Преобразователь механических усили)^ в электрическую величину|i«z^: *:•:,.;;:• я!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 3. I I I.1970 (¹ 1415742/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14Л11.1972. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 15.ГЧ.1972 1т Кл Ст 01«1 5 20

Комитет по делам изобретений и открытий при Сокето й1ып;строе

СССР

УДК 531.14.083.8(088.8) Авторы изобретения

Заявитель

А. И. Токарев, В. М. Плужников и В. B. Малов

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИ 1

В ЗЛЕКТРИЧЕСКУЮ ВЕЛИЧИНУ

Преобразователь относится к элементам систем автоматического регулирования и может быть использован для измерения механических величин, например ускорения, деформации, усилия, а также для регулирования и 5 стабилизации этих величин в заданном диапазоне.

Известен преобразователь, состоящий из индукционного тепзодатчика и схемы преобразования. Датчик состоит из двух частей (ин- 10 дуктивности), разделенных воздушным зазором, величина которого характеризует деформацию.

Однако такой преобразователь имеет большой вес и габариты. Кроме того, для получе- 15 ния другого выходного параметра требуется дополнительное устройство с преобразованием амплитуды напряжения илп тока в этот параметр, например частоту.

Предлагаемое устройство позволяет устра- 20 нить эти недостатки и отличается тем, что в нем чувствительный элемент выполнен в виде пластины из сегнетоэлектрика с нанесенными на нее электродами, образующими нелинейные емкости, и позволяет в зависимости от 25 способа подключения сегнетоконденсаторов и типа применяемой диэлектрической схемы получить преобразование указанных механических величин в требуемый параметр электрического сигнала. 30

На фпг. 1 изображен чувствительный элемент предлагаемого устройства; па фпг. 2— конструктивное его оформление; на фпг. 3— преобразование усилия в амплитуду переменного электрического сигнала.

Чувствительный элемент преобразователя выполнен в виде сегнетоэлсктрпческой пластины 1, представляющей собой, в частности, Х-срез сегнетовой соли. 1-I;. гранях, перпендикулярных полярной ос» Л, являющейся полярной осью в сегнетовой соли, нанесены электроды 2 — 2, 8 — 3, 4 — 4, 5 — 5, которые образуют емкости. Пластина одной Х гранью прикреплена к неподвижному основа ив б, в котором имеется ряд выводог, 7 l;IH подсоедпнения к схеме.

Усилие Р передается через шток 8. Чувствигельньш элемент закрыт крь1шкой 9. Падение напряжения на сопротивлении 10 пропорционально пршсладываемому усилшо.

Принцип действия преобра"-ователя основан

lI3 взаимодействии электрических ll illex ill I Есских полей в сегнетоэлектрпках.

Известно, что если одновременно с электрическим на сегнетоэлектрпк действует и механическое напряжение, то пе-.ля диэлектрического гистерезпса деформируется.

Характер и величина этой деформации определяется физической природой сегнето332325

У

2 5 4 5

Puz. У

Составитель Ю. Филимонов

Редактор Л. Утехина

Техред А. Камышникова

Корректор Т. Гревцова моиг. Р моиг я

Типография, пр. Сапунова, 2 электрика, его симметрией, взаимной ориентацией кристалла и механического напряжения.

Если сегнетоэлектрик выше точки Кюри обладает пьезоэффектом, то в полярной фазе механическое напряжение может вызвать переполяризацию образца при условии, что оно приложено в направлении образования спонтантой деформации, т. е. механическое поле эквивалентно электрическому воздействию (например, сдвиг Х среза сегнетовой соли).

Таким образом, с помощью механического напряжения возможно активно управлять процессом электрической переполяризации в некоторых типах сегнетоэлектриков. Это свойство лежит в основе работы преобразователя.

Сдвиговое усилие т,, эквивалентно электрическому воздействию поля Е,. на кристалл, производящему поляризацию P образца (фиг. lo).

Если одна грань, перпендикулярная оси, закреплена на неподвижном î" íîâàíèè б, а ко второй приложено усилие F при помощи приклеенного к этой грани штока 8, то значение эквивалентного переполяризующего поля Е,„ пропорционально усилию.

Способы измерения эквивалентного электрического смещения петли гистерезиса, а следовательно и усилие F могут быть различными.

В зависимости от типа применяемой диэлектрической схемы, построенной на основе сегнетоконденсаторов, может быть получено преобразование усилия в частоту, фазу, длительность импульса и т. д. Для измерения усилий пригодна мостовая схема.

На фиг. 3 изображен вариант соединения конденсаторов C> — C>, образованных электродами 2 — 2, 8 — 8, 4 — 4, 5 — 5 . Подключение производится таким образом, чтобы действие измеряемого усилия было эквивалентно при. ложению электрического напряжения к одно му из узлов измерительнои диагонали, т. е, 5 поляризация, зызванная механическим усилием, в сегнетоконденсаторах, прилегающих к одному узлу измерительной диагонали, направлена от этого узла, а поляризация сегнетоконденсаторов, прилегающих к другому узлу, 10 направлена к нему (фиг. 3). Если к пластине не приложено механическое усилие и мост сбалансирован, то падение напряжения на нагрузочном сопротивлении 10 равно нулю. Усилие F вызывает в измерительной диагонали

15 моста токи четных гармо:tèê, величина и фаза которых определяются величиной и поляр остью измеряемого усилия.

Предмет изобретения

Преобразователь механических усилий в электрическую величину, содержащий чувствительный элемент и схему преобразования, отличающийся тем, что, с целью упрощения

25 конструкции, уменьшения веса и габаритов и повышения надежности работы преобразователя, чувствительный элемент выполнен в виде пластины из сегнетоэлектрика пьезоактивного в неполярной фазе с панесепными на

30 нее электродами, образующими ряд конденсаторов, подключенных в плечи моста преобразования с источником питания в одной диагонали моста и выходным резистором в другой, причем поляризация в сегнетоконденсаторах, прилегаюгцих к одному узлу измерительной диагонали, направлена от этого узла, а поляризация в сегнетоконденсаторах, прилегающих к другому узлу, направлена к нему.

Г1 Заказ 941i7 Изд. № 375

Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений открь:тпй при Совете Министров СССР

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5