Пьезоэлектрический преобразователь

 

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий пьезоэлемент в виде диска, шайбы или пластины, расположенный между двумя плоскими прокладками, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности , прокладки выполнены из материала , отношение коэффициента Пуассона к модулю Юнга которого превышает тот же показатель материала пьезоэлемента, а толщина прокладки Н удовлетворяет неравенству h И « О где h и D - толщина и диаметр пьезоэлемента . (Л с г в to f о N9 il сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И МС

РЕСПУБЛИК зад G 01 P 15/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3574943/18-10 (22) 01.04.83 (46) 23.10.84. Бюл. h - 39 (72) М.В.Богуш, О.П.Крамаров, В.В.Мадорский и А.В.Гориш (71) Ростовский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им.М.А.Суслова (53) 531.768(088.8) (56) 1. Иориш Ю.И. Виброметрйя. М., Гос. науч. техн. изд. машиностроит. лит-ры, 1963, с. 563-569.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 371577, кл. G 01 P !5/09, 1973 (прототип)., SUÄÄ 1120245 А (54) (57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИ 1ЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезоэлемент в виде диска, шайбы или пластины, расположенный между двумя плоскими прокладками, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, прокладки выполнены из материала, отношение коэффициента Пуассона к модулю Юнга которого превышает тот же показатель материала пьезоэлемента, а толщина прокладки

Н удовлетворяет неравенству h c H Р где h и 0 - толщина и диаметр пьезоэлемента.

1 )1?O2

Изобретение относится к измерительной технике.

Известны пьезоэлектрические преоб— разователи, представляющие собой пьезоэлемент, выполненный в виде плас5 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 (lj

Однако из-за различия модулей упругости материала пьезоэлемента и

15 материала корпуса, мембраны или инерционной массы поперечные колебания пьезоэлемента затруднены. Это приводит к потере чувствительности пьезопреобразователя и всего датчика

20 в целом.

Наиболее близки по технической сущности к изобретению преобразователи, в которых пьезоэлемент выполнен в виде диска и расположен между двумя плоскими прокладками j2) .

Однако выигрыш в чувствительности, получаемый таким методом, небольшой.

Целью изобретения является повышение чувствительности (коэффициента преобразования) пьезоэлектрического преобразователя.

Поставленная цель достигается тем что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем пьезоэлемент в ви-З5 де диска шайбы или пластины, размещенный между двумя плоскими прокладками, прокладки выполнены из, материала, отношение коэффициента

Пуассона к модулю Юнга которого превышает тот же показатель материала пьезоэлемента, а толщина прокладки Н удовлетворяет неравенству

hc Н (Q, где h и 0 — толщина и диаметр пьезоэлемента.

На фиг.1 приведена принципиальная конструкция предлагаемого преобразователя, на фиг.2 — изменения чувствительности преобразователя, размещенного между прокладками в зависимости от отношения упругих модулей материала прокладок; на фиг.З вЂ” изменение чувствительности пьезопреобразователя в зависимости от отношения толщины прокладок к их диамет- Ы

Ру °

Предлагаемый преобразователь состоит из пьезоэлемента 1, распоЛожен45 2 ного между двумя плоскими прокладками 2, При воздействии внешней силы 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 пьезопреобразователяЯ 1, состоящего из пьезоэлемента, размещенного между двумя плоскими прокладками, существенно зависит от соотношения упругих свойств пьезоэлемента и прокладки, а также от их геометрии.

P="Я з 1-q h C, ьп 2" к где Я вЂ” заряд, выделяющийся на электродах пьезоэлемента под действием силы P, Д и 31 — продольный и поперечный пьезомодули керамики, Eи „E и1„ — соответственно модули Юнга к п п и коэффициента Пуассона материалов пьезоэлемента и прокладок;

11и H — толщина пьезоэлемента и прокладки;

C иС вЂ” компоненты тензора упругих модулей керамики..

Соотношение (1) справедливо при условии, что суммарная толщина пакета прокладка — пьезоэлемент — прокладка, равная 2Н+ h не превьппает половины его диаметра.

Очевидно, что в случае мягкой прокладки 9> Ед у -) ) f сомножитель при положителен и общая чувствитель1 ность преобразователя возрастает.

Кривые на фиг.2 соответствуют расчету по формуле (1), а точки получены экспериментально.

Как следует из фиг.2, повьппение чувствительности преобразователя по сравнению с известным преобразователем достигается при использовании прокладок из материалов, для которых отношение 1п J E„âûøå того же показателя для материала пьезоэлемен га 11 — } <1 — " 1 . . К числу таких материалов относятся свинец, оргстекла, графит и др. Интервал значез 1120245 4 растягивающих усилий прокладок, а .ний — (1,— > — ) охватывает вместе с этим повышается вклад попея к(п Ек1 ) традиционные материалы, применяемые речного пьезомодуля в результирующий при конструировании пьезопреобразова- и ал 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 прокладками чем меньше отношение толщин пьезоэле- с заданными упругими свойствами, то мента и прокладок. Это связано с тем, 10 одновременно с рабочей чувствительносчто с уменьшением толщины пьезо- тью в предлагаемом преобразователе элемента уменьшается площадь его по- возрастает и удельная чувствительперечного сечения, а следовательно, ность, снижается пороговый сигнал, возрастают поперечные механические увеличивается коэффициент полезного напряжения, возникающие под действием 15 действия.

2, 2.0

1,5

1,0

1120245

Редактор P.Öèöèêà

Заказ 7732/32

Составитель H. Иараховская

Техред Т,Фанта Корректор С.Тигор

4»

Тирая 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",. r. Уагород, ул. Проектная, 4