ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Пьезоэлектрический преобразователь. 1. Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к пьезоэлектрическим устройства1 4, а именно к пьезоэлектрическим преобразователям, работающим в качестве датчика для исполнительного устройства, например, в электронных системах управления двигателем {ЭСУД) автомобилей. Может также быть использована в других областях техники, в которых предъявляются аналогичные требования к датчикам: чувствительность в пределах 10 - 30 мВ/м-с, электрическая емкость 2-4 нФ, частота резонанса около 7 кГц, масса около О, 1 кг при невысокой стоимости и технологичности при массовом производстве. 2. Уровень техники. Известны пьезоэлектрические преобразователи с использованием биморфного пьезоэлемента 1, которые позволяют получить высокую чувствительность при большой электрической емкости. Однако, известные конструкции таких преобразователей требуют для своей сборки достаточно большое число технологических операций, связанных с необходздалостью склейки и закреплением чувствительного элемента, что приводит к увеличеНР1Ю стоимости до уровня, значительно превышаюш,его приемлемый и затрудняет возможность массового производства. GOIH 11/08, GOIP 15/09
Известны пьезоэлектрические преобразователи с использованием продольного пьезоэффекта, содержащие пакет чувствительных элементов, выполненных из пьезокерамики и инерционную массу 2. Однако, достижение необходимых для данного применения чувствительности и электрической емкости при заданной массе требует увеличения числа чувствительных элементов (до 5 и более), что приводит к ухудшению технологичности конструкции и существенному повыщению ее стоимости.
Известна также конструкция, содержащая корпус, инерционную массу, чувствительный элемент, выполненный в виде кольца с радиальной поляризацией 3 , что позволяет получить высокую чувствительность и больщую емкость. Однако данная конструкция отличается недостаточно высокой технологичностью вследствие необходимости обеспечения выводов с электродов чувствительного элемента, в частности, при помоищ пайки. При массовом производстве это также приводит к существенному повышенкЕю стоимости.
3. Сущность полезной модели.
Сущность полезной модели состоит в том, что в конструкцх-ги пьезоэлектрического преобразователя, содержащей корпус, чувствительный элемент в виде кольца с радиальной поляризацией и электродами, нанесенными на его боковые, (один - на внутреннюю, другой - на внешнюю) поверхности, и выполненными с зазорами между собой шириной больше толщины стенки чувствительного элемента, инерционную массу, упругий элемент, поджимаюший элемент, один из электродов покрывает нижний торец чувствительного элемента, а другой - его верхний торец.
Корпус преобразователя поджимается поджимающим элементом к нижнему электроду чувствительного элемента, а инерционная масса через упругий элемент - к верхнему торцу. Корпус преобразователя и инерционная масса выполнена из электропроводящего материала, а упругий элемент - из изолирующего.
При этом для обеспеченИхЧ выводов с электродов отпадает необходимость пайки.
Предлагаются также еще три варианта полезной модели:
В одном в конструкцию вводится изолирующая прокладка между упругим элементом и инерционной массой, а упругий элемент выполнен из электропроводящего материала, например, из металла.
В другом в конструкции поджимающий элемент выполнен из изолирующего материала, а упругий элемент выполнен из электропроводящего материала.
В третьем в конструкцию вводится изолирующая прокладка между корпусом и поджимающим элементом, а упругий элемент выполнен из электропроводящего материала.
Преобразователь жестко закрепляется на корпусе рабочего объекта, например, двигателя, и работает следующим образом:
При возникновении вибрации объекта инерционная масса действует на чувствительный элемент с силой, пропорциональной виброускорению. При этом на электродах чувствительного элемента возникает электрический сигнал, пропорциональный данному виброускорению. Этот сигнал снимается с инерционной массы и корпуса преобразователя, поджатых к электродам чувствительного элемента и изолированных друг от друга, и подается на вход исполнительного или иного устройства.
Полезная модель направлена на создание пьезоэлектрического преобразователя с повышенной технологичностью при сохраненир высокой чувствительности и электрической емкости.
Предложенная авторами конструкция позволяет уменьшить число технологических операций за счет отказа от пайки при сохраненр1и его чувствительностр PI электрической емкостр, что приводит к повышению технологичностр PI значительному снР1жению СТОРО.ЛОСТИ при массовом прор1зводстве.
4. Перечень фигур чертежей.
Конструкция пьезоэлектрргческого преобразователя представлена на фиг. 1а и состоит из чувствительного элемента 1, выполненного в виде кольца, с нанесеными на него электродами 2, Р1нерционной массы 3, упругого изолируюш,его элемента 4, поджридающего винта 5 и корпуса 6. На фиг. 1а также показаны зазоры между электродами d и толщина стенки чувствительного элемента h.
Варианты конструкцр1И представлены на фр1г. 16, в, г и состоят 1-13 чувствительного элемента 1 с нанесеными на него электродами 2, инерционной массы 3, упругого элемента 4, поджимающего винта 5, корпуса 6, изолирующей прокладки 7 (фиг. 16), изолирующего элемента 8 (фиг. 1г).
5. Сведения, подтверждаюш е возможность осуществленрхя
полезной модели.
Для реализацр1и предлагаемой конструкции был использован кольцевой чувствительный элемент высотой 10 мм с внешнрыл
диаметром 8 MIJL и внутренним - 6,8 мм, выполненный i-is пьезокерамики.
При инерционной массе около 30 г резонансная частота составила 7 кГц ± 400 Гц при емкости 3500 ± 500 пФ и чувствительности около 10 мв/м-с.
Изготовление преобразователей предлагаемой конструкции возможно с использованием существующих оборудования и технологий при минимальной стоимости и больших объемах производства.
1.Ю.И. Иорищ. Виброметрия, М: Машиностроение, 1963, стр. 483,533, рис. 14.53, н - о.
2.Ю.И. Иориш. Виброметрия, М: Машиностроение, 1963, стр. 483,533, рис. 14.53, в.
3.Ю.И. Иориш. Виброметрия, М: Машиностроение, 1963, стр. 483,533, рис. 14.53, и.
ЛИТЕРАТУРА:
Заявитель: Л Попов Виктор Александрович