Способ измерения механического напряжения пьезоэлемента Советский патент 1985 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения механических напряжений пьезоэлемента применяемого в качестве преобразователя усилия или давления в электрический сигнал при статических и квазистатических нагрузках.

Известен способ измерения механических напряжений пьезоэлемента по величине разности потенциалов на

Г 1

его электродах 1J . В этом способе используется прАмого пьезоэффекта т.е. появление разности потенциалов на электродах пьезоэлемента под действием приложенной нагрузки. Эта разность потенциалов пропорциональна механическому напряжению пьезоэлемента.

Основньм недостатком этого способа является то, что одновременно с появлением электрической разности потенциалов на электродах пьезоэлемента, а следовательно, и накоплением определенногб- количества зарядов в конденсаторе, образованном электродами пьезоэлемента, происходит их утечка за счет электропроводимости самого пьезоэлемента, измерительной цепи, ионизированного во-здушного или газового окружения пьезоэлемента и ряда других факто- ров. При этом точность будет тем выше, чем скоротечнее протекают процессы нагружения пьезоэлемента и соответственно тем ниже, чем медленнее эти процессы протекают. Это накладывает ограничение на использование этого способа при квазистатическом нагружении пьезоэлемента, невозможно применение его и при статическом нагружении. Для увеличения допустимого времени измерения при достаточной точности измерения необходимо большое электрическое сопротивление окружающей пьезоэлемент среды (газ, воздух, и т.п.) и входа устройства, измеряющего разность потенциалов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения механического напряжения пьезоэлемента, включающий измерение разности потенциалов на его электродах, по величине которой судят о напряжении Ш.

Основным недостатком данного способа является то, что точность измерения величины механических напряжений пьезоэлемента не остается величи ной постоянной в процессе изменения этих напряжений.

Максимальная точность измерений достигается тогда, когда частота электрических колебаний совпадает с частотой собственных колебаний пьезоэлемента. Частота электрических колебаний величина постоянная, она задается на весь период измерений. Частота собственных колебаний пьезоэлемента может изменяться, так как она зависит от геометрических размеров пьезоэлемента, а они изменяются в зависимости от величины нагрузки, приложенной к пьезоэлементу.

О величине механических напряжений судят по величине амплитуды разности потенциалов на электродах пьезоэлемента, но эта величина изменяется с изменерием резонансной частоты пьезоэлемента и зависит от акустических свойств окружающей среды, контакта пьезоэлемента с этой средой и ряда других факторов, которые зачастую трудно оценить.

Для повышения точности измерения данным способом прибегают к использованию специальных корректирующих, стабилизирующих и учитывающих изменение различных факторов устройств, создаются специальные уникальные ,установки. Усложнение измерительной схемы вызывает дополнительные экономические затраты, усложня-ет обслуживание.

Цель изобретения - повьшение точности измерения при статическом нагружении.

Цель достигается тем, что в способе измерения механического напряжения пьезоэлемента, включающем измерение разности потенциалов на его электродах, по величине которой судят о напряжении, измерение разности потенциалов производят периодически, причем в промежутках между измерениями снимают с электродов электрический заряд, результаты измерений алгебраически суммируют, а измерение разности потенциалов

осуществляют с периодом, удовлетворяющим условию

.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА, включающий измерение разности потенциалов на его электродах, по величине которой судят о напряжении, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения при статическом нагружении, измерение разности потенциалов производят периодически, причем в промежутках между измерениями снимают с электродов электрический заряд, результаты измерения алгебраически суммируют, а измерение разности потенциалов осуществляют с периодом, удовлетворяющим условию Т- RC, где R - суммарное сопротивление утеч i ки пьезоэлемента и входа из(Л мерительного устройства; С - суммарная электрическая емкость пьезоэлемента и входа измерительного устройства. 4 4;: 4 00 ОС