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谈谈压电陶瓷在振动式物位开关中的螺栓预紧

2015-03-21

  压电陶瓷广泛应用于振动式物位开关中,压电陶瓷组件往往是其核心部件,因为其探头振动的产生和检测就是由压电陶瓷组件来完成的。压电组件由驱动部分和检测部分构成(如图1),由其完成振动式料位开关探头振动的驱动和检测。组件的驱动部分通常由几片压电陶瓷叠堆在一起,采取机械上串联、电学上并联的结构形式。这种结构可以使采用很薄的压电陶瓷片,以降低驱动电压,并增加驱动产生的位移,在螺栓预紧(旋紧)的情况下,可以提供振动探头所需的驱动力。组件的检测单元一般由一片压电陶瓷组成,是用来感知探头振动的强度。在产品设计中,压电组件通常用螺栓进行旋紧固定装配在一起,实现对探头振动的驱动和检测。 

图一                 图二                    图三

  计为自动化推出的物位测量产品如Ring-11音叉液位开关Fork-11音叉料位开关,以及Tube-11振棒式料位开关均采用压电陶瓷来实现振动的驱动和检测。

  在对压电陶瓷驱动和检测特性的实验研究中,大家首先发现,压电陶瓷片的静态电容会随着预紧力(即螺栓紧固力)的变化而变化:先是变小,减到一定值(也是最小值),随着螺栓拧紧力矩的增大,又逐渐增大(如图3)。大家还发现,给压电组件施加不同的预紧力(就是螺栓旋紧力)对其振动频率有较大的影响,即随着预紧力的增大,驱动体工作频率随着力矩的增大呈线性增大趋势,当预紧力矩达到一定值时,工作频率又随着力矩的增大而变小(如图2所示)。根据压电陶瓷静电容随预紧力大小而变化的这种电特性,大家总结并经实验验证,使压电陶瓷组的静态电容达到(1~1.05)C0时的预紧力为最佳。因此在产品装配工艺中,可以通过检测静态电容大小来设定螺栓紧固力矩。具体方法如下:预紧前,首先应用数字电桥电容表测出压电陶瓷片的静态电容C0,再慢慢对压电陶瓷片进行预紧,并注意观察其静态电容的变化,当电容值达到(1~1.05)C0范围内时,这时预紧力达到最佳,通过对螺帽点固定胶实施预紧力的永久固定。需要特别注意的是,预紧力太小,压电陶瓷输出的驱动力较小;预紧力过大,会影响压电陶瓷的振动,甚至压碎压电陶瓷片。

    

图四:一种应用于振动式料位开关的压电陶瓷组件

图五:一种压电陶瓷组件装配示意图

  以上就是有关“谈谈压电陶瓷在振动式物位开关中的螺栓预紧 ”的先容,如欲了解更多振动式物位开关等方面的常识,欢迎关注微信公众号:Jiweimeter。


(澳门新葡亰网址研发中心2015年3月21日发布)


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