ДАТЧИК ДЕТОНАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров детонаций в электронной системе управления двигателем автомобиля, а также вибраций в различных областях техники.

Известен датчик аналогичного назначения, содержащий корпус, инерционную массу и биморфный пьезоэлектрический элемент с электродами [1].

Недостатком аналога является разброс технических характеристик от датчика к датчику, связанный с необходимостью использования в них инерционной массы и биморфных пьезоэлектрических элементов.

Известен датчик детонации, принятый за прототип, содержащий соосно распложенные цилиндрические корпус с упругим основанием и опорный элемент, соединенный с основанием корпуса, стержневой электрический вывод с контактной пружиной, дисковый пьезоэлектрический элемент с нижним и верхним электродами, контактирующими соответственно с упругим основанием корпуса и с контактной пружиной стержневого электрического вывода, и заглушку [2].

Особенностью прототипа является наличие на упругом основании корпуса вертикальных радиальных выступов, на которые опирается дисковый пьезоэлектрический элемент. Радиальные выступы позволяют получить оптимальные параметры клеевого соединения пьезоэлемента с основанием и осуществить электрический контакт нижнего электрода пьезоэлектрического пьезоэлемента с корпусом.

Недостатками прототипа является зависимость технических характеристик датчика от качества и стабильности клеевого соединения.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является сохранение стабильности технических характеристик датчика без применения в нем клеевого соединения пьезоэлектрического элемента с основанием.

Данный технический результат получают за счет того, что в известном датчике детонации, содержащем соосно расположенные цилиндрические корпус с упругим основанием и опорный элемент, соединенный с основанием корпуса, стержневой электрический вывод с контактной пружиной, дисковый пьезоэлектрический элемент с нижним и верхним электродами, контактирующими соответственно с упругим основанием корпуса и с контактной пружиной стержневого электрического вывода, и заглушку, дополнительно введено прижимное устройство, выполненное преимущественно в виде тарельчатой пружины с центральным отверстием, при этом внешние края тарельчатой пружины контактируют с периферией дискового пьезоэлектрического элемента, изолированной от верхнего электрода, а внутренняя - с заглушкой, причем дисковый пьезоэлектрический элемент контактирует с контактной пружиной стержневого электрического вывода через центральное отверстие тарельчатой пружины.

Кроме того, в упругом основании корпуса и верхней части опорного элемента выполнено глухое центральное отверстие или кольцевая проточка, диаметр которых d и их глубина h находятся с диаметром D опорного элемента и толщиной S упругого основания корпуса в соотношениях
(0,7...1,4)/h=D-d=(1,4...2,8)S.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструктивная схема датчика детонации.

Датчик детонации содержит соосно расположенные цилиндрические корпус 1 с упругим основанием 2 и опорный элемент 3, соединенный с основанием 2 корпуса 1. Имеется также стержневой электрический вывод 4 с контактной пружиной 5 и дисковый пьезоэлектрический элемент 6 с нижним и верхним электродами, напыленными на торцы диска (не показаны. Нижний электрод контактирует с упругим основанием 2 корпуса 1, а верхний - с контактной пружиной 5 стержневого электрического вывода 4. В состав акселерометра входит также заглушка 7.

Особенностью датчика является наличие в его конструкции дополнительного прижимного устройства, выполненного преимущественно в виде тарельчатой пружины 8 с центральным отверстием 9. При этом внешние края 10 тарельчатой пружины 8 контактируют с периферией дискового пьезоэлектрического элемента 6, изолированной от верхнего электрода (не показано), а внутренняя - с заглушкой 7.

Дисковый пьезоэлектрический элемент 6 контактирует с контактной пружиной 5 стержневого электрического вывода через центральное отверстие 9 тарельчатой пружины 8.

Дополнительной особенностью датчика, направленной на уменьшение его габаритов, является выполнение в упругом основании 2 корпуса 1 и в верхней части опорного элемента 3 глухого центрального отверстия II (или кольцевой проточки), диаметр d которого и его глубина h находятся в соотношениях (1) с диаметром D опорного элемента и толщиной S упругого основания.

Датчик детонации работает следующим образом. С помощью опорного элемента 3 датчик закрепляется на исследуемом объекте (не показан). При этом на упругое основание 2 от корпуса 1 и заглушки 7, выполняющих роль инерционной массы, будут воздействовать виброускорения, вызывающие изгиб упругого основания 2 и дискового пьезоэлектрического элемента 6. Что вызовет появление на электродах пьезоэлектрического элемента 6 электрического заряда, пропорционального величине ускорения.

В связи с тем, что контактирование пьезоэлектрического элемента 6 с основанием 2 происходит непрерывно по всей периферии диска, а не через клеевой слой, как в прототипе, достигается заметное повышение чувствительности датчика к виброускорению, при тех же конструктивных параметрах прибора.

Глухое центральное отверстие 11 (или кольцевая проточка) еще больше повышает чувствительность датчика без увеличения его габаритных размеров. Отверстие 11 позволяет увеличить изгибные деформации дискового пьезоэлектрического элемента при том же значении ускорения. При выполнении соотношений (1) данный эффект проявляется наиболее сильно, что позволяет достичь поставленного технического результата.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 1075170, кл. G 01 P 15/09, 1984 г.

2. Патент США N 4393688, кл. 73-35 (G 01 L 23/22), 1983 - прототип.

Использование: в измерительной технике для измерения параметров детонаций в электронной системе управления двигателем автомобиля, а также вибраций в различных областях техники. Сущность изобретения: в датчик детонации, содержащий соосно расположенные цилиндрические корпус с упругим основанием и опорный элемент, соединенный с основанием корпуса, стержневой электрический вывод с контактной пружиной, дисковый пьезоэлектрический элемент с нижним и верхним электродами, контактирующими соответственно с упругим основанием корпуса и с контактной пружиной стержневого электрического вывода, и заглушку, дополнительно введена тарельчатая пружина с центральным отверстием. Внешние края тарельчатой пружины контактируют с периферией дискового пьезоэлектрического элемента, изолированной от верхнего электрода, а внутренняя часть - с заглушкой. Это позволяет повысить стабильность и уменьшить габариты устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик детонации, содержащий соосно расположенные цилиндрические корпус с упругим основанием и опорный элемент, соединенный с основанием корпуса, стержневой электрический вывод с контактной пружиной, дисковый пьезоэлектрический элемент с нижним и верхним электродами, контактирующими соответственно с упругим основанием корпуса и с контактной пружиной стержневого электрического вывода, и заглушку, отличающийся тем, что дополнительно содержит прижимное устройство, выполненное в виде тарельчатой пружины с центральным отверстием, при этом внешние края элемента, изолированной от верхнего электрода, а внутренняя часть - с заглушкой, причем дисковый пьезоэлектрический элемент контактирует с контактной пружиной стержневого электрического вывода через центральное отверстие тарельчатой пружины. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в упругом основании корпуса и верхней части опорного элемента выполнено глухое центральное отверстие или кольцевая проточка. 3. Датчик по пп.1 и 2, отличающийся тем, что диаметр d глухого центрального отверстия или проточки и их глубина h находятся в математических соотношениях с диаметром D опорного элемента и толщиной S упругого основания вида (0,7....1,4)h = D - d = (1,4...2,8)S.