Чувствительный элемент преобразователя механических величин в частоту Советский патент 1977 года по МПК G01L1/16 

оси; на фиг. 3 - элемент, в которол иеоднородность внутренних напряжений достигается при приложении точечных усилий, один из вариантов выпо;1 нения.

Описываемы чувств1ггелы1ын элемент выиолнен в виде пластины, грань которой имеет форму траиепни. Пьезоэлемеит 1 нредставляет собой плоскопараллельную пластину толщиной /, к торнам 2 и 3 которой приложено растягиваюндее усилие Р. Грани пластины пьезоэле мента пмеют форму трапецип высотой h с основаниями а и Ь. По высоте пьезоэлемента с двух его сторон нанесены понарно электроды 4-4, 5-5, &-€,, Т-1 и 8-8, образующие пьезорезонаторы 4, 5, 6, 7, 8, которые вследствие эффекта локализаннн энергии акустпческп не связаны один с другим на частотах разонансных колебаний.

Прпращение частоты А/ высокочастотного ньезорезонатора при фиксированной орнентаППП криеталлографическпх осей пьезоэлемепта п задапном способе подвода усилий линейно зависпт от величины мехаиического лапряжения 7 в подэлектродпой области пьезорезонатора

,

где k - постояпная. Величина механического напряжения определяется как отнощение сплы к сечению, через которое оно передается.

В схеме нагрузка F приложена к торцам равномерно (см. фиг. 1), поэтому на различной высоте h напряжение Г при заданном усилии различно: максимальное напряжение Р

Го развивается у верхнего торпа,

Ы ;

р

минимальное - у нижнего. В обиим

at

случае напрял ение Т меняется с высотой монотонно по закону

-„

Г(/г)

А-(Л-1)

Л

г - L

где

°- и

Таким образом, нанося электроды, образующие резонатор, на различных высотах, можно обеспечить различные значения крутизны преобразования усилия F в приращении частоты Af. Если же размещать на пьезоэлементе два, три и более пьезорезонаторов, то в процессе отладки датчика можно найти резонатор, имеющий чувствительность, наиболее близкую к требуемой.

Различие в крутизне характеристик (F} между отдельными резонаторами, выполненными в пьезоэлементе, тем меньше, чем больше прямоугольность пьезоэлемента, т. е. чем

(еньше отличается от единицы отношение - Л. Изменяя это отношение, можно издиапазон перестройки крутизны преобразования . Так, если А - 2, то

Ь

силовая чувствительность пьезорезонатора 4, прилежащего к верхнему торцу, оказывается почти в два раза больше чувствительности пьезорезонатора 8, прилежащего к нижиему торцу и, таким образом, при использовании пяти пьезорезонаторов на пластине можно выбором резонатора, подключаемого в схему автогенератора, регулировать крутизну преобразования с шагом, равным 12,5% максимального значения. Если же выбрать

,01, то крутизну преобразования можио меиять уже с шагом 0,25%Па пьезоэлементе, приведенном на фнг. 1, размещено пять резонаторов. В принципе их число может быть и меньшим, и большим. Пьезорезонаторы могут быть размещены не только вдоль прямой линии, но и любым други.м образом.

Описываемый вариант выполнения чувствительного элемента не ограничивает возможные другие конструктивные его формы. Неоднородные напряжения могут быть созданы и другими способами, в частности, если выполнять пьезоэлемент в форме диска, а электроды размещать по окружности, как показано на фиг. 3. В этом случае локальные пьезорезонаторы будут иметь также различные по крутизне характеристики преобразования.

Формула изобретения

Чувствительный элемент преобразователя механических величин в частоту, содержащий пьезоэлемент с нанесенными на него электродами, отличающийся тем, что, с целью упрощения регулировки крутизны характеристики «усилие - частота и облегчения настройки, Пьезоэлемеит выполнен с неоднородным относительно внещиего механического воздействия распределением внутренних механических напряжений, например, в виде

пластины, грани которой выполнены в форме трапеции, а электроды размещены попарно на гранях пьезоэлемента в областях с различной величиной внутренних механических напряжений.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе:

1.Иовицкий П. и др. Цифровые прпборы с частотными датчиками. М., Энергия, 1970.

2.Авторское свидетельство № 351300, М. Кл.2 Н ОЗН 9/18, 1970.

3.Авторское свидетельство № 336540, М. Кл. G OIL 1/16, 1969.

iI I lin

Ч,

f/AH

Flat

Фие2