Способ неразрушающего контроля пьезокерамического преобразователя

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении, циклических испытаниях и эксплуатации пьезокерамических преобразователей. В способе с целью упрощения контроля во время возбуждения измеряют температуру динамического разогрева контролируемого пьезокерамического преобразователя в течение времени ее линейного нарастания, определяют величину скорости нарастания этой температуры в наиболее напряженных точках колебательной системы контролируемого преобразователя, сравнивают величины скоростей нарастания температур разогрева в наиболее напряженных одинаково расположенных точках контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам сравнения судят о наличии дефектов в контролируемом преобразователе. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„25950 (51) 4 Н 04 R 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

rlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4122258/24-10 (22) 19.09.86 (46) 30.11.89 Бюл. М- 44 (72) А.И.Голованенко, А.Н.Красильников, Б,Г.Марченко и В.Н.Решетинский (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 592027, кл. Н 04 R 29/00, 1976, (54) СПОСОБ НЕРАЗРУ1. 1АРХ1ЕГО КОНТРОЛЯ

ПЬЕЗОКЕРАИИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении,циклических испытаниях и эксплуатации пьеэокерамических преобразователей.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении,циклических испытаниях и эксплуатации пьезокерамических преобразователей, Цель изобретения — упрощение способа неразрушающего контроля пьеэокерамического преобразователя.

На фиг.1 представлена электрическая схема, позволяющая определить величину скорости нарастания температуры контролируемого пьезокерамического преобразователя при его динамическом разогреве переменным электрическим напряжением на рабочей частоте; на фиг.2 — графическое определение скорости нарастания температуры контролируемого пьезокерамического преобразователя (т.е. темп его разогрева), 2

В способе, с целью упрощения контроля во время возбуждения измеряют температуру динамического разогрева контролируемого пьезокерамического преобразователя в течение времени ее линейного нарастания, определяют величину скорости нарастания этой температуры в наиболее напряженных точках колебательной системы контролируемого преобразователя, сравнивают неличины скоростей нарастания температур разогрева в наиболее напряженных одинаково расположенных точках контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам сравнения судят о наличии дефектов в контролируемом преобразователе. 2 ил.

Способ неразрушающего контроля пьезокерамических преобразователей осуществляется следующим образом, Контролируемый пьезокерамический преобразователь возбуждают переменным электрическим напряжением на его

Рабочей частоте (т.е. на частоте основного электромеханического резонанса контролируемого преобразователя), развивая в нем из-за обратного пьезоэффекта знакопеременное механическое напряжение о, которое приводит к динамическому разогреву контролируемого преобразователя. Определяют величину скорости нарастания температуры К этого разогрева на частоте основного резонанса f при заданной амплиP туде циклического механического напряжения, развиваемой в этом преобразователе. Причем определение величины

1525950 скорое и арастания температуры разо грева контролируемого пьезопреобразователя осуществляется в углах смещения колебательной системы пьезопреоб5 раэопателя, где эта скорость всегда будет наибольшей, с помощью схемы приведенной на фиг.1.

Контролируемый пьезокерамический преобразователь П р циклически нагружается на частоте основного резонанса Гр до заданной амплитуды за счет собственного обратного пьезоэффекта с помощью генератора мощных электрических колебаний (например, типа ГСИ).

Вольтметром V, контролируется электрическое напряжение на генераторе.

При настройке пьезопреобразователя на основной резонанс напряжение на генераторе минимально, так как при этом максимальной является проводимость контролируемого пьезопреобразователя. Вольтметром V измеряется эффективное значение электрического напряжения Пь „на балластном сопротивлении R < . С помощью осциллографа N (например, С1-72 или аналогичного класса) контролируется форма электрического напряжения на генераторе. Ав-, -1 томатическим самопишущим поченциометром КСПЗ-П с хромелькопелевой термопарой, закрепленной на пьеэоп еобразователе, измеряется его гемпература в течение времени ее линейного нарас-.ания. Поскольку пьезокерамика является

35 хрупким материалом, то эачеканивание термопары в пьезопреобразователь не допустимо, поэтому необходимо пользоВаться специальными прижимами или за 40 паивать горячий конец термопары на технологический лепесток одного из электродов пьезопреобразователя, являющийся нулевой потенциальной точкой в измерительной схеме. Это возможно, 45 если один электрический выход возбуждающего генератора имеет развязку

С с общим проводом нулевого потенЗл. ьн циала ° В этом случае постоянное термоэлектрическое напряжение, возникающее в припаянной термопаре не закорачивается на землю. Термопару закреп,.ляют в узле смещения колебательной системы пьезопреобраэователя ° В этих точках механическое напряжение, развиваемое в пьезопреобразователе во время знакопеременной циклической нагрузки, температура и скорость разогрева всегда максимальны,, Как видно из фиг.2, скорость нарастания температуры разогрева пьеэопреобразователя может быть определена как тангенс угла наклона K=dT/dt температурной кривой к оси времени (геометрический смысл производной), для его определения достаточно сделать замеры температуры в начале

его циклического нагружения и через

100-200 с (что позволяет исключить влияние собственной теплопроводности пьеэопреобразователя и всегда соответствует линейному участку на температурных кривых), На фиг.2 приведены две температурные кривые, снятые при одинаковой амплитуде циклического нагружения для бездефектного пьезопреобразователя и преобразователя с микротрещинами. Чем больше внутренняя структура пьеэопреобраэователя заселена дефектами, тем больаге скорость нарастания температуры его разогрева при гдинаковых амплитудах нагружения.

Для экспериментального установления точностных характеристик предлагаемый способ нераэрушающего контроля пьезокерамических преобразователей был апробирован на пьезокерамических преобразователях из ЦТБС-9.

Пьезопреобразователи в количестве

50 шт., представляющих собой пьезокерамические кольца с радиальной поляризацией, размерами 5х32х40, циклически нагружали на их резонансной частоте 30 кГц амплитудой механического напряжения 19,0 10ьПа (эта амплитуда знакопеременного механического напряжения соответствует пределу прочности на растяжение пьезокерамики ЦТБС-3).

В контролируемой партии были и заведомо дефектные образцы. При этом для каждого из образцов определяли скорость нарастания температуры их разогрева К, согласно фиг,2, как тангенс угла наклона температурной кривой к временной оси. После статистической обработки результатов измерений разброс значений К, соответствующий бездефектньгм образцам,составлял не более 57, Следовательно, согласно способу для данного типа пьезопреобразователей и для заданной амплитуды знакопеременных механических напряжений предварительно должно быть определено эталонное значение параметра К . Если в проо цессе контроля для контролируемого

Формула и э о б р е т е н и я

Способ нераэрушающего контроля пьезокерамического преобразователя, заключающийся в возбуждении его на рабочей частоте переменным электрическим напряжением и последующем анализе тепловых режимов в нем, о т л и10

12Р

9и

Фиг.2

Составитель Д. Расторгуев

Техред М.Ходанич КоРРектоР О. Кравцова

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 7247/57 Тираж 626 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

5 15259 пьеэопреобраэователя значение К превысит эталонное значение Ко больше, чем на 5Х, то контролируемый пьеэопреобраэователь следует считать дефектным.

50 6 ч ающий с я тем, что, с целью упрощения и ускорения контроля, во время возбуждения измеряют температуру динамического разогрева и определяют величину скорости нарастания этой температуры в узлах смещения колебательной системы контролируемого преобразователя. сравнивают величины скоростей нарастания температур разогрева в одинаково расположенных узлах смещения контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам уравнения судят об исправности контролируемого преобразователя.