Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных, ударных и акустических давлений, а также для измерения параметров вибраций.

Известен способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающийся в сборке пакета из чередующегося набора пьезоэлектрических и металлических пластин. Металлические пластины - электроды в набранном пакете поворачива- юттаким образом, чтобы выступы с пластин, имеющих одинаковую полярность, были повернуты в одну сторону, а выступы с пластин другой полярности были повернуты в противоположную сторону. Далее к торцам одно- именных выступов крепят по одному проводнику боковому и на этом процесс сборки заканчивается.

Недостатком данного способа является смещение при сборке пьезоэлектрических и металлических пластин относительно центральной оси датчика, что отражается как на чувствительности измерения, так и на надежности работы изготавливаемых приборов.

Известен способ изготовления пьезоэлектрического элемента, заключающийся в

VJ 00 Ю 00 Ю N

том, что собирают пакет из чередующихся пьез одйскови металлических дисков. Пред- варительно-на обе стороны каждого пьезо- диска наносят электроды, а при укладке в пакет металлические диски поджимают к данным электродам. Учитывая то, что каждый из металлических дисков имеет по два выступа, при укладке в пакет смежные ме- таллическйедиски располагают таким образом, чтобы .выступы каждого следующего диска были подвернуты по отношению к выступам предыдущего на 90°. Далее выступающие участки изгибают под прямым углом так, чтобы выступы одного ряда соприкасались друг с другом и в местах соприкосновения выступы сваривают и соединяют за счет дополнительных проводников (токосъемников) с измерительной схемой. Данный способ исключает случайные радиальные смещения пьезодисков, в результате которых могли бы происходить короткие замыкания между смежными металлическими дисками.

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает высокой надежности работы изготавливаемых приборов. Это обусловлено тем, что по данному способу после сварки токосъемников с выступами метал- личёе ких дисков и последующем закреплений пьезоэлектрического элемента в корпусе, в местах сварки могут возникать значительные механические напряжения, вызванные поджимом чувствительного элемента при сборке. Усилие при стягивании корпуса с основанием; при котором осуществляется поджим чувствительного элемента, будет одновременно передаваться как на пакет из пьезоэлектрических и металлических дисков, Так и на сварные соединения токосъемников с выступами металлических дисков, что приведет к их деформации, нарушению механического контакта и последующему обрыву схемы, особенно при воздействии значительных механических воздействий (вибрации, ударов и т.д.). ,

Изобретение направлено на повышение технологичности за счет увеличения надежности изготавливаемых приборов.

Согласно изобретению в способе изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающемся в сборке чувствительного элемента путем поочередной укладки пьезоэлектрических и металлических дисков в пакет, ориентировании металлических диско в в пакете, сварке металлических дисков с жестко закрепленными в основании Токосъемниками, защемлении чувствительного элемента между мембраной и основанием и последующем закреплении корпуса датчика с основанием, перед сваркой металлических дисков с токосъемниками, производят поджа- тие чувствительного элемента к основанию с усилием, равным усилию защемления чувствительного элемента между мембраной и основанием, а после окончания сварки нагрузку с чувствительного элемента снимают.

Поджатие пьезоэлектрического элемента позволяет исключить механические напряжения в местах сварки и тем самым предотвратить проявление возможных при эксплуатации датчика дефектов.

Усилие поджатия при сварке не должно

5 быть меньше усилия защемления чувствительного элемента между мембраной и основанием датчика при сборке, иначе напряженное состояние в местах сварки при сборке до конца не исключается, а зна0 чит,остается возможность проявления рассматриваемых дефектов, хотя и в значительно меньшей мере, чем в прототипе. Если же усилие поджатия пьезопакета при сварке будет наоборот больше усилия

5 защемления чувствительного элемента при сборке, то может произойти нарушение целостности пьезочувствительного элемента (в виде разрушения отдельных пьезопла- стин) непосредственно на данной техноло0 гической операции. Следовательно, оптимальной нагрузкой будет являться нагрузка, равная усилию защемления чувствительного элемента при сборке.

На фиг.1-3 изображены основание 1,

5 прокладки 2, металлические диски 3, пьезоэлектрические диски 4, жесткие токосъемники 5, виброгруз 6, места 7 крепления металлических дисков Зс токосъемниками 5, корпус 8, мембрана 9, сварной шов 10

0 корпуса 8 с основанием 1.

Сборка чувствительного элемента приведена на фиг.1 и осуществляется следующим образом. На основание 1 устанавливается прокладка 2, на которую

5 поочередно устанавливаются металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4, Указанные диски собираются в пакет и ориентируются в нем с помощью специальных направляющих, которыми являются жест0 кие токосьемники 5, герметично закрепленные в основании 1. Далее на собранный пакет дисков устанавливается виброгруз 6 (см. фиг.2), к которому прикладывается усилие Рнагр., равное по величине усилию за5 щемления чувствительного элемента в собранном изделии. Данным усилием набранный пакет поджимается к основанию 1 и в поджатом состоянии пакета металлические диски 3 с токосъемниками 5 в местах крепления 7 сваривают друге другом. Оконнательная сборка готового изделия представлена на фиг.З. Перед установкой корпуса 8 на основание 1, внутреннюю высоту корпуса 8 подгоняют под размер высоты набранного пакета с виброгрузом 6, с учетом величины натяга мембраны 9 (т.е. высота пакета должна быть больше внутренней высоты корпуса 8 на величину необходимого натяга мембраны 9). Последней сборочной операцией является выполнение заключительного сварного шва 10, обеспечивающего герметичное соединение корпуса 8 с основанием 1. Данная операция обеспечивается поджимом корпуса 8 к основанию 1 за счет специального приспособ0

ления. После окончания сварки шва 10 и снятия усилия с корпуса 8, металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4 оказываются плотно поджатыми друг к другу и к основанию 1, однако в местах сварки токосъемников 5 с металлическими дисками 3 деформационные напряжения в этом случае будут отсутствовать, что в свою очередь будет гарантировать надежный электрический контакт в местах крепления 7.

. Изобретение позволяет повысить механическую надежность, увеличить ресурс работы, расширить эксплуатационные возможности за счет использования прибора в условиях механических воздействий.

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в производстве пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных давлений. Цель изобретения - повышение технологичности. Сущность изобретения: способ осуще- ствляется следующим образом. На основание 1 устанавливается прокладка 2, на которую затем поочередно устанавливаются металлические диски 3 и пьезоэлектрические диски 4. На собранный пакет уста- навливается виброгруз, к которому прикладывается усилие, равное по величине усилию защемления пакета в собранном изделии. При действии указанного усилия металлические диски 3 и токосъемники 5 в местах крепления (в местах контактирования) сваривают друг с другом. Далее внутреннюю высоту корпуса подгоняют к высоте набранного пакета с учетом величины натяга мембраны, затем корпус поджимают к основанию 1 за счет специального приспособления и выполняют сварочный шов. Способ изготовления гарантирует надежный электрический контакт в местах крепления металлических электродов 3 с токосъемниками 5, за счет чего существенно повышается надежность в работе пьезоэлектрических датчиков быстропеременного давления, особенно в условиях воздействия различного рода механических факторов, 1 с.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения

Способ изготовления пьезоэлектрического датчика давления, заключающийся в сборке чувствительного элемента путем поочередной укладки пьезоэлектрических и металлических дисков в пакет, ориентировании металлических дисков в пакете, сварке металлических дисков с жестко закрепленными в основании токосъемниками, защемлении чувствительного элемента между мембраной и основанием и последующем закреплении корпуса датчика с основанием, отличающийся тем, что, с цёль ю повышения технологичности за счет увеличения надежности изготавливаемых Приборов, перед сваркой металлических дисков с токосъемниками, производят поджа- тие чувствительного элемента к основанию с усилием, равным усилию защемления чувствительного элемента между мембраной и основанием, а после окончания сварки нагрузку с чувствительного элемента снимают.

фиг.)

Редактор Т.Иванова

Составитель А.Кулакова Техред М.Моргентал

ва

iilHKiii s

. 3

/0

Корректор И.Шмакова