Пьезоэлектрический виброизмерительный преобразователь

 

Использование: в измерительной технике, в частности в виброизмерительных приборах (ВИП) для контроля низкочастотной составляющей вибрации оборудования. Сущность изобретения: пьезоэлектрический ВИП состоит из корпуса 1, инерционного груза 2, пакета пьезоэлементов 3, соединенных между собой и прикрепленных к основанию корпуса токопроводящим эластичным клеем 4. Расчетным путем получено оптимальное соотношение между высотой основания, толщиной пьезоэлементов и поперечным размером (диаметром) пьезоэлементов. Для крепления ВИП к стальным поверхностям оборудования на корпус ВИП устанавливается гайка 5 с вклееными в нее магнитами. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля низкочастотной составляющей вибрации оборудования на рабочих местах.

Целью изобретения является обеспечение при минимальных геометрических размерах пьезоэлемента повышенного уровня выходного сигнала, возникающего под воздействием продольных (осевых) колебаний при одновременном снижении погрешности от поперечных (боковых) колебаний.

В известных преобразователях снижение погрешности от поперечных колебаний достигается выполнением определенного соотношения между геометрическими размерами пьезоэлементов и опорной поверхности [1] или симметричностью конструкции - пакеты пьезоэлементов размещены по обе стороны от опорной поверхности [2] . Там же [2] увеличение электрического сигнала при деформации пьезоэлемента в преобразователях достигается установкой инерционных грузов в сквозных отверстиях пьезоэлемента с последующей их стяжкой.

Перечисленные примеры технических решений имеют существенный недостаток: для повышения стойкости преобразователя к внешним механическим воздействиям требуется увеличивать толщину и диаметр самого пьезоэлемента, так как пьезокерамика достаточно хрупкий материал. Увеличение габаритных размеров пьезоэлемента вновь увеличивает погрешность от сигнала, возникающего за счет деформации пьезоэлемента под воздействием поперечных колебаний с одновременным снижением уровня сигнала от осевых колебаний за счет уменьшения величины деформации пьезоэлемента.

На чертеже показан предлагаемый преобразователь.

Пьезоэлектрический преобразователь состоит из корпуса 1, инерционного груза 2, пакета пьезоэлементов 3. Пьезоэлементы соединены между собой и прикреплены к основанию корпуса токопроводящим эластичным клеем 4. Для крепления преобразователя к стальным поверхностям оборудования на корпусе предусмотрена установка гайки 5 с вклеенными в нее магнитами системы самарий-кобальт.

Преобразователь работает следующим образом.

При осевом (продольном) воздействии вибрационных колебаний на пьезоэлементы 3 в них возникает электрический сигнал, величина которого возрастает под воздействием инерционного груза 2 и наличия под пьезоэлементами эластичного клея, не препятствующего деформации. Последовательное соединение тонких пьезоэлементов эластичным токопроводящим клеем также усиливает снимаемый сигнал.

Расчетным путем получено оптимальное соотношение между высотой h_о основания, толщиной h₁ пьезоэлементов и поперечным размером D (диаметром) пьезоэлементов, оно удовлетворяет неравенству 3h + h₁≅ 0,75D, где Е_о - модуль упругости материала основания; Е₁ - модуль упругости материала клея; Е - модуль упругости материала пьезоэлемента.

Наличие эластичного клея под пьезоэлементами препятствует передаче на пьезоэлементы усилий от деформации основания при воздействии продольных колебаний, а последовательное расположение пьезоэлементов и выполнение соотношения между высотой основания, толщиной пьезоэлемента и его диаметром обеспечивают резкое снижение (до 5%) погрешности от продольных колебаний.

Принятые конструктивные меры обеспечили в практической конструкции ВИП с габаритными размерами 19х13 мм получение коэффициента передачи не менее 8 ˙10^-3 В/м ˙ с^-2.

Формула изобретения

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий корпус, основание, укрепленный на нем пакет пьезоэлементов и инерционный груз, отличающийся тем, что на основании корпуса выполнен кольцевой выступ, пьезоэлементы последовательно соединены между инерционным грузом и кольцевым выступом основания эластичным токопроводящим клеем, а поперечный размер пьезоэлементов удовлетворяет неравенству 3h + h₁≅ 0,75D,, где h_о - высота основания; E_о - модуль упругости материала основания; E₁ - модуль упругости материала клея; E - модуль упругости материала пьезоэлемента;
h₁ - толщина пьезоэлементов;
D - поперечный размер пьезоэлемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1