Способ армирования пьезокерамических преобразователей Советский патент 1982 года по МПК H04R31/00 

(54) СПОСОБ АРМИЮВАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1

Изобретение относится к технологии изго тоЕления армированных пьезокерамических преобразователей и может найти применение в производстве мощных пьезоэлектрических излучателей.

Известен способ армирования стержневых пьезокерамических преобразователей, включающий силовую затяжку динамометрическим ключом с определенным крутящим моментом гайки, расположенной на центральной стягивающей щпильке преобразователя.

Известен способ армирования изделий, в котором требуемое армирующее напряжение обеспечивается крутящим моментом затяжки гайки, рассчитанным с использовгшием справочных данных: коэффициентов трения резьбовой пары гайки-шпильки tHСущественным недостатком данного способа является малая точность создания армирующих напряжений по сравнению с требуемой 10%. Это обусловлено отличием от справочных значений действительных коэффициентов 1рения в резьбовых парах элементов армирования изготавливаемых преобразователей и

больщим разбросом их между собой. Последнее приводит к тому, что при одном и том же крутящем моменте затяжки гайки в изделиях, например, в преобразователях создаются разные армируюцще напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ армирования пьезоэлектрического преобразователя, включающий его сжатие с заданным усилием, регистрацию и фиксацию этого усилия 2.

Однако зтот способ не позволяет избежать разброса параметров преобразователя из-за неточности репктрации фиксируемого усилия, поскольку фиксация усилия производится после его регистрации и реальное зафиксированное уошие не совпадает с заданным, так как происходит либо частично неупругая деформация фиксируемого устройства, либо его заедание.

Цель изобретения - уменьшение разброса параметров пьезопреобразователей за счет повышений точности регистрация задаваемых усилий. Поставленная цель достигается тем, что ре гистрация усилия производатся путем подключения параллельно преобразователя высокодобротного конденсатора и измерения на его выводах электрического напряжения, соответствующего заданному усилию. Сжимают преобразователь в направлении армирования усилием, соответствующим задан ному напряжению армирования, блок при этом регистрирует по вольтметру возникщее на выводах преобразователя электрическое напряжение. Сжатие стержневых пьезокерами ческих преобразователей может быть осущес влено, например, с помощью пресса, а цили рических пьезокерамических преобразователей с помощью обжимного приспособления, напр мер, цш7индрической гидравлической манжетой, в которую устанавливается преобразователь. Сжимают преобразователь до возникновения на его выводах, подключенных к вольт метру, электрического напряжения, равного по величине ранее зарегистрированному при сжатии известным рассчитанным усилием. Точность армирования стержневьгх пьезоке рамических преобразователей предлагаемым способом повышается за счет определения и дивидуально для каждого изготавливаемого преобразователя выходного электрического напряжения, соответствующего требуемому армирующему усилию, и последующего армирования до получения электрического напряжения на выходе, равного предварительно полученному. Благодаря этому исключается влияние на армирование разбросов параметров как активного материала преобразователей, так и разбросов параметров элементов армирования, таких как трение в резьбовой паре гайка-щпилька и определение начального момента затяжки гайки. Даже в одной и той же партии преобразователей разброс коэффициентов трения элементов армирования может достигать больщих значений. Так, например, разброс коэффициента трения в резьбовой паре щпилька (титан)-гайка (титан) может изменяться на ± 100%. Что касаемся разброса параметров активного мате риала, то например, для пьезокерамики состава ЦТБС-3 разброс пьезомоду- ля может находиться в пределах ± 20% от среднего значения, а разброс значений статического модуля Юнга в технических условиях на пьезокерамику вообще не оговаривается. Наличие разброса параметров активного материала от преобразователя к преобразователю приводит при использовании известных 4 способов армирования по крутящему моменту и углуповорота гайки к тому, что при армировании в активном элементе преобразователей создаются при одних и тех же условиях армирования разные армирующие напряжения. Проверка показала, что при предлагаемом способе изготовления разброс создаваемых механических напряжений в партии преобразователей не первыщает ± 8%, в то время как армирование способом известного устройства дает разбрюс ± 20%. Погрешность армирования предлагаемым способом обусловлена погрещностью измерения электрического напряжения вольтметром и усилий сжатия по манометру пресса, а также электроизолядией преобразователя. Для уменьщения первой погрещности измерение электрического напряжения выполняют статическим вольтметром марки , а для уменьшения второй погрещности усилие сжатия прессом регистрируют образцовым манометром. Для ликвидации утечки электрического заряда из-за низкой изоляции пьезокерамики к преобразователю подключают высокодобротный конденсатор, например, марки . К73П-2 номинал которого рассчитывают, исходя из электрической емкости преобразователя и сопротивления утечки, чтобы постоянная времени цепи разряда существенно превышала время армирования. Большим преимуществом предлагаемого способа армирования по сравнению с известными является объективность контроля создаваемых напряжений непосредственно в пьезокерамике, который исключает недоармирование преобразователя из-за заедания резьбы или из-за ее срыва. Обеспечение предлагаемым способом в значительной мере большой точности армирования особенно важно при изготовлении мощных излучателей с большилш требуемыми для них армирующими напряжениями. Отклонение в них армирующих напряжений от номинальной величины недопустимо как в большую, так и в меньщую сторону. В первом случае это приводит к ухудшению электроакустических параметров (переармирование) , во втором - к снижению его ресурсов работы (недоармирование). Кроме того, увеличение точности армирования пьезокерамических преобразователей обеспечивает идентичность их электроакустических параметров, что особенно важно при использовании их в качестве дискретных элементов систем. Формула изобретения Способ армирования пьезокерамических преобразователей, включающий его сжатие с 5 заданным усилием, регистрацию и фиксацию этого усилия, отличающийся тем, что, с целью уменьшения разброса параметров преобразователей за счет повышения точности регистрации задаваемых усилий, регистрация усилия производится путем подключения параллельно преобразователю высокодобротного конденсатора и измерения на его выводах электрического напряжения, соответствующего заданному усилию. 30752 6 Источники 1шф0рмацин. принятые во внимание при экспертизе I. Орлов П. И. Основы конструирования. М., Машиностроение, 1968, 5 с. . 2. Рабинович А. Г., Рубанов Л. А. Технологая производства гидрракусппеской алпара туры. Л./ Судостроение, 1973, ю с. 113-115.