Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных давлений. Цель изобретения - повышение технологичности . Сущность изобретения: способ осуществляется следующим образом. На основание 1 устанавливается прокладка 2, на которую затем поочередно устанавливаются металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4. На собранный пакет устанавливается виброгруз, к которому прикладывается усилие, равное по величине усилию защемления пакета в собранном изделии . При действии указанного усилия металлические диски 3 и токосъемники 5 в местах крепления (в местах контактирования ) сваривают друг с другом. Далее внутреннюю высоту корпуса подгоняют к высоте набранного пакета с учетом величины натяга мембраны, затем корпус поджимают к основанию 1 за счет специального приспособления и выполняют сварочный шов. Способ изготовления гарантирует надежный электрический контакт в местах крепления металлических электродов 3 с токосъемниками 5, за счет чего существенно повышается надежность в работе пьезоэлектрических датчиков быстропеременного давления, особенно в условиях воздействия различного рода механических факторов, 1 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 1 9 /08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4912139/10 (22) 19.02,91 (46) 23.01.93. Бюл. ¹ 3 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.Н,Марин, Н.Н.Мордовин, B.Í.Êóçèí и Н.Н.Катана (56) Заявка Японии № 62-200778, кл. Н 01

41/08, 1987.

Патент США ¹ 44775522771122, кл. Н 01

41/08, 1988, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных давлений.

Цель изобретения — повышение технологичности, Сущность изобретения: способ осуществляется следующим образом. На основание 1 устанавливается прокладка 2, на которую затем поочередно устанавливаИзобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных, ударных и акустических давлений, а также для измерения параметров вибраций, Известен способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающийся в сборке пакета из чередующегося набора ьезоэлектрических и металлических пластин. Металлические пластины— электроды в набранном пакете поворачиваюттаким образом, чтобы выступы с пластин, имеющих одинаковую полярность, были по„„5U„„1789894 А1 ются металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4. На собранный пакет устанавливается виброгруз, к которому прикладывается усилие, равное по величине усилию защемления пакета в собранном изделии. При действии указанного усилия металлические диски 3 и токосъемники 5 в местах крепления (в местах контактирования) cBGpMBGI07 друг с другом. Далее внутреннюю высоту корпуса подгоняют к высоте набранного пакета с учетом величины натяга мембраны, затем корпус поджимают к основанию 1 за счет специального приспособления и выполняют сварочный шов. Способ изготовления гарантирует надежный электрический контакт в местах крепления металлических электродов 3 с токосъемниками 5, за счет чего существенно повышается надежность в работе пьезоэлектрических датчиков быстропеременного давления, особенно в условиях воздействия различного рода механических факторов, 1 с,п. ф-лы, 3 ил. вернуты в одну сторону, а выступы с пластин другой полярности были повернуты в противоположную сторону. Далее к торцам одноименных выступов крепят по одному проводнику боковому и на этом процесс сборки заканчивается.

Недостатком данного способа является смещение при сборке пьезоэлектрических и металлических пластин относительно центральной оси датчика, что отражается как на чувствительности измерения, так и на надежности работы изготавливаемых приборов.

Известен способ изготовления пьезоэлектрического элемента, заключающийся в

1789894 том, что собирают пакет из чередующихся пьезодйсков и металлических дисков, Предварительно на обе стороны каждого пьезодиска наносят электроды, а при укладке в пакет металлические диски поджимают к данным электродам. Учитывая то, что каждый из металлических дисков имеет по два выступа, при укладке в пакет смежные металлическМедиеки располагают таким образом, чтобы вйступы каждого следующего диска были повернуты по отношению к выступам предыдущего на 90 . Далее выступающие участки изгибают под прямым углом так, чтобы выступы одного ряда соприкасались друг с другом и в местах соприкосновения выступы сваривают и соединяют за счет дополнительных проводников (токосъемников) с измерительной схемой. Данный способ исключает случайные радиальные смещения пьезодисков, в результате кото- 20 рых могли бы происходить короткие замыкания между смежными металлическими дисками.

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает высокой надежности работы изготавливаемых приборов. Это обусловлено тем, что по данному способу после сварки токосъемников с выступами металлических дисков и последующем закреплений йьезоэлектрического элемента в 30 корпусе, в местах сварки могут возникать значйтельные механические напряжения, вызванные поджимом чувствительного элемента при сборке. Усилие при стягивании корпуса с осйованием; при котором осуще- 35 ствляется поджим чувствительного элемен та, будет одновременно передаваться как на пакет из пьезоэлектрических и металлических дисков, так и на сварные соединения токосъемников с выступами металлических 40 дисков, что приведет к их деформации, нарушению механического контакта и последующему обрыву схемы, особенно при воздействии значительных механических воздействий (вибрации, ударов и т.д.)., 45

Изобретение направлено на повышение технологичности за счет увеличения надежности изготавливаемых приборов, Согласно изобретению в способе изготовления пьезоэлектрического датчика дав- 50 ления, заключающемся в сборке чувствительного элемента путем поочередной укладки пьезоэлектрических и металлических дисков в пакет, ориентировании металлических дисков в пакете, сварке ме- 55 таллических дисков с жестко закрепленными в основании токосъемниками, защемлении чувствительного элемента между мембраной и основанием и последующем закреплении корпуса датчика с основанием, перед сваркой металлических дисков с токосъемниками, производят поджатие чувствительного элемента к основанию с усилием, равным усилию защемления чувствительного элемента между мембраной и основанием, а после окончания сварки нагрузку с чувствительного элемента снимают.

Поджатие пьезоэлектрического элемента позволяет исключить механические напряжения в местах сварки и тем самым предотвратить проявление возможных при эксплуатации датчика дефектов.

Усилие поджатия при сварке не должно быть меньше усилия защемления чувствительного элемента между мембраной и основанием датчика при сборке, иначе напряженное состояние в местах сварки при сборке до конца не исключается, а значит,остается возможность проявления рассматриваемых дефектов, хотя и в значительно меньшей мере, чем в прототипе. Если же усилие поджатия пьезопакета при сварке будет наоборот больше усилия защемления чувствительного элемента при сборке, то может произойти нарушение целостности пьезочувствительного элемента (в виде разрушения отдельных пьезопластин) непосредственно на данной технологической операции, Следовательно, оптимальной нагрузкой будет являться нагрузка, равная усилию защемления чувствительного элемента при сборке.

На фиг.1 — 3 изображены основание 1, прокладки 2, металлические диски 3, пьезоэлектрические диски 4, жесткие токосъемники 5, виброгруз 6, места 7 крепления металлических дисков 3 с токосъемниками

5, корпус 8, мембрана 9, сварной шов 10 корпуса 8 с основанием 1.

Сборка чувствительного элемента приведена на фиг.1 и осуществляется следующим образом. На основание 1 устанавливается прокладка 2, на которую поочередно устанавливаются металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4, Указанные диски собираются в пакет и ориентируются в нем с помощью специальных направляющих, которыми являются жесткие токосьемники 5, герметично закрепленные в основании 1. Далее на собранный

1 пакет дисков устанавливается виброгруз 6 (см. фиг.2), к которому прикладывается усилие PHarp., равное по величине усилию защемления чувствительного элемента в собранном изделии. Данным усилием набранный пакет поджимается к основанию 1 и в поджатом состоянии пакета металлические диски 3 с токосъемниками 5 в местах крепления 7 сваривают друг с другом, Окон1789894 чательная сборка готового изделия представлена на фиг.3. Перед установкой корпуса 8 на основание 1, внутреннюю высоту корпуса 8 подгоняют под размер высоты набранного пакета с виброгрузом 6, с учетом величины натяга мембраны 9 (т.е. высота пакета должна быть больше внутренней высоты корпуса 8 на величину необходимого натяга мембраны 9). Последней сборочной операцией является выполнение заключительного сварного шва 10, обеспечивающего герметичное соединение kopnyca 8 с основанием 1. Данная операция обеспечивается поджимом корпуса 8 к основанию 1 за счет специального приспособФормула изобретения

Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающийся в сборке чувствительного элемента путем поочередной укладки пьезоэлектрических и металлических дисков в пакет, ориентировании металлических дисков в пакете, сварке металлических дисков с жестко закрепленными в основании токосъемниками, защемлении чувствительного элемента между мембраной и основанием и последуления. После окончания сварки шва 10 и снятия усилия с корпуса 8, металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4 оказываются плотно поджатыми друг к другу и

5 к основанию 1, однако в местах сварки токосъемников 5 с металлическими дисками 3 деформационные напряжения в этом случае будут отсутствовать, что в свою очередь будет гарантировать надежный электрический

10 контакт в местах крепления 7.

Изобретение позволяет повысить механическую надежность, увеличить ресурс работы, расширить эксплуатационные возможности за счет использования прибо15 ра в условиях механических воздействий. ющем закреплении корпуса датчика с основанием, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности за счет увеличения надежности изготавливаемых приборов, перед сваркой металлических дисков с токосъемниками, производят поджатие чувствительного элемента к основанию с усилием, равным усилию защемления чувствительного элемента между мембраной и основанием, а после окончания сварки нагрузку с чувствительного элемента снимают, 1789894

jL ..

Составитель А,Кулакова

Техред М. Моргентал

Редактор Т.Иванова

Корректор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 345 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5