УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТА

Полезная модель относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использована в учебном процессе для исследования пьезоэлементов.
В качестве прототипа данной полезной модели выбрана установка для исследования пьезоэлемента, содержащая корпус, выполненный в виде цилиндрической детали с осевым отверстием, которая установлена вертикально на основании, в котором выполнено отверстие, соосное с отверстием корпуса, груз, смонтированный на верхнем конце штока, установленного в отверстии основания, при этом нижний конец штока размещен на пьезоэлементе, расположенном на основании в отверстии корпуса (Чесноков, Д.В. 4-51 Физические основы получения информации [Текст]: сб. лаборат.работ / Д.В. Чесноков, В.В. Чесноков. - Новосибирск: СГГА, 2007. - 86 с. - С. 13.).
Недостатком данного устройства является невозможность определения зависимости усилия, создаваемого пьезоэлементом от его деформации при разных значениях напряжения, подаваемого на пьезоэлемент, которая отражает работу пьезоэлемента в случае применения его в качестве осевого или поперечного актюатора.
Техническая задача, которую решает данная полезная модель - обеспечение возможности определения зависимости усилия, создаваемого пьезоэлементом, от его деформации при разных значениях напряжения, подаваемого на пьезоэлемент.
Поставленная задача достигается тем, что установка для исследования пьезоэлемента, содержащая корпус, выполненный в виде цилиндрической детали с осевым отверстием, которая установлена вертикально на основании, груз, смонтированный на конце штока, пьезоэлемент, размещенный на основании в отверстии корпуса. Согласно полезной модели установка содержит добавочные грузы, шайбу и пластину, зафиксированные на грузе с помощью штока, датчик перемещения, смонтированный на стойке, установленной на основании, при этом груз смонтирован на нижнем конце штока и размещен на пьезоэлементе в отверстии корпуса, в котором груз размещен с возможностью перемещения вдоль оси отверстия.
Технический результат применения данного устройства заключается в расширении возможностей установки для исследования пьезоэлемента за счет обеспечения возможности определения зависимости усилия, создаваемого пьезоэлементом от его деформации при разных значениях напряжения, подаваемого на пьезоэлемент.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На чертеже изображена общая схема установки для исследования пьезоэлемента.
Установка для исследования пьезоэлемента содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндрической детали с осевым отверстием, которая установлена вертикально на основании 2, пьезоэлемент 3, размещенный на основании 2 в отверстии корпуса 1, шток 4, на нижнем конце которого смонтирован груз 5, размещенный на пьезоэлементе 3 и входящий в отверстие корпуса 1, добавочные грузы 6, шайбу 7 и пластину 8, последовательно зафиксированные на грузе 5 штоком 4, стойка 9, установленная на основании 2, датчик 10 перемещения, смонтированный на стойке 9, управляемый источник 11 напряжения, подключенный к пьезоэлементу 3. Положение датчика 10 на стойке 9 зависит от типа применяемого датчика 10, который устанавливают таким образом, чтобы определять перемещение пластины 8, равное деформации пьезоэлемента 3. Датчик 10 представлен индикатором часового типа, измерительный шток 12 которого контактирует с пластиной 8, а ось штока 12 соосна с осью пьезоэлемента 3. Груз 5 охвачен корпусом 1 частично, а отверстие в корпусе 1 выполнено как направляющая для перемещения груза 5, который размещен в данном отверстии по посадке с зазором, с возможностью перемещения вдоль оси в верхней части корпуса 1. При этом форма поперечного сечения отверстия в корпусе 1 и части груза, расположенного в корпусе 1 совпадают.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом проведения исследования, исследуемый пьезоэлемент 3 устанавливают в отверстие корпуса 1 и подключают к источнику 11 напряжения, после чего груз 5 размещают в отверстии корпуса 1 на пьезоэлементе 3. На грузе 5 устанавливают шток 4, пластину 8 и шайбу 7.
Далее на пьезоэлемент 3 подают установленное параметрами исследования напряжение от источника 11 напряжения. После выполнения данных действий переходят к определению значений для построения зависимости усилия, создаваемого пьезоэлементом 3 от его деформации, для чего производят ряд экспериментов с поэтапным увеличением массы нагрузки, приложенной к пьезоэлементу 3, которая равна сумме масс груза 5, штока 4, шайбы 7, пластины 8 и установленных добавочных грузов 6. Первый эксперимент производят без добавочных грузов 6, а последний эксперимент с массой нагрузки, при которой деформация пьезоэлемента 3 равна нулю.
Принцип работы установки состоит, в том, что пьезоэлемент 3 под действием напряжения от источника 11 напряжения деформируется (удлиняется) до того момента, пока создаваемое им усилие не будет равно силе тяжести массы нагрузки. Таким образом, в каждом эксперименте для каждой заранее известной массы нагрузки определяют с помощью датчика 10 удлинение пьезоэлемента 3. После проведения всех экспериментов на основе полученных данных определяют функциональную зависимость усилия, создаваемого пьезоэлементом 3 от его деформации при конкретном значении напряжения, подаваемого от источника 11 напряжения на пьезоэлемент 3. Далее снимают добавочные грузы 6 со штока 4, отсоединяют источник 11 напряжения от пьезоэлемента 3, после чего испытание считается оконченным.