|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы 4 5 6  Рис.]8.8. Конструкция акселерометра с изоляцией одного нз элек- j тродов от корпуса  Рис. 8.9. Конструкция акселерометра, элементы которого соединены с помощью клея шении является конструкция акселерометра, показанная на рис. 8.8 [Пат. № 3233465 (США)]. Диск из пьезокерамики / (титаната бария или свинца) помещен в выточке основания 2. На верхнюю электропроводную поверхность диска опирается цилиндрическая инерционная масса 3 из немагнитного материала высокой твердости и большой плотности. В выточку в виде усеченного конуса в верхней части инерционной массы помещен сапфировый шарик 4, выступающий над верхней торцовой поверхностью инерционной массы. На шарик посредством конической выточки опирается жесткая мембрана 5 так, что между ней и верхней поверхностью инерционной массы сохраняется требуемый зазор. Мембрана входит в расточку днища 6 стаканообразного корпуса 7, который навинчен на основании. Усилием затяжки корпуса обеспечивается необходимое поджатие пьезокерамики. При воздействии ускорения заряды снимаются через инерционную массу, винт 8, проводник 9 на втулку 10, а с нижней поверхности пьезокерамики через корпус - на разъем . Сапфировый шарик обеспечивает электрическую изоляцию частей прибора. Замкнутая конструкция корпуса и основания изолирует массу и керамику от влияния акустических волн. Поджатие является не единственным способом сочленения элементов конструкции датчика. Другими распространенными способами соединения являются пайка и склеивание. В случае пайки предварительно проводят серебрение поверхностей керамических дисков путем вжигания серебра при температуре около 500° С. Пайку вьшолняют в специальных приспособлениях мягким припоем, также содержащим серебро. Склеивание нашло гораздо более широкое применение для сочленения элементов конструкции акселерометров, чем пайка. При использовании термостойких клеев склеивание успешно кон- курирует с поджатием с помощью винтового соединения. Дело в том, что любое винтовое соединение, как бы тщательно оно ни было выполнено, вносит хотя бы незначительные люфты, что вызывает появление дополнительных механических резонансов на более низких частотах и, следовательно, дополнительных погрешностей в рабочем диапазоне частот. В акселерометре, элементы которого соединены с помощью клея (рис. 8.9), на основании 5 укреплен столбик преобразователя, состоящий из инерционной массы /, пьезоэлемента 2 из керамики ЦТС-19, контактной шайбы 3 и токосъемника 7. Преобразователь закрыт крышкой 6. Элементы антивибрационного кабеля 4 заделаны таким образом, чтобы обеспечить достаточно прочное соединение. Для склеивания применяют клеи БФ-4, БФ-6, эпоксидные компаунды К-300, К-400, токопроводящий клей ВК15С. При измерении больших импульсных ускорений знакопеременного характера в пьезоакселерометрах при работе на растяжение может произойти отрыв инерционного элемента. Отрыв происходит при действии ускорений, не превышающих 20 тыс. м/с. При действии поперечных ускорений отрыв инерционной массы происходит [106] при значительно меньших ускорениях. Прочность токопроводящих клеев, применяемых при склеивании шайб пьезоэлементов, оказывается недостаточной. Для увеличения прочности клеевого соединения склеиваемым поверхностям придают специальную форму. Одна из таких форм, предложенная в [106], использована в акселерометре, приведенном на рис. 8.10, а. На основании / находится пьезоэлемент 2 и составной инерционный элемент, состоящий из шайбы 5, цилиндрической втулки 4 и обеспечивающий центрирование масс. Снаружи пьезопреобразователь залит эпоксидным компаундом 5. Конструкция склеиваемых поверхностей показана на рис. 8.10, б. На склеиваемых плоскостях инерционной массы и основания профрезерованы наклонные пазы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В зависимости от диаметра шайб h >. 0,2н-0,3 мм; с 2 мм; ф = 70°; Я = 0,5 н-1,0 мм; п 4. Склейку выполняют в приспособлении, не допускающем радиаль-  а) S) Рис. 8.10. Акселерометр с клеевым соединением повышенной прочности: а - конструкция, б - форма склеиваемых поверхностей ного смещения инерционного элемента, пьезошайбы и основания относительно друг друга. Давление сжатия при склеивании 19,6-10 Па. Под действием давления компаунд, находящийся между соприкасающимися плоскостями, полностью выдавливается, чем обеспечивается надежный электрический контакт. Прочное соединение обеспечивается за счет компаунда, заполняющего пазы. После полной полимеризации компаунда на инерционный элемент наворачивают цилиндрическую втулку, которая увеличивает инерционную массу и выполняет роль корпуса, предохраняющего преобразователь от повреждения и электрических полей. Описанная конструкция значительно повышает прочность преобразования к действию виброускорений любого направления. Диапазон измеряемых импульсных ускорений достигает 150 км/с. Существенное значение при проектировании и изготовлении пьезоэлектрических датчиков имеет обеспечение герметичности. Обеспечение герметичности связано с необходимостью защиты высокоомных цепей внутри датчика от попадания влаги. При разработке пьезоэлектрических датчиков приходится сталкиваться с явлением, называемым кабельным эффектом. Кабельный эффект возникает вследствие изгибов и окручивания кабеля при градуировке и измерении. Под действием трения на внутренней поверхности изоляции возникают электростатические заряды, которые при отслоении изоляции медленно стекают по тонкому проводящему слою на внутренней поверхности диэлектрика. Под действием вибраций или ударов происходит хаотическое образование и отекание зарядов, в результате чего в проводнике возникает напряжение, образующее кабельный шум. Для борьбы с кабельным шумом применяют специальные антивибрационные кабели. На исследуемом объекте пьезоэлектрические акселерометры крепят с помощью клея, винтов или непосредственно вворачивая датчик в соответствующее посадочное место. При креплении винтами в конструкции основания предусматривают фланцы или приливы с отверстиями; ввертные датчики имеют хвостик с резьбой. Заметим, что вопрос крепления датчика к объекту измерения является достаточно важным. Поэтому сочленяющиеся поверхности датчика и объекта должны иметь соответствующую обработку, обеспечивающую наилучший механический контакт. Так, чистота обработки поверхности должна быть не нижеТв класса, другие требования к стыку аналогичны требованиям приведенным в параграфе 5.2. Когда датчики крепят на специальные кронштейны, следует обеспечить необходимую жесткость последних. Жесткость кронштейна должна быть рассчитана так, чтобы собственная частота системы «датчик-кронштейн» была бы существенно выше частот измеряемого процесса. При этом следует помнить, что наличие небольшой возмущающей силы на частоте, лежащей вне спектра измеряемого парамегра, но совпадающей с ре- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 [ 62 ] 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |