Пьезоэлектрический датчик статических усилий

СО 1 ОЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕЩУБЛИН А 2 1/16 УСРЮе1 ф.. 1 ь;4 Яф ТЕц,ИСАНИЕ ИЗОБРЕТТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЕНИЯ К АВ СССР 74.ИК СТАТИ иг ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54), ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧЧЕСКИХ УСИЛИЙ(57) Изобретение относится к силоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности.Подключают электрод 2 к генератору5 электрических колебаний, а второйэлектрод 3 - к измерительному прибо 801332166 ру 6. Пьезотрансформатор 1 совершаетмеханические колебания, .за счет чегона электродах 3 появляется электрическое напряжение, величина которогоопределяется измерительным прибором6, Под действием измеряемого статического усилия, приложенного к держателям 4 датчика, амплитуда колебанийпьезотрансформатора уменьшается иуменьшается переменное электрическоенапряжение, снимаемое с электродов3, что фиксируется измерительным прибором 6, Аналогично работает датчикпри подключении измерительного прибора 6 к электроду 2, а генератора5 электрических колебаний - к электроду 3. 4 ил.1 13321Изобретение относится к силоизмерительной ткхнике, может быть использовано в различных отраслях промьппленности и в лабораторной практике5для измерения статических усилий,и является усовершенствованием известного устройства по авт. св.9 501306.Целью изобретения является повьшение чувствительности.На фиг.1 показана конструкция пьезоэлектрического датчика статическихусилий; на фиг.2 - зависимость резонансной частоты датчика от соотноше" 15йния диаметров электродов - (диаметраЭдискового электрода Й к наружномудиаметру кольцевого Э) при возбуждении со стороны диска (кривая а) икольца (кривая в); на фиг.З - зависимость чувствительности датчика отЙотношения диаметров электродов - приЭвозбуждении со стороны диска (кривая 25г) и кольца (кривая й); на фиг.4 -вид одного из электродов пьезотрансформатора, разделенного на диск ипять колец.Датчик содержит цилиндрическийпьезоэлектрический преобразователь(пьезотрансформатор) 1, на торцах которого расположены электроды в видекольца 2 и диска 3, установленный впазах держателей 4, генератор 5 и измерительный прибор 6.35Датчик (фиг.1) работает следующимебразом.Подключают один из электродов, например, в виде кольца 2 к генератору5 электрических колебаний, настроенному на резонансную частоту радиальных колебаний пьезотрансформатора,а второй электрод, например, в видедиска 3 - к измерительному прибору 6.45Пьезотрансформатор под действием возбуждающего напряжения совершает механические колебания за счет чего, наэлектродах 3 появляется электрическое напряжение, изменяющееся с частотой механических колебаний. Величинанапряжения определяется измерительным прибором 6, Под действием измеряемого статического усилия Р, приложенного к держателям 4 датчика,амплитуда механических колебаний пьезотрансформатора уменьшается и, следовательно, уменьшается переменноеэлектрическое напряжение, снимаемое бб 2с электродов 3, что фиксируется измерительным прибором 6.Аналогично работает датчик, еслигенератор 5 подключить к электродув виде диска 3, а измерительный прибор 6 к электроду в виде кольца 2.В примере конкретного выполненияиспользуется пьезоэлемент ф 32 х 12 ммиз пьезокерамики ЦТСс зазороммежду электродами, равным 0,3 мм.Держатели изготавливаются из стали45 с углом Ы= 120Оптимальное соотношение диаметровЙэлектродов - определяется на одномЭпьезоэлементе следующим образом.На токарном станке с помощью резца шириной 0,2 - 0,3 мм электродыпьезотрансформатора делятся так, какэто показано на фиг.4.Затем кольца 8 - 12 соединяютсямежду собой и подключаются к генера"тору 5, а диск 7 подключается к измерительному прибору б. Измеряются резонансная частота и чувствительностьпьезотрансформатора при указанномподключении.Аналогичные измерения проводятсяпри подключении генератора к диску7, а измерительного прибора к соединенным вместе кольцам 8 - 12.Далее, диск соединяют с кольцом8 (что приводит к увеличению диамет-ра Й) и подключают к измерительномуприбору, а соециненные между собойкольца 9 - 12 - к генератору,Измеряются резонансная частота ичувствительность так, как это описано вьппе,Указанные измерения повторяются при последовательном увеличении диаметра диска соединением соответствующих электродов (при последующих измерениях к диску 7 с кольцом 8 последовательно подключаются кольца 9 - 12).Строилась зависимость резонанснойд частоты Е от соотношения - (фиг,2)Э при возбуждении с диска (кривая а) и возбуждении с кольца (кривая в).Строится также зависимость чувств вительности Б от соотношения -Э (фиг.З) при возбуждении с диска (кривая г) и возбуждении с кольца (кри" вая с 1), з 1Как видно из фиг.2, резонансные частоты при возбуждении с диска и кольца совпадают при соотношении - =й П0,578. Этой частоте соответствуют максимумы на кривых чувствительности (фиг.З). Максимальная чувствительность наблюдается при соотношении диаметров от 0,5 до 0,7. 3321 б 6Формула изобретенияПьезоэлектрический датчик статических усилий по авт. св. У 501306, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, отношение диаметра дискового электрода к наружному диаметру кольцевого электрода выбирается в пределах от 10 0,5 до О, 7.1332166Составитель А. Экономов Редактор Г. Волкова Техред М,Ходанич . Корректор И. Муска Заказ 3823/37Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открьиий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4