч. техн. изд. машиностроит.лит-ры, 1963, с. 563-569.2. Авторское свидетельство СССРВ 371577, кл. С 01 Р 5/09, 1973(54)(57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезоэлементв виде диска, шайбы или пластины,расположенный между двумя плоскимипрокладками, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения чувствительности, прокладки выполнены из материала, отношение коэффициента Пуассона к модулю Юнга которого превышает тот же показатель материалапьезоэлемента, а толщина прокладкиН удовлетворяет неравенству 8НРгде и и 0 - толщина и диаметр пьезоэлемента.40 1 11 02Изобретение относится к измерительной технике.Известны пьезоэлектрические преобразователи, представляющие собой пьезоэлемент, выполненный в виде плас 5 тины, диска или кольца с электродами на плоских поверхностях. В силоизмерительных датчиках механическое усилие передается на пьезоэлемент или пакет пьезоэлементов через некоторое промежуточное звено, роль которого могут выполнять корпус и мембрана, корпус и инерционная масса 1Однако из-за различия модулей упругости материала пьезоэлемента и15 материала корпуса, мембраны или инерционной массы поперечные колебания пьезоэлемента затруднены, Это приводит к потере чувствительности пьезопреобразователя и всего датчика20 в целом.Наиболее близки по технической сущности к изобретению преобразователи, в которых пьезоэлемент выполнен в виде диска и расположен между двумя плоскими прокладками 12 .Однако выигрыш в чувствительности, получаемьй таким методом, небольшой.Целью изобретения является повышение чувствительности (коэффициента преобразования) пьезоэлектрического преобразователя.Поставленная цель достигается темп что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем пьезоэлемент в ви-З 5 де диска шайбы или пластины, размещенный между двумя плоскими прокладками, прокладки выполнены из, материала, отношение коэффициента Пуассона к модулю Юнга которого превьппает тот же показатель материала пьезоэлемента, а толщина прокладки Н удовлетворяет неравенству 6 с Н с Дгде гг и 0 - толщина и диаметр пьезоэлемента.45На фиг.1 приведена принципиальная конструкция предлагаемого преобразователя,ф на фиг.2 - изменения чувствительности преобразователя, размещенного между прокладками в зави симости от отношения упругих модулей материала прокладок; на фиг.З - изменение чувствительности пьезопреобразователя в зависимости от отноше" ния толщины прокладок к их диамет РУПредлагаемый преобразователь состоит из пьезоэлемента 1, распоЛожен 45 2ного между двумя плоскими прокладками 2, При воздействии внешней силгп поперечное растяжение прокладок стимулирует дополнительное поперечное растяжение пьезоэлемента (пунктиром показан преобразователь в ненагруженном состоянии).Как показывает расчет с использованием современных методов теории электроупругости, чувствиТельность силоизмерительного пьезопреобразователя 411 состоящего из пьезоэлемента, размещенного между двумя плоскими прокладками, существенно зависит от соотношения упругих свойств пьезоэлемента и прокладки, а также от их геометрии.р Я 51 11 Сз 14 Еп 2 Н СЕк где Я - заряд, выделяющийся наэлектродах пьезоэлементапод действием силы Р,Д и 3 г - продольный и поперечныйпьезомодули керамики,1 и 1 и 1 п - соответственно модули 10 нгаии коэффициента Пуассонаматериалов пьезоэлементаи прокладок;1 ги Н - толщина пьезоэлементаи прокладки;и Ср компоненты тензора упругихмодулей керамики.,Соотношение (1) справедливо приусловии, что суммарная толщина пакета прокладка - пьезоэлемент - прокладка, равная 2 Н+ 11, не превьппаетполовины его диаметра.Очевидно, что в случае мягкой проклаДки гг 1 Еп4 к сомножитель пРи3 положителен и общая чувствительность преобразователя возрастает,Кривые на фиг.2 соответствуютрасчету по формуле (1), а точки получены экспериментально,Как следует из фиг.2, повьппениечувствительности преобразователяпо сравнению с известным преобразователем достигается при использованиипрокладок из материалов, для котоРых отношение 1 п )Евьппе того жЕпоказателя для материала пгезоэлемента-с - г ., К числу такихматериалов относятся свинец, оргстекла, графит и др. Интервал значе 3 1120245 4растягивающих усилий прокладок, а.ний- 1, --охватывает вместе с этим повышается вклад попетрадиционные материалы, применяемые речного пьезомодуля в результирующийпри конструировании пьезопреобразова- сигнал.телей и датчиков на их основе (сталь,латунь, алюминий, титан и их сплавы). Ввиду того, что емкость пьезоИз фиг.2 также видно, что эффект элемента не изменяется в результаповышения чувствительности тем вышее, те размещения его между прокладкамичем меньше отношение толщин пьезоэле- с заданными упругими свойствами, томента и прокладок. Это связано с тем, 1 О одновременно с рабочей чувствительносчто с уменьшением толщины пьезо- тью в предлагаемом преобразователеэлемента уменьшается площадь его по- возрастает и удельная чувствительперечного сечения, а следовательно, ность, снижается пороговый сигнал,возрастают поперечные механические увеличивается коэффициент полезногонапряжения, возникающие под действием 1 действия.1120245 Составитель Н.МараховскаяТехред Т,фанта Корректор С. Тигор,актор Р.Цицик Заказ 7732/32 илиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ по дел 1130 Тираж 822Государственм изобретенийМосква, Ж-З Подписяго .комитета СССРи открытийРаушская наб., д. 4