Выбор конструктивных материалов

Учитывая вышеперечисленные условия, в качестве первичного преобразователя пьезоэлектрического акселерометра выберем пьезоэлемент из цирконата титаната свинца (ЦТС-19) [2]. Данный материал имеет высокую диэлектрическую проницаемость ε =1525, КПД равный 40℅, модуль упругости Е=70 Н/м2∙109, gij=14.8 мВ/Н∙10-3. Допустимая температура составляет 300оС.

В акселерометрах, как правило, применяются дисковые пьезоэлементы с большим отношением диаметра к толщине (2R/l = 6 ÷ 10). Примем диаметр пьезоэлемента 2R равным 20 мм, тогда толщина l этого элемента составит 2 мм.

По формуле (2) вычислим собственную емкость преобразователя:

С0 = εs/l = επR2/l = 239∙10-12, Ф.

Сила, действующая на пьезоэлемент при ускоренном движении, по второму закону Ньютона определится как:

F = ma, (7)

где m - значение инерционной массы, кг; а - значение ускорения, м/с2.

Зададим максимальное значение силы 5,5 Н, а значение инерционной массы m=50 г. Тогда, согласно уравнению (7), максимальное ускорение определится как:

a = F/m,= 5.5/5∙10-3 = 110, м/с2.

Чувствительность акселерометра по заряду SQ определяется отношением

SQ = Q/a = d33m, (8)

т.е. SQ = 282∙10-12∙50∙10-3 = 14∙10-11, Кл/(м∙с2).

Определим заряд, возникающий на поверхности пьезоэлемента при действии ускорения. Так как при продольном пьезоэффекте заряд не зависит от размера пьезоэлемента, тогда = d33F,

где d33 - значение пьезомодуля, Кл/Н ∙10-12;- сила, Н.

Q = 282∙10-12∙ 5.5 = 1,5∙10-9, Кл.

Исходя из формул (4) и (5), вычислим выходное напряжение преобразователя:

= gijFl/s = dijFl/sεε0,

U = 282∙10-12∙5.5∙3∙10-3/165∙10-6∙1∙1525 = 1.8∙10-11, В.

Рассчитаем параметры инерционной массы.

Форма инерционной массы влияет на характеристики датчика. Уменьшение поперечной чувствительности требует уменьшения расстояния между центром массы инерционного элемента и центром массы пьезоэлемента. В связи с этим инерционную массу желательно выполнять с малой высотой.

Инерционную массу выполним из стали углеродистой качественной конструкционной ГОСТ 1050 - 74 марки 10.

Зададим значение инерционной массы m=50 г.

Масса представляет собой цилиндр (рис. 3). Так как известны диаметр основания, масса и плотность материала, вычислим высоту инерционной массы. Объем цилиндра находится по формуле:

V = πR2H, (9)

где R - радиус основания, м; H - высота цилиндра, м.

С другой стороны, объем равен:= m/ρ, (10)

где m - значение инерционной массы, кг; ρ - плотность, кг/м³.

Рисунок 3 - Форма инерционной массы

Подставляя (9) в (10), получим:

πR2H = m/ρ.

Из полученной формулы найдем значение высоты цилиндра:

H = m/(ρπR2).= 50/(36∙3.14∙7.252) = 0.016, м.

Основание пьезоэлектрического акселерометра изготавливают из относительно легких, но достаточно прочных материалов. В качестве материала для изготовления основания датчика, разрабатываемого в данной курсовой работе, выберем титан ВТ3-1 ГОСТ 19807-74 (ρ=4.5 г/см3), по механическим характеристикам не уступающий стали.

Для сочленения деталей акселерометра используют поджатие, пайку и склеивание. При поджатии с помощью винтового соединения невозможно избежать даже незначительных люфт [1], которые приводят к дополнительным погрешностям. При пайке необходимо предварительно проводить серебрение поверхностей путем вжигания серебра при температуре около 5000С, что значительно усложняет процесс изготовления. Наиболее широкое применение нашло склеивание. Оно обеспечивает надежное сочленение элементов, не приводя к дополнительным погрешностям.

Для склеивания применим клей БФ-4 ГОСТ 12172-74, используемый для цветных металлов, нержавеющей стали, для их склеивания с неметаллами (возможна замена на клей БФ-2 ГОСТ 12172-74).

Похожые стьтьи по экономике

Автономное регулирование
Развитие систем управления ДВС характеризуется автоматизацией все большего числа процессов и режимов: пуск и прогрев двигателя; минимальные крейсерские и номинальные режим ...

Разработка каналообразующего устройства передачи дискретной информации
Расчет параметров каналообразующего устройства и выбор метода модуляции По заданию даны исходные данные: DF =110 Гц; B = 300 Бод; С = 600 бит/с. Для расчета параметров каналообра ...

Генератор LC типа
Генератор сигналов - это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т.д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические х ...

Разделы

© 2020 - www.frontinformatics.ru