ДАТЧИК ДЕТОНАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G01L23/22 G01P15/08 

Изобретение относится к области виброметрии и может быть использовано в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания в качестве датчика детонационного сгорания топлива.

Известен датчик детонации [1], содержащий в корпусе опорный элемент, гибкую пластину, пьезоэлемент дисковой формы, пружину и крышку с выводной клеммой. Пружина электрически контактирует с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, другой электрод которого соединен с гибкой пластиной, скрепленной с пьезоэлементом посредством эпоксидного клея.

Недостатком известного датчика детонации является наличие плохого механического и электрического контакта между пьезоэлементом и гибкой пластиной при циклическом изменении температуры окружающей среды. Это приводит к дополнительным помехам при работе датчика в двигателе внутреннего сгорания.

Данный недостаток частично устранен в датчике детонации [2], принятом за прототип.

Прототип содержит последовательно расположенные в корпусе опорный элемент, гибкую пластину, пьезоэлемент дисковой формы, пружину и крышку с выводной клеммой, причем пружина электрически контактирует с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, другой электрод которого соединен с гибкой пластиной, скрепленной с пьезоэлементом посредством клеевого состава, например эпоксидного клея.

Для улучшения механического и электрического контакта между пьезоэлементом и гибкой пластиной на гибкой пластине выполнены радиальные выступы. Это конструктивное решение позволило строго нормировать толщину клеевого слоя, оптимальная величина которого позволила сохранить высокие механические характеристики клеевого соединения разнородных по термическому расширению материалов при циклических изменениях температуры окружающей среды и сохранение электрического контакта.

Известен способ изготовления датчика детонации [2], заключающийся в механическом соединении располагающихся в корпусе опорного элемента, гибкой пластины, пьезоэлемента дисковой формы, пружины и крышки с выводной клеммой, создании электрического контакта пружины с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, нанесения диэлектрического клеевого состава на гибкую пластину и обеспечении электрического контакта пьезоэлемента с гибкой пластиной путем создания на последней радиальных выступов.

Данный способ изготовления датчика детонации принят за прототип.

Недостатком прототипа является затекание диэлектрического клеевого состава на выступы гибкой пластины, что приводит к ухудшению электрического контакта пьезоэлемента с гибкой пластиной и дополнительным помехам в работе датчика.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является обеспечение хорошего электрического контакта между гибкой пластиной и пьезоэлементом, склеиваемых диэлектрическим клеевым составом.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном датчике детонации, содержащем последовательно расположенные в корпусе опорный элемент, гибкую пластину, пьезоэлемент дисковой формы, пружину и крышку с выводной клеммой, причем пружина электрически контактирует с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, другой электрод которого соединен с гибкой пластиной, скрепленной с пьезоэлементом посредством клеевого состава, в качестве клеевого состава используют армированный клей, при этом электрическое соединение пьезоэлемента с гибкой пластиной осуществляют через арматуру армированного клея.

В частном случае в качестве арматуры армированного клея используют отрезки проволоки диаметром 0,07 - 0,12 мм при отношении диаметров отрезков проволоки к их длине 5 - 30, при этом концентрация отрезков проволоки на поверхности гибкой пластины равна 10 - 100 штук/см².

В другом частном случае в качестве арматуры армированного клея используют металлическую сетку из проволоки диаметром 0,05 - 0,1 мм и с размерами сторон ячеек 0,5 - 5,0 мм.

В части способа данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе изготовления датчика детонации, заключающемся в механическом соединении располагающихся в корпусе опорного элемента, гибкой пластины, пьезоэлемента дисковой формы, пружины и крышки с выводной клеммой, создании электрического контакта пружины с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, нанесении диэлектрического клеевого состава на гибкую пластину и обеспечении электрического контакта пьезоэлемента с гибкой пластиной, электрический контакт пьезоэлемента с гибкой пластиной осуществляют путем предварительного введения в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры, нагрева получаемого при этом армированного клея до растекания его диэлектрической компоненты и до полимеризации его состава при последующем охлаждении.

В частном случае введение в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры, проводят путем предварительного замешивания в клей отрезков проволоки диаметром 0,07 - 0,12 мм при отношении диаметров отрезков проволоки к их длине 5 - 30, из условия обеспечения концентрации отрезков проволоки на поверхности гибкой пластины, равной 10 - 100 штук/см² при нанесении его на гибкую пластину.

В другом частном случае нагрев армированного клея проводят до температуры выше 150^oC, при этом в качестве клеевого состава используют пленочный клей на основе модифицированных эпоксидных олигомеров.

При этом введение в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры проводят путем распределения по поверхности пленочного клея отрезков проволоки диаметром 0,07 - 0,12 мм при отношении диаметров отрезков проволоки к их длине 5 - 30 и концентрации на поверхности пластины 10 - 100 штук/см².

Причем распределение по поверхности пленочного клея отрезков проволоки проводят в электростатическом поле.

Введение в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры проводят также путем накладывания на поверхность пленочного клея металлической сетки из проволоки диаметром 0,05 - 0,1 мм и с размером сторон ячеек 0,5 - 5,0 мм.

При этом после накладывания на поверхность пленочного клея металлической сетки, последнюю вкатывают в клей.

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

Датчик детонации содержит последовательно расположенные в корпусе 1 опорный элемент 2, гибкую пластину 3, пьезоэлемент 4 дисковой формы, пружину 5 и крышку 6 с выводной клеммой 7.

Пружина 5 электрически контактирует с выводной клеммой 7 и одним из электродов (на чертеже не показан) пьезоэлемента 4. Другой электрод (на чертеже не показан) пьезоэлемента 4 соединен с гибкой пластиной 3 с помощью армированного клея.

По соображениям безопасности, технологического и эксплуатационного удобства, пьезоэлемент конструктивно, внутри датчика, может быть зашунтирован дополнительным резистором (на чертеже датчика не показан).

Сборка датчика заключается в подготовке армированного клея, механическом соединении располагающихся в корпусе 1 опорного элемента 2 и гибкой пластины 3, пьезоэлемента 4, пружины 5, выводной клеммы 6 с крышкой 7. Армированный клей готовится по технологии, описанной выше, и наносится перед сборкой на гибкую пластину 3. При этом излишки клея под воздействием пружины выдавливаются из-под пьезоэлемента, образуется многоточечный электрический контакт через арматуру, причем точки контакта пьезоэлемента могут не совпадать в проекции с точками контакта гибкой пластины и термическое расширение клея при циклических изменениях температуры окружающей среды не приводит к отрыву контакта, что замечено у прототипа.

Затем датчик выдерживается необходимое время при температуре выше температуры эксплуатации и достаточной для полимеризации клея, охлаждается и считается готовым к эксплуатации.

Хорошие технологические и конструктивные результаты дает пленочный клей на основе модифицированных эпоксидных олигомеров. Армирование их вышеуказанными отрезками проволок целесообразно производить в заготовке россыпанием, а затем прикатыванием их к поверхности, при этой операции целесообразно использовать электростатический эффект. Армирование вышеуказанной сеткой также целесообразно производить в заготовке с последующим разрезанием на клеевые элементы, форма которых может быть квадратной.

Готовый к эксплуатации датчик детонации работает следующим образом.

С помощью опорного элемента 2 датчик закрепляется на блоке двигателя внутреннего сгорания, (на чертеже не показан). Вибрации, через опорный элемент 2, воздействуют на гибкую пластину 3, изгиб пластины приводит к двухосному растяжению-сжатию в плоскости диска, приклеенного к гибкой пластине дискового пьезоэлемента, на котором при этом генерируется заряд, пропорциональный величине изгиба, а значит и амплитуде вибраций. Заряд снимается между выводной клеммой и корпусом и подается на обрабатывающую аппаратуру (на чертеже не показана).

Благодаря использованию армированного клея между гибкой пластиной 3 и пьезоэлементом 4 обеспечивается не только хорошая механическая прочность соединения, но и надежный электрический контакт.

Источники информации
1. Патент США N 4254354, кл. 310-329 (H 01 L 41/08), 1979.

2. Патент США N 4393688, кл. 310-334 (С 01 L 23/22), 1981.

Датчик детонации и способ его изготовления относятся к области виброметрии, предназначен для использования в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания в качестве датчика детонационного сгорания топлива. В датчике детонации, содержащем соосно расположенные в корпусе опорный элемент, гибкую пластину, пьезоэлемент, пружину и крышку с выводной клеммой, гибкую пластину прикрепляют к пьезоэлементу с помощью армированного клея. В качестве арматуры клея используют отрезки проволоки или проволочную сетку, которые соответственно распределяют или вкатывают в клеевой состав. Благодаря использованию армированного клея между гибкой пластиной и пьезоэлементом обеспечивается хорошая механическая прочность соединения и надежный электрический контакт. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Датчик детонации, содержащий последовательно расположенные в корпусе опорный элемент, гибкую пластину, пьезоэлемент дисковой формы, пружину и крышку с выводной клеммой, причем пружина электрически контактирует с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, другой электрод которого соединен с гибкой пластиной, скрепленной с пьезоэлементом посредством клеевого состава, отличающийся тем, что в качестве клеевого состава используют армированный клей, при этом электрическое соединение пьезоэлемента с гибкой пластиной осуществляют через арматуру армированного клея. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве арматуры армированного клея используют отрезки проволоки диаметром 0,07 - 0,12 мм при отношении диаметров отрезков проволоки к их длине 5 - 30, при этом концентрация отрезков проволоки на поверхности гибкой пластины равна 10 - 100 штук/см². 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве арматуры армированного клея используют металлическую сетку из проволоки диаметром 0,05 - 0,1 мм и размером сторон ячеек 0,5 - 5,0 мм. 4. Способ изготовления датчика детонации, заключающийся в механическом соединении располагаемых в корпусе опорного элемента, гибкой пластины, пьезоэлемента дисковой формы, пружины и крышки с выводной клеммой, создании электрического контакта пружины с выводной клеммой и одним из электродов пьезоэлемента, нанесении диэлектрического клеевого состава на гибкую пластину и обеспечении электрического контакта пьезоэлемента с гибкой пластиной, отличающийся тем, что электрический контакт пьезоэлемента с гибкой пластиной осуществляют путем предварительного введения в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры, нагрева получаемого при этом армированного клея до растекания его диэлектрической компоненты и до полимеризации его состава при последующем охлаждении. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что предварительное введение в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры при нанесении его на гибкую пластину осуществляют путем предварительного замешивания в клей отрезков проволоки диаметром 0,07 - 0,12 мм при отношении диаметров отрезков проволоки к их длине 5 - 30 из условия обеспечения концентрации отрезков проволоки на поверхности гибкой пластины, равной 10 - 100 штук/см². 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что нагрев армированного клея осуществляют до температуры выше 150^oC, при этом в качестве клеевого состава используют пленочный клей на основе модифицированных эпоксидных олигомеров. 7. Способ по п.4 или 6, отличающийся тем, что предварительное введение в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры осуществляют путем распределения по поверхности пленочного клея отрезков проволоки диаметром 0,07 - 0,12 мм при отношении диаметров отрезков проволоки к их длине 5 - 30 и концентрации на поверхности гибкой пластины, равной 10 - 100 штук/см². 8. Способ по п7, отличающийся тем, что распределение по поверхности пленочного клея отрезков проволоки осуществляют в электростатическом поле. 9. Способ по п.4 или 6, отличающийся тем, что введение в диэлектрический клеевой состав электропроводной арматуры осуществляют путем накладывания на поверхность пленочного клея металлической сетки из проволоки диаметром 0,05 - 0,1 мм с размером сторон 0,5 - 5,0 мм. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что после накладывания на поверхность пленочного клея металлической сетки последнюю вкатывают в клей.