Пьезоэлектрический виброизмерительный преобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01P15/09 

I1205028

относится к измерирусп ко

тельной технике и предназначено для измерения вибрации объекта в условиях воздействия на виброизмерительный преобразователь деформации объекта, на котором он установлен.

Целью изобретения является увели чение диапазона рабочих частот за счет повышения резонансной частоты виброизмерительного преобразователя при одновременном обеспечении минимальной деформационной чувствительности.

На фиг.1 схематически изображен пьезоэлектрический виброизмерительный преобразователь; на фиг . 2 расположение поверхности нулевой деформации в теле виброизмерительного преобразователя.

Пьезоэлектрический виброизмерительный преобразователь ) состоит из компенсирующего основания 1 пьезоэлемента 2 с выводами его электродов 3 -и инерционного элемен

та 4, при этом fi, - высота основа- ния; 2 - высота пьезоэлемента; Н - общая высота ВШ; О - поперечный размер пьезоэлемента (и - измерительная ось ВИП.

ВШ установлен на объекте 5.

Пьезоэлектрический виброизмерительный преобразователь работает сле,п;ующим образом.

При наличии виброускорения по измерительной оси прибора на его инерционный элемент действует инерционная сила. Она обуславливает приложение к пьезоэлементу усилий растяжения - сжатия, а следовательно, появление на электродах пьезоэлемента электрического напряжения. Это напряжение возникает Из-за проявления продольного прямого пьезоэффекта в пьезоэлементе и является выходным сигналом ВИП,

Одним из факторов, отрицательно влияющих на показания .ВИП, является деформация поверхности исследуемого объекта, которая приводит к появлению погрешности в выходном сигнале ВИП, Оценкой погрешности величина деформационной чувствительности .(ДЧ) , которая определяется отношением выходного сигнала ВИП под действием деформации к величине самой деформации.

Эффективным путем уменьшения ДЧ ВИП является введение в его конструкцию компенсирующего основания специальной формы и высотой h, , которая удовлетворяет неравенству

0,2 , 0,4 5Д D, (1)

при этом высота hg пьезоэлемента

равна

h, : D - 3h,

где Е(, - модуль упругости материала

пьезоэлемента;

Ед - модуль упругости материала основания;

. Э - понеречный размер пьезоэлемента.

Выралсения СП и (2) для высот пьезоэлемента п и основания Н( при одинаковых модулях упругости материалов пьезоэлемента и основания

( получены расчетньм путем из уравнений упругости в предположении плосконапряженного состояния ВИП при воздействии деформации объекта,

Для варианта различных модулей упругости проведены экспериментальные исследования на ВИП, которые уточнили выргшения (1 и (2). Особенность рассматриваемого процесса заключается в наличии в теле ВИП при деформации объекта областей с деформа- цией разного знака (растяжение и сжатие), что свидетельствует о том, что в ВШ имеются поверхности нулевой деформации. Размещение пьезоэлемента ВЖ1 в зоне поверхности нулевой деформации позволяет резко снизить величину ДЧ ВИП,

Поверхность 6 нулевой деформации

(фиг,2, где + и - означают

соответственно области растяжения и сжатия материала тела ВИП и размещенный в ее зоне пьезоэлемент расположены в предлагаемом ВИП намного ближе к поверхности объекта, чем в известном ВИП.

При одинаковых инерционных элементах (и. таким образом, одинаковых коэффициентах преобразования) высота предлагаемого ВИП меньше, чем известного /за счет меньшей высоты основания), .поэтому резонансная частота предлагаемого ВИП и диапазон рабочих частот больше.

Кроме того, при равных габаритах и приблизительно одинаковых резонансных частотах) предлагаемый ВИП имеет инерционный элемент большей

высоты и массы, а следовательно, и больший коэффициент преобразования.

Таким образом, оптимальное с точки зрения уменьшения ДЧ размещение пьезоэлемента в ВИП позволяет

1205028Л

повысить эффективность ВИП либо за счет повьпиения резонансной частоты ВИП и расширения его диапазона рабочих частот, либо за счет увели- 5 чения коэффициента преобразования ВИП.

//////////////////////////////////У7//

фиг.г

Составитель А.Трунов Редактор И.Рыбченко Техред А.Ач Корректор Е.Рошко

8521/45

Тираж 896.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

+