П’єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску

Реферат: П'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску містить корпус із приймальним денцем-мембраною, в якому розміщені стрижневий мідний хвилевід з п'єзоелементом на торцевій поверхні, вузол кріплення та притиску хвилеводу до денця-мембрани та ізольований провідник, з'єднаний з хвилеводом, згідно з корисною моделлю, він оснащений струмознімачем, припаяним до п'єзоелемента, двома ізоляційними прокладками, розміщеними між денцеммембраною і струмознімачем, та ізольованим провідником, з'єднаним зі струмознімачем, причому одна з прокладок виконана з вібродемпфірувального матеріалу, а друга - з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю. UA 115393 U (12) UA 115393 U UA 115393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до вимірювання імпульсних і швидкозмінних тисків, і може бути використана для вимірювання імпульсного тиску гідродинамічного збурення великої потужності при застосуванні в розрядно-імпульсних технологіях. 7 Відомо хвилевідний датчик імпульсного тиску [патент РФ 2241212, МПК G01L9/08, G01L23/10. Опубл. 27.11.2004], що містить хвилеводи різної довжини, розділені п'єзоелектричною таблеткою. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є такі: хвилевід з п'єзоелементом. До причин, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести те, що відсутність гальванічної розв'язки між п'єзоелементом і корпусом датчика веде до появи значних наводок на п'єзоелемент та зниження його ресурсу через виникнення перенапруг при застосуванні в розрядно-імпульсних технологіях, а сприймання хвилі тиску п'єзоелементом без попереднього керованого послаблення веде до зниження верхньої межі вимірювального діапазону амплітуд тиску. Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється, є хвилевідний датчик тиску [Поклонов С. Г. Методика и результаты экспериментальных исследований влияния упругой преграды на параметры волны давления при электрическом разряде в воде / С.Г.Поклонов, В.Г.Жекул, А.П.Смирнов // Электронная обработка материалов. - 2007. - № 5 (247). - С. 56-60], що містить корпус із приймальним денцем-мембраною, в якому розміщені стрижневий мідний хвилевід з п'єзоелементом на торцевій поверхні, вузол кріплення та притиску хвилеводу до денця-мембрани та ізольований провідник, з'єднаний з хвилеводом. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є такі: корпус із приймальним денцем-мембраною, в якому розміщені стрижневий мідний хвилевід з п'єзоелементом на торцевій поверхні, вузол кріплення та притиску хвилеводу до денцямембрани та ізольований провідник, з'єднаний з хвилеводом. До причин, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату, слід віднести те, що відсутність гальванічної розв'язки між п'єзоелементом і корпусом датчика призводить до появи значних наводок на п'єзоелемент та зниження його ресурсу через виникнення перенапруг при застосуванні в розрядно-імпульсних технологіях, а сприймання хвилі тиску п'єзоелементом без попереднього керованого послаблення призводить до зниження верхньої межі вимірювального діапазону амплітуд тиску. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення п'єзоелектричного хвилевідного датчика імпульсного тиску шляхом уведення нових конструктивних елементів та з'єднань, що дозволить зняти робочий сигнал напруги з п'єзоелемента за відсутності електричного контакту з корпусом, уникнути появи значних наводок на п'єзоелемент і вимірювальний тракт при застосуванні датчика в розрядно-імпульсних технологіях, і за рахунок цього збільшити ресурс та надійність роботи датчика, розширити динамічний діапазон амплітуд вимірюваного тиску. Суть корисної моделі полягає в тому, що п'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску, що містить корпус із приймальним денцем-мембраною, в якому розміщені стрижневий мідний хвилевід з п'єзоелементом на торцевій поверхні, вузол кріплення та притиску хвилеводу до денця-мембрани та ізольований провідник, з'єднаний з хвилеводом, згідно з корисною моделлю, оснащений струмознімачем, припаяним до п'єзоелемента, двома ізоляційними прокладками, розміщеними між денцем-мембраною і струмознімачем, та ізольованим провідником, з'єднаним зі струмознімачем, причому одна з прокладок виконана з вібродемпфірувального матеріалу, а друга - з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, слід відзначити таке. Ознаки: "оснащений струмознімачем, припаяним до п'єзоелемента, двома ізоляційними прокладками, розміщеними між денцем-мембраною і струмознімачем, та ізольованим провідником, з'єднаним зі струмознімачем" дозволяють зняти робочий сигнал напруги з п'єзоелемента за відсутності електричного контакту з корпусом. Ознаки: "одна з прокладок виконана з вібродемпфірувального матеріалу, а друга - з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю" дозволяють збільшити верхню межу вимірювального діапазону амплітуд тиску за рахунок керованого послаблення приймального сигналу тиску при зміні товщини і типу матеріалу прокладки та гальванічно розв'язати п'єзоелемент і корпус датчика, завдяки чому уникнути появи значних наводок на п'єзоелемент і вимірювальний тракт при застосуванні датчика в розрядно-імпульсних технологіях і за рахунок цього збільшити його ресурс та надійність роботи. 1 UA 115393 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де наведено поздовжній переріз датчика. П'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску містить корпус 1 із приймальним денцем-мембраною 2. Уздовж осі корпусу 1 розміщено стрижневий мідний хвилевід 3 з п'єзоелементом 4 на торцевій поверхні та струмознімачем 5, припаяним до п'єзоелемента 4. Між денцем-мембраною 2 та струмознімачем 5 розміщено дві ізоляційні прокладки 6 та 7, з яких прокладка 6 виконана з вібродемпфірувального матеріалу, а прокладка 7 – з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю. В корпусі 1 розміщено вузол кріплення та притиску стрижневого хвилеводу 3 до денця-мембрани 2, що складається з шайби 8, пружини 9, ізоляційної шайби 10 та притискної гайки 11. Ізольований провідник 12 з'єднано зі стрижневим мідним хвилеводом 3, а ізольований провідник 13 - зі струмознімачем 5. Для центрування хвилеводу 3 в циліндричному корпусі 1 встановлено гумові амортизатори 14. П'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску працює таким чином. За допомогою додаткових елементів кріплення (на кресленні не показано) п'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску розміщують у спеціальному отворі на поверхні технологічної камери співвісно з напрямом проходження вимірюваної хвилі тиску. Корпус 1 датчика утворює контакт з камерою за механічної дії елементів кріплення на його опорну поверхню, а конструкція корпусу 1 дає можливість вимірювання в камері, заповненій рідиною, як при атмосферному, так і при підвищеному гідростатичному тиску. Виділення енергії в рідині при проведенні певних технологічних операцій (наприклад, у розрядно-імпульсних технологіях) призводить до виникнення гідродинамічного збурення і розповсюдження хвиль тиску. Хвиля тиску почергово проходить через шар рідини в технологічній камері, приймальне денце-мембрану 2 датчика, прокладку 6 з вібродемпфірувального матеріалу, прокладку 7 з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю, струмознімач 5, п'єзоелемент 4, стрижневий мідний хвилевід 3. Вибір товщини і типу матеріалу прокладки 6 з вібродемпфірувального матеріалу дозволяє послабити амплітуду хвилі тиску і збільшити верхню межу вимірювання датчика тиску. Наявність прокладки 7 з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю дозволяє уникнути електричного контакту між корпусом 1 з приймальним денцем-мембраною 2 та п'єзоелементом 4. Хвиля тиску деформує п'єзоелемент 4, на торцях якого через явище п'єзоефекту з'являється різниця потенціалів. Напруга, за допомогою припаяних до п'єзоелемента 4 стрижневого мідного хвилеводу 3 та струмознімача 5 і з'єднаних з ними ізольованих провідників 12, 13, подається на вимірювальний тракт. Довжину стрижневого мідного хвилеводу 3 вибирають, згідно за умови, відсутності впливу на п'єзоелемент 4 хвиль тиску, відбитих від торця хвилеводу 3, з'єднаного з ізольованим провідником 12. Щільність прилягання поверхонь приймального денця-мембрани 2, прокладок 6 і 7, струмознімача 5 забезпечує механічна дія вузла кріплення та притиску, що містить шайбу 8, пружину 9, ізоляційну шайбу 10 та притискну гайку 11. Використання двох ізоляційних прокладок дозволить зняти робочий сигнал напруги з п'єзоелемента за відсутності електричного контакту з корпусом та уникнути появи значних наводок на п'єзоелемент і вимірювальний тракт при застосуванні датчика в розрядноімпульсних технологіях, і за рахунок цього збільшити ресурс та надійність роботи датчика, розширити динамічний діапазон амплітуд вимірюваного тиску. В лабораторії ИПТ НАН України виготовлено макетний зразок п'єзоелектричного хвилевідного датчика імпульсного тиску, який має такі параметри: час наростання імпульсу тиску - 2 мкс; тривалість імпульсу тиску - 80 мкс; амплітуда вимірюваного тиску - до 150 МПа; гідростатичний тиск -від 0,1 до 20 МПа; робоча температура - від 0 до 80 °C; електрична ємність -190 пФ; чутливість - 3,7 нКл/МПа. Матеріал ізоляційних прокладок - пароніт ПМБ ДСТУ 481-80; поліетилентерефталат ПЭТ-Э ГОСТ 24234-80. Матеріал п'єзоелемента - ЦТС-19 ГОСТ 1392774. Таким чином, запропонований п'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску дозволить зняти робочий сигнал напруги з п'єзоелемента за відсутності електричного контакту з корпусом та уникнути появи значних наводок на п'єзоелемент і вимірювальний тракт при застосуванні датчика в розрядно-імпульсних технологіях, і за рахунок цього збільшити ресурс та надійність роботи датчика, розширити динамічний діапазон амплітуд вимірюваного тиску. Крім того, використання прокладки з вібродемпфірувального матеріалу дозволить збільшити максимальний рівень вимірювальних амплітуд тиску за рахунок керування послабленням приймального сигналу тиску при зміні товщини і типу матеріалу прокладки. 60 2 UA 115393 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 П'єзоелектричний хвилевідний датчик імпульсного тиску, що містить корпус із приймальним денцем-мембраною, в якому розміщені стрижневий мідний хвилевід з п'єзоелементом на торцевій поверхні, вузол кріплення та притиску хвилеводу до денця-мембрани та ізольований провідник, з'єднаний з хвилеводом, який відрізняється тим, що він оснащений струмознімачем, припаяним до п'єзоелемента, двома ізоляційними прокладками, розміщеними між денцеммембраною і струмознімачем, та ізольованим провідником, з'єднаним зі струмознімачем, причому одна з прокладок виконана з вібродемпфірувального матеріалу, а друга - з діелектричного матеріалу з високою електричною міцністю. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3