ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УДАРНЫХ НАГРУЗОК
PIEZOELECTRIC SENSOR FOR IMPACT LOAD

Изобретение относится к области измерительной техники, работающей в условиях интенсивных вибраций.
Известны датчики давления с пьезоэлементом, выполнение в виде одиночного пьезокристалла.
Недостатком подобных датчиков является сложность конструкции, технологии сборки и подстройки датчиков при их калибровке.
Известен держатель пьезоэлемента, в котором основой для сборки служит корпус в форме ступенчатого полого толстостенного цилиндра, внутри которого расположена металлическая оправа. Внутри металлической оправы установлен пьезоэлемент с токоподводящей обложкой в форме плоского диска с концентрическими проточками, отделенный от корпуса прокладкой из электроизоляционного материала. Такой держатель пьезоэлемента может быть использован при измерениях скорости ультразвука, особенно в сжиженных газах с малым удельным акустическим сопротивлением при переменном давлении контролируемой среды.
Однако данный держатель пьезоэлемента из-за ступенчатой формы корпуса сложно крепить на стенках рабочей камеры молотковой дробилки закрытого типа и невозможно использовать при измерениях ударных нагрузок, создаваемыми зерновками воздушно-продуктового слоя [1].
Известно устройство для определения параметров ударной волны содержащее корпус, в верхней части которого расположена пьезоэлектрическая пластина скрепленная с акустическим волноводом [2].
Недостатком известной конструкции является непригодность для определения динамических ударных нагрузок, создаваемых микрочастицами, например, зернового материала при его дроблении молотковыми зернодробилками, а также технологическая сложность конструкции.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является пьезоэлектрический датчик давления.
Известна конструкция пьезоэлектрического датчика давления содержащего корпус с уступом для опоры и крепления одиночного закрепленного по поясу пьезокристалла. Выводы от активных поверхностей и экран, соединенный с корпусом [3]. (прототип)
Недостатком известного пьезоэлектрического датчика давления является сложность конструкции, относительно высокая трудоемкость сборочных работ и отсутствие возможности корректировки сигнала датчика.
Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - конструкция и способ крепления пьезодатчика в корпусе рабочей камеры дробилки;
на фиг. 2 - проточка буртика внутри корпуса пьезодатчика.
Это достигается тем, что корпус пьезоэлемента представляет собой толстостенный цилиндр 1. Внутри корпуса расположен пьезоэлемент 2 в виде круглого стержня, размеры которого выполнены под посадку с гарантированным зазором. В верхней части корпуса имеется подвижная пластина 3, которая воспринимает ударное воздействие зерновок и их частиц 4 воздушно-продуктового слоя циркулирующего в рабочей камере молотковой дробилки закрытого типа и передает его пьезоэлементу. Подвижная пластина как и пьезоэлемент свободно перемещается вдоль оси внутри корпуса. От выхода наружу из отверстия корпуса подвижную пластину удерживает проточенный буртик 5, противоположной торцевой поверхностью подвижная пластина опирается на пьезоэлемент. Как известно, что при оказании давления на пьезоэлемент в нем генерируется электрический заряд, прямо пропорциональный прикладываемой силе, который снимается выводами 6 и 7. Пьезоэлемент 2 поджимает пружина 8. Противоположная часть пружины удерживается неподвижной пластиной 9, которая имеет резьбовое соединение с внутренней поверхностью корпуса.
Предложенная конструкция датчика имеет ряд преимуществ: наличие прочного корпуса, удобство крепления в корпусе рабочей камеры дробилки посредством посадки с натягом, низкую чувствительность к вибрациям, хорошую защищенность пьезоэлемента от разрушений механическими воздействиями измельчаемого материала, возможность осуществлять тарировку датчика посредством изменения силы давления пружины 8 на пьезоэлемент 2. Кроме того, установленный датчик не оказывает влияние на воздушно-продуктовый слой (ВПС) измельчаемого материала 10, поскольку подвижная пластина находится в одной плоскости с внутренней поверхностью корпуса в рабочей камере молотковой дробилки закрытого типа.
Пьезоэлектрический датчик ударных нагрузок работает следующим образом. Целые зерновки и частицы измельчаемого зернового материала оказывают ударное воздействие на пьезоэлемент и при деформации пьезоэлемента под действием внешнего механического давления на его поверхности возникают электрические заряды, то есть имеет место прямой пьезоэлектрический эффект. Эти заряды снимаются выводами 5 и 6. Воздействие целых зерновок и их частиц ВПС на датчик формирует аналоговый сигнал, который требуется преобразовать в приемлемую для анализа и дальнейшей математической обработки цифровую форму. Для решения этой задачи используется аналого-цифровой преобразователь и компьютерная программа «Электронный осциллограф».
Для преодоления указанных недостатков была разработана авторская конструкция (Фиг. 1). Пьезодатчик представляет собой цилиндр 1 размером 10×25 мм, в котором размещен пьезоэлемент 2. В верхней части корпуса имеется подвижная пластина 3, которая воспринимает ударное воздействие частиц и передает его пьезоэлементу. Вывод 6 от пьезоэлемента соединен с массой корпуса, с вывода 7 снимается сигнал (электрический импульс). Надежный контакт подвижной пластины с пьезоэлементом обеспечивает пружина 8. С нижней стороны корпус пьезодатчика закрыт неподвижной пластиной 9.
Предложенная конструкция датчика имеет ряд преимуществ: наличие прочного корпуса 1, удобство крепления в корпусе рабочей камеры дробилки, низкую чувствительность к вибрациям.
Кроме того, установленный датчик не оказывает влияние на ВПС, поскольку подвижная пластина 3 находится в одной плоскости с внутренней поверхностью корпуса дробильной камеры (Фиг. 1). Крепление пьезодатчика на корпусе рабочей камеры осуществляется посредством посадки с натягом (Фиг. 1). Выводы для снятия сигнала 6,7 оказываются снаружи, не попадая под воздействие ВПС. Использование описанного технического решения позволило осуществить установку датчиков, не демонтируя корпус дробильной машины.
Источники информации
1. А.с. СССР №509917 от 05.04.76 Бюлл. 13.
2. А.с. СССР 538261 от 05.12.76 Бюлл. 45.
3. А.с. СССР 317928 от 19.10.71 Бюлл. 31.