Пьезоэлектрический датчик Советский патент 1979 года по МПК G01P15/08 

I ,

Изобретение отн осится к области измерительной техники, а более конкретно к пьезоэлектрическим датчикам.

Одной из актуальных задач, возникающих при натурных измерениях, является контроль целостности чувствительных элементов датчиков. Это обусловлено тем, что при дистанционных измерениях обычно трудно установить, чем вызвано изменение полезного сигнала датчика :- изменение параметров измеряемого процесса или частичным разрушением чувствительного элемента датчика. Поэтому в ряде случаев, особенно при воздействии интенсивных дестабилизирующих факторов, возможно получение недостоверной информации.

Проверка целостности чувствительных элементов датчиков осуществляется, как правило, при помощи встроенных устройств калибровки.

В известных пьезоэлектрических датчиках операция калибровки осуществляется введением дополнительных конструктивных элементов. Так, например, известен датчик, в котором для калибровки используется металлический шарик, приводящийся в движение электромагнитом. Механическое воздействие шарика на пьезоэлемент приводит к деформации пьезоэлемента и возникновению на выходе датчика электрического сигнала определенной величины 1.

Известен также способ калибровки такта измерений параметров вибрации, состоящего из последовательного соединенных пьезодатчика, преобразователя, регистратора и генератора, в котором для калибровки используется вторая дополнительная пьезопластина, установленная в пьезодатчике 2. В этом датчике при подаче на дополнительную пьезопластину переменного напряжения с генератором в ней возбуждаются механические колебания, передаваемые на рабочую пластину. По сигналам рабочей пластины судят о работоспособности датчика и его метрологических характеристиках.

Указанные пьезоэлектрические датчики позволяют получить необходимую информацию о их работоспособности и метрологи0ческих характеристиках только в момент проведения калибровки.

Наиболее близким по технической сущностия к изобретению является пьезоэлектрический датчик, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде пьезоэлектрической пластины с нанесенным на ее поверхность токо про водящим слоем и токовыводы 3. Калибровочное устройство в этом датчике выполнено в виде нагревательного элемента, установленного у одной из поверхностей пьезоэлемента. Пьезодатчик калибруется методом воздействия тока на нагревательный элемент и сравнением выходного напряжения датчика с аналогичным напряжением, полученным при механической калибровке датчика. Однако этот датчик обладает рядом недостатков, к числу которых относятся: а)невозможность осуществления постоянного контроля целостности датчика в процессе проведения измерений и фиксации момента разрушения датчика; б)невозможность регистрации частичного разрущения пьезоэлемента датчика (сколы, микротрещины и т. п.); в)потеря полезной информации при проведении контроля работоспособности датчика в процессе измерений; г)получение «ложной информации при частичном разрущении пьезодатчика в процессе измерений. Целью изобретения является повышение достоверности измерений. Это достигается тем, что предлагаемый пьезоэлектрический датчик снабжен токопроводящей шиной, соединенной с токовыводами, жестко закрепленной по краю пьезоэлектрической пластины и отделенной от нее слоем диэлектрика. Конструкция предлагаемого пьезодатчика представлена на фиг. 1, 2. Пьезоэлектрический датчик состоит из следующих элементов корпуса 1, пьезопластины 2, токопроводяшего слоя 3, токовыводов 4-7, слоя диэлектрика 8, токопроводящей шины 9. Токопроводящая шина и диэлектрик изготавливают методом напыления. .Токопроводящая шина выполнена из резистивного материала, например, типа «кермет PC-3710. Пьезоэлектрический датчик работает еле дующим образом. При механических колебаниях объекта, на котором установлен пьезодатчик, под действием инерционных сил про исходит деформация основания корпуса и пьезопластины. Полученный при этом сигнал поступает на токовыводы 6, 7. Если токовыводы 4, 5 токопроводяшей шины включены последовательно в измерительную цепь регистратора, то при частичном или полном нарушении целостности пьезопластины происходит полное прекращение информации. В случае, когда необходимо только зафиксировать момент частичного разрущения пьезопластины без прекращения поступления полезных сигналов с токовыводов 6, 7 токовыводы 4, 5, подключают к контрольной цепи сигнального устройства регистратора. При частичном разрушении пьезопластины 2 датчика - сколе, локальной трещине - происходит обрыв тсжопроводящей шины 9, сопротивление контрольной цепи резко возрастает и сигнальное устройство выдает электрический импульс, по которому судят о моменте частичного разрушения. Выполнение токопроводящей шины 9 из резистивного материала позволяет наряду с контролем целостности датчика осуществлять и его калибровку методо.м теплового воздействия. Для этого через токопроводяшую шину пропускается импульс электрического тока, который приводит к нагреву шины, а следовательно и пьезопластины 2. Электрический сигнал отклика, обусловленный пироэффектом пьезопластины, поступает на токовыводы 6, 7. Формула изобретения Пьезоэлектрический датчик, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде пьезоэлектрической пластины с нанесенным на ее поверхность окопроводящим слоем и токовыводы, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, он снабжен токопроводящей шиной, соединенной с токовыводами, жестко закрепленной по краю пьезоэлектрической пластины и отделенной от нее слоем диэлектрика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 344359, кл. G 01 Р 21/00, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 296038, кл.О 01 Н 11/00, 1971. 3.Авторское свидете/тьство СССР № 502333, кл. G 01 Р 15/08 1974.

-fUS

6

XXXAA,Ч/ Ч7ЧЛ

ХХХХХХХХЛЛ У

-fg 7

7