Способ неразрушающего контроля пьезокерамического преобразователя Советский патент 1989 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении,циклических испытаниях и зксплуатации пьезокерамических преобразователей.

Цель изобретения - упрощение способа неразрушающего контроля пьезо- керамического преобразователя.

На фиг.1 представлена электрическая схема, позволяющая определить величину скорости нарастания температуры контролируемого пьезокерамическо- го преобразователя при его динамическом разогреве переменньм электрическим напряжением на рабочей частоте; на фиг.2 - графическое определение скорости нарастания температуры контролируемого пьезокерамическо- го преобразователя (т.е. темп его разогрева).

Способ неразрушающего контроля пьезокерамических преобразователей осуществляется следуттцим образом.

Контролируемый пьезокерамический преобразователь возбуждают переменным электрическим напряжением на его рабочей частоте (т.е. на частоте основного электромеханического резонанса контролируемого преобразователя), развивая в нем из-за обратного пьезо- эффекта знакопеременное механическое напряжение 6„, которое приводит к динамическому разогреву контролируемого преобразователя. Определяют величину скорости нарастания температуры К этого разогрева на частоте основного резонанса fp при заданной амплитуде циклического механического напряжения, развиваемой в этом преобразователе. Причем определение величины

ел ьо

СП

со ел

о

скорости нарастания температуры разо- грепа контролируемого пьезопреобраэо- вателя осуществляется в углах смещения колебательной системы пьезопреоб- разопателя, где эта скорость всегда будет наибольшей, с помощью схемы приведенной на фиг.1.

Контролируемый пьезокерамический преобразователь Пр циклически нагружается на частоте основного резонанса fp до заданной амплитуды за счет собственного обратного пьезоэффекта с помощью генератора мощных электри- ческих колебаний (например, типа ГСМ) Вольтметром V контролируется электрическое напряжение на генераторе. При настройке пьезопреобразователя на основной резонанс напряжение на генераторе минимально, так как при этом максимальной является проводимость контролируемого пьезопреобразователя. Вольтметром Vg измеряется эффективное значение электрического напряжения Ug на балластном сопротивлении R g .С помощью осциллографа N (например, С1-72 или аналогичного класса) контролируется форма электрического напряжения на генераторе. Автоматическим самопишущим по1ен1;иомет- ром КСПЗ-П с хромелькопелевой термопарой, закрепленной на пьезопреобразо вателе, измеряется его температура в течение времени ее линейного нарастания. Поскольку пьезокерамика является хрупким материалом, то зачеканивание термопары в пьезопреобразователь не допустимо, поэтому необходимо пользоваться специальными прижимами или запаивать горячий конец термопары на технологический лепесток одного из электродов пьезопреобразователя, являющийся нулевой потенциальной точкой в измерительной схеме. Это возможно, если один электрический выход возбуждающего генератора имеет развязку С. аи с общим проводом нулевого потен3 Л. о И,

циала. В этом случае постоянное термоэлектрическое напряжение, возникающее в припаянной термопаре не закорачивается на землю. Термопару закреп- . ляют в узле смещения колебательной системы пьезопреобразователя. В этих точках механическое напряжение, развиваемое в пьезопреобразователе во время знакопеременной циклической нагрузки, температура и скорость разогрева всегда максимальны.

Q Q 5

0

5

0

5

0

5

. Как видно из фиг.2, скорость нарастания температуры разогрева пьезопреобразователя может быть определена как тангенс угла наклона K dT/dt температурной кривой к оси времени (геометрический смысл производной), для его определения достаточно сделать замеры температуры в начале его циклического нагружения и чере§ 100-200 с (что позволяет исключить влияние собственной теплопроводности пьезопреобразователя и всегда соответствует линейному участку на температурньЕх кривых). На фиг.2 приведены две температурные кривые, снятые при одинаковой амплитуде циклического нагружения для бездефектного пьезопреобразователя и преобразователя с микротрещ11нами. Чем больше внутренняя структура пьеэопреобра- зователя заселена дефектами, тем больше скорость нарастания температуры его разогрева при одинаковых амплитудах нагружения.

Для экспериментального установления точностных характеристик предлагаемый способ неразрушающего контроля пьезокерамических преобразователей был апробирован на пьезокерамических преобразователях из ЦТБС-9.

Пьсзопреобразователи в количестве 50 шт., представляющих собой пьезоке- рамические кольца с радиальной поляризацией, размерами 5x32x40, циклически нагружали на их резонансной частоте 30 кГц амплитудой механического напряжения 19,0 (эта амплитуда знакопеременного механического напряжения соответствует пределу прочности на растяжение пьезокерамики ЦТБС-3). В контролируемой партии были и заведомо дефектные образцы. При этом для каждого из образцов определяли скорость нарастания температуры их разогрева К, согласно фиг.2, как тангенс угла наклона температурной кривой к временной оси. После статистической обработки результатов измерений разброс значений К, соответствующий бездефектньш образцам,составлял не более 5%,

Следовательно, согласно способу ДЛ5Г данного типа пьезопреобразователей и для заданной амплитуды знакопеременных механических напряжений предварительно должно быть определено эталонное значение параметра К р. Если в процессе контроля для контролируемого

пьеэопреобраэователя значение К превысит эталонное значение Kj, Польше, чем на 5%, то контролируемьй пьеэо- преобразователь следует считать дефектным.

Формула Изобретения

Способ неразрушающего контроля пьез окерамического преобразо15ателя, заключающийся в возбуждении его на рабочей частоте переменным электрическим напряжением и последующем анализе тепловых режимов в нем, о т л ичающийсятсм,что, с целью упрощения и ускорения контроля, во время возбуждения измеряют температуру динамического разогрева и опреде- ляют величину скорости нарастания этой температуры в узлах смещения колебательной системы контролируемого преобразователя, сравнивают величины скоростей нарастания температур разогрева в одинаково расположенных узлах смещения контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам уравнения судят об исправности контролируемого преобразователя.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении, циклических испытаниях и эксплуатации пьезокерамических преобразователей. В способе с целью упрощения контроля во время возбуждения измеряют температуру динамического разогрева контролируемого пьезокерамического преобразователя в течение времени ее линейного нарастания, определяют величину скорости нарастания этой температуры в наиболее напряженных точках колебательной системы контролируемого преобразователя, сравнивают величины скоростей нарастания температур разогрева в наиболее напряженных одинаково расположенных точках контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам сравнения судят о наличии дефектов в контролируемом преобразователе. 2 ил.

( -л

120

т Фиг.г

24(7

т t/cf ,