SU1525950A1 - Способ неразрушающего контрол пьезокерамического преобразовател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении, циклических испытани х и эксплуатации пьезокерамических преобразователей. В способе с целью упрощени  контрол  во врем  возбуждени  измер ют температуру динамического разогрева контролируемого пьезокерамического преобразовател  в течение времени ее линейного нарастани , определ ют величину скорости нарастани  этой температуры в наиболее напр женных точках колебательной системы контролируемого преобразовател , сравнивают величины скоростей нарастани  температур разогрева в наиболее напр женных одинаково расположенных точках контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам сравнени  суд т о наличии дефектов в контролируемом преобразователе. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано в пьезотехнике при изготовлении,циклических испытани х и зксплуатации пьезокерамических преобразователей.

Цель изобретени  - упрощение способа неразрушающего контрол  пьезо- керамического преобразовател .

На фиг.1 представлена электрическа  схема, позвол юща  определить величину скорости нарастани  температуры контролируемого пьезокерамическо- го преобразовател  при его динамическом разогреве переменньм электрическим напр жением на рабочей частоте; на фиг.2 - графическое определение скорости нарастани  температуры контролируемого пьезокерамическо- го преобразовател  (т.е. темп его разогрева).

Способ неразрушающего контрол  пьезокерамических преобразователей осуществл етс  следуттцим образом.

Контролируемый пьезокерамический преобразователь возбуждают переменным электрическим напр жением на его рабочей частоте (т.е. на частоте основного электромеханического резонанса контролируемого преобразовател ), развива  в нем из-за обратного пьезо- эффекта знакопеременное механическое напр жение 6„, которое приводит к динамическому разогреву контролируемого преобразовател . Определ ют величину скорости нарастани  температуры К этого разогрева на частоте основного резонанса fp при заданной амплитуде циклического механического напр жени , развиваемой в этом преобразователе . Причем определение величины

ел ьо

СП

со ел

о

скорости нарастани  температуры разо- грепа контролируемого пьезопреобраэо- вател  осуществл етс  в углах смещени  колебательной системы пьезопреоб- разопател , где эта скорость всегда будет наибольшей, с помощью схемы приведенной на фиг.1.

Контролируемый пьезокерамический преобразователь Пр циклически нагружаетс  на частоте основного резонанса fp до заданной амплитуды за счет собственного обратного пьезоэффекта с помощью генератора мощных электри- ческих колебаний (например, типа ГСМ) Вольтметром V контролируетс  электрическое напр жение на генераторе. При настройке пьезопреобразовател  на основной резонанс напр жение на генераторе минимально, так как при этом максимальной  вл етс  проводимость контролируемого пьезопреобразовател . Вольтметром Vg измер етс  эффективное значение электрического напр жени  Ug на балластном сопротивлении R g .С помощью осциллографа N (например, С1-72 или аналогичного класса) контролируетс  форма электрического напр жени  на генераторе. Автоматическим самопишущим по1ен1;иомет- ром КСПЗ-П с хромелькопелевой термопарой , закрепленной на пьезопреобразо вателе, измер етс  его температура в течение времени ее линейного нарастани . Поскольку пьезокерамика  вл етс  хрупким материалом, то зачеканивание термопары в пьезопреобразователь не допустимо, поэтому необходимо пользоватьс  специальными прижимами или запаивать гор чий конец термопары на технологический лепесток одного из электродов пьезопреобразовател ,  вл ющийс  нулевой потенциальной точкой в измерительной схеме. Это возможно, если один электрический выход возбуждающего генератора имеет разв зку С. аи с общим проводом нулевого потен3 Л. о И,

циала. В этом случае посто нное термоэлектрическое напр жение, возникающее в припа нной термопаре не закорачиваетс  на землю. Термопару закреп- . л ют в узле смещени  колебательной системы пьезопреобразовател . В этих точках механическое напр жение, развиваемое в пьезопреобразователе во врем  знакопеременной циклической нагрузки , температура и скорость разогрева всегда максимальны.

Q Q 5

0

5

0

5

0

5

. Как видно из фиг.2, скорость нарастани  температуры разогрева пьезопреобразовател  может быть определена как тангенс угла наклона K dT/dt температурной кривой к оси времени (геометрический смысл производной), дл  его определени  достаточно сделать замеры температуры в начале его циклического нагружени  и чере§ 100-200 с (что позвол ет исключить вли ние собственной теплопроводности пьезопреобразовател  и всегда соответствует линейному участку на температурньЕх кривых). На фиг.2 приведены две температурные кривые, сн тые при одинаковой амплитуде циклического нагружени  дл  бездефектного пьезопреобразовател  и преобразовател  с микротрещ11нами. Чем больше внутренн   структура пьеэопреобра- зовател  заселена дефектами, тем больше скорость нарастани  температуры его разогрева при одинаковых амплитудах нагружени .

Дл  экспериментального установлени  точностных характеристик предлагаемый способ неразрушающего контрол  пьезокерамических преобразователей был апробирован на пьезокерамических преобразовател х из ЦТБС-9.

Пьсзопреобразователи в количестве 50 шт., представл ющих собой пьезоке- рамические кольца с радиальной пол ризацией , размерами 5x32x40, циклически нагружали на их резонансной частоте 30 кГц амплитудой механического напр жени  19,0 (эта амплитуда знакопеременного механического напр жени  соответствует пределу прочности на раст жение пьезокерамики ЦТБС-3). В контролируемой партии были и заведомо дефектные образцы. При этом дл  каждого из образцов определ ли скорость нарастани  температуры их разогрева К, согласно фиг.2, как тангенс угла наклона температурной кривой к временной оси. После статистической обработки результатов измерений разброс значений К, соответствующий бездефектньш образцам,составл л не более 5%,

Следовательно, согласно способу ДЛ5Г данного типа пьезопреобразователей и дл  заданной амплитуды знакопеременных механических напр жений предварительно должно быть определено эталонное значение параметра К р. Если в процессе контрол  дл  контролируемого

пьеэопреобраэовател  значение К превысит эталонное значение Kj, Польше, чем на 5%, то контролируемьй пьеэо- преобразователь следует считать дефектным .

Формула Изобретени 

Способ неразрушающего контрол  пьез окерамического преобразо15ател , заключающийс  в возбуждении его на рабочей частоте переменным электрическим напр жением и последующем анализе тепловых режимов в нем, о т л ичающийс тсм ,что, с целью упрощени  и ускорени  контрол , во врем  возбуждени  измер ют температуру динамического разогрева и опреде- л ют величину скорости нарастани  этой температуры в узлах смещени  колебательной системы контролируемого преобразовател , сравнивают величины скоростей нарастани  температур разогрева в одинаково расположенных узлах смещени  контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам уравнени  суд т об исправности контролируемого преобразовател .

( -л

120

т Фиг.г

24(7

т t/cf ,

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ неразрушающего контроля пьезокерамического преобразователя, заключающийся в возбуждении его на рабочей частоте переменным электрическим напряжением и последующем анализе тепловых режимов в нем, отли чающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения контроля, во время возбуждения измеряют температуру динамического разогрева и определяют величину скорости нарастания этой температуры в узлах смещения колебательной системы контролируемого преобразователя, сравнивают величины скоростей нарастания температур разогрева в одинаково расположенных узлах смещения контролируемого и эталонного преобразователей и по результатам уравнения судят об исправности контролируемого преобразователя.

   Фиг.1

   1^аС

   120 180 2Ю 300

   Фиг.2