Способ регулировки пьезоэлектрического преобразователя

в Р МФО П И С А Н И Е (и)7 О 8234ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистические Республик61) Дополнительное к авт. свид-ву22) Заявлено 04,01,78 (2 ) 2568609/18-1 5/08 нсоединением заявки РЙ 23 ) Приоритет ооудоротеенный коветет СССР ео делам кэобретекей я открытейопск чич, В.Крамар овский ордена, Трудового Красного Знаменгосударственный университет Б РЕГУЛИРОВКИ Г 1 Ы:ЗОЭЛЕКТРИЧЕСКО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ вые пьезоэлементы, работа фовмации растяжения - сж щие на ия. Известен способ регулировк электрического преобразователя г ния 2, заключающийся и ком зарядов па рабочих электродах электрического элемента заряд дополнительных электродах, возьез ускоре нсации з ми на ик ва- дят Изобретение относится к измеоительной технике и может быль использованопри калибровке и регулировке пьезоэлектрических преобразователей, предназначенных для измерения, например,с илы пли ускорения,Известны способы регулировки и настройки пьезоэлектрических преобразотелей ускорения, по которым произворазворот двух закрепленных между основанием и инерционной массой пьезсэлектрических круглых пластин относительно друг друга, что приводит к взаимокомпенсации поперечной чувствительности отдельных пластин и снижению поперечной чувствительности преобразователя в целом 3 Разворотом пластинудается снизить поперечную ( боковую)чувствительность только до величины3-5%, что обусловлено влиянием контактных явлений, а также неодинаковостьюхарактеристик пластин. Кроме того, способы применимы только для преобразователей, содержащих кольцевые или дис-. щих при действии на преобразовательускорения перпендикулярно его рабочейоси. К недостаткам известного способаследует отнести то, что он требует наличия вспомогательных элементов, аименно дополнительных электродов, чтоусложняет и замедляет процесс регулировки преобразователя. Само по себенанесение дополнительных электродов ипоследующее изменение их площади является технически сложной задачей. Крометого, большинство пьезоэлектрическихэлементов, используемых в преобразователях, имеют сравнительно малые нерабочие поверхности. Это затрудняет нанесение дополнительных электродов, сужаетЭО ,5 40 3 7 область применимости известного способа регулировки преобразователей.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ регулировки, по которому на пьезоэлемент осуществляется статическое физическое воздействие (давление) за счет поджатия пьезоэлемента между основанием и инерционным элементом, что приводит к снижению поперечной чувствительности преобразователя 3,В этом способе уменьшение поперечной чувствительности за счет поджатия пьезоэлемента обусловлено контактными явлениями и в основном изменением плошади контакта соприкасающихся поверхностей. При достижении определенного снижающего усилия контактная плошадь уже не изменяется и величина поперечной чувствительности стабилизируется (на уровне 2-4%). Таким образом, рассматриваемый способ имеет огра ничение снизу по величине уменьшаемой поперечной чувствительности и применим только для конструкций преобразователя с предварительно поджатым пьезоэлементом, работающим на деформации растяжения - сжатия.Целью изобретения является повьпцение точности за счет снижения поперечной (боковой) чувствительности.По новому способу определяют величину и направление боковой (поперечной) чувствительности преобразователя. Затем в зоне максимума боковой чувствительности преобразователя на его пьезоэлемент производят кратковременное локальное физическое воздействие, причем тип воздействия выбирают, исходя из формы пьезоэлемента, а время локального воздействия определяют в зависимости от времени релаксации и закрепления поляризованного состояния выбранного материала пьезоэлемента.В общем случае боковая (поперечная) чувствительность преобразователя - суть проявления различного рода неоднородностей в преобразователе в том числе неоднородности свойств пьезоэлементов, В результате действия на преобразователь боковых ускорений (усилий) на электродах пьезоэлемента возникают разноименные заряды, которые в силу упомянутых неоднородностей компенсируются не полностью и приводят к появлению боковой чувствительности. В разработанном способе предлагается с помощью локального физического воздей 082 34 4ствия вводить в пьезоэлемент новые неоднородности, которые бы колпенсировали результат действия как имеющихсянеоднородностей пьезоэлементатак инеоднородностей всей конструкции преобразователя. Локальное физическое воздействие в опоеделенной области пьезоэлемента изменяет степень поляризации,это улучшает компенсацию разноименных10 зарядов на электродах и приводит к более эффективному снижению боковой чувствительностии.Способ регулировки с целью снижениябоковой чувствительност грименим прак 15 тически ко всем конструкциям преобразо.вателей, так как работа проводитсяс основным элементом всех пр збразователей - пьезоэлементом,Наиболее эффективное решение боко 20 вой чувствительности достигается прилокальном воздействии па области льезоэлемента, расположенные вдоль оси максимума боковой чувствитедльности. Типфизического воздействия зал,исг г от формы пьезоэлемента, а величина воздействия определяется ш."-,зол.атериалом.На фиг. 1 показано как реализуется предложенный способ уменьшения поперечной ч, в"твительпости ц" нтрироза 1 - ного пьезоэлемента преобразователя скорения.Конструктивно греобраздователь выполнен следующкл образом: пьезоэлектрический кольцевой элемент 1 закреплен между основанием 2 и инерционной массой 3, которая выполнена в виде Т-образного тела врашенпя так, чтобы центр тяжести инерционной ассы 3 и пьезоэлектрического элем.л;та 1 совмещался в одной то 1 ке, При такой форме пьезоэлемента локально воздейсвие электрическим полем с це;. ю измененияполяризованного состояния невозм дхно,так как электрод у пьезоэлемента сплошной и электрическое поле будет де.1 ствовать не локально, а на весь пьезоэлемент, Здесь имеет смысл использоватьлибо локальный нагрев, либо локалыюедавление на пьезоэлемент. Рассмотримпоследнее физическое воздействие. После нахождения величины и направлениямаксимума поперечной чувствительностипри помощи пресса с накладками 4 (смфиг, 1) на сектор кольцевого пьезоэлемента, находлцийс в награвлении максимума, осуществляют локальное давление, Для пьезокерамических элементовиз материала ЦТСвеличина давпе08234 6максимума поперечной чувствительностипреобразователя нагревают с поллоиьюкапли припоя боковую поверхность пьезоэлемента, Йля пьезоэлементов из керамики ЫТСтемпература нагрева сосотавляет 250 С и глительность - 10 лпв,Применение локального физическоговоздействия не ограничивается толькопреобразователем ускорения, для которых 0 приведены конкретные примеры, С егопомощью возможна регулировка и силопзмертительных преобразователей н премобразователей давления с целью снижения боковой чувствительности, т,е, чувствительность к неизмеряелым компоненмм сил и давлений. 25 5 7 ния составляет 850 кг/сми длительность - 5 мин, Поперечная чувствительность образцов снижается с 4 до 1,5;о при практически неизменной рабочей чувствительности.На фиг. 2 (а,б,в) показано применение электрического поля в качестве локального физического воздействия при снижении поперечной чувствительности, В монокерамическом преобразователе ускорения типа МКАимеется шесть пьезоэле ме нтов, пере коммутированных между собой соответствующим образом. После нахождения величины и направления максимума поперечной чувствительности выделяют пару пьезоэлементов, находящихся в зоне максимума, и осуществляют на них воздействие подполяризующим электрическим полем, Остальные пьезоэлементы при этом закорачивают на землю (фиг, 2 в), Для преобразователей из керамики ЦТСвеличина электрического поля составляет 20 квсм и длитесь ность - 1,5 мин. Поперечная чувстительность образцов уменьшается примерно в два раза.Пример использования в качестве физического воздействия нагрева представлен на фиг. 3, Б преобразователе ускорения пьезоэлемент 1, выполненный в форме диска со сплошными электродами, закреплен основанием 2 и инерционной массой 3, Здесь невозможно использовать в качестве локального физического воздействия ни давление, так как ойо буде г передаваться на весь пьезоэлемент, ни электрическое поле, так как электроды сплошные и действи поля будет осуществляться на весь пьезоэлемент. Поэтому здесь наиболее э 4 ехтивным будет действие нагрева на ,торцовую) боГтковую асть пьезоэлементаВ держателе 4 с нагревателем 5 находится капля припоя 6, Расплавленного и нагретого до определенной температуры контролируемой термопарой 7 (фпг.З). В зоне Формула изобрете ния20 Способ регулировки пьезоэлектрического преобразователя заключающийся вУопределении величины и направления боковой чувствительности и физическом воздействии на пьезоэлемент, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияточности преобразователя за счет снижения боковой чувствительности, определяютзону максимума боковой чувствительности,30производят в пей локальное физическоевоздействие, тип которого выбирается всоответствии с формой пьезоэлемента, авремя воздействия определяется с учетомвремени релаксации и закрепления поля 3ризованного состояния литериала пьезоэлемента,Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе 1, Иориш Ю, И, Виброметрия, Машгиз, М., 1963, с, 571,2. Авторское свидетельство СССГ М 37 3626) кл Й 01 Р 15/08 ф 1967 е 3, Экспресс-информация, Испытательные приборы и стенды", 1971, М 1,реф, 2, с, 6-11 (прототип),, Бутяга 8476/38 Тираж 1019 ЦНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и открытий 113035, Москва ЖРаушскаягисно без де 4 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная