[实用新型]经改进的高温(420℃)压电加速度计

说明书

本实用新型涉及一种420℃高温压电加速度计，属于高温振动传感器领域。

振动是现代各种工程，如导弹、飞机、船舶、汽车、桥梁乃至堤坝和大坝建筑物的各种结构设计中的重要参数。以导弹为例，据六十年代中美国统计表明，在飞行中出现的破坏，其中一半是因为振动的原因所造成。因此世界各国对振动结构参数十分关注，设计和制造了各种类型的测振传感器，用以确定动态环境的等效载荷。

在各种类型的测振传感器中，压电加速度计因其具有尺寸小、重量轻、频率范围宽(3～20,000Hz)等优点而受到广泛应用。加速度计总是处于苛刻(光、温度、噪声、应变)的工作环境，实际使用结构均较复杂，在材料选择上，除考虑压电系数大小与稳定性之外还应注意材料的热释电效应，这是因为作为压电式加速度计用的传感元件-铁电材料永久极化强度随温度而变化。工作方式不同时，同种材料在相同温度变化下产生的电荷信号是不同的。不论是一般压缩型、单端压缩型、隔离压缩及倒装中心压缩型以及剪切型加速度计，均应考虑到压电传感元件环境温度的稳定性以保证振动的精确度和拓宽压电加速度计的使用范围。在众所周知的中心压缩型压电加速度计结构中，高温压电陶瓷元件直接与传感器底座和顶紧螺丝接触，底座的温度直接传到高温敏感元件上，致使高温压电陶瓷元件的工作温度随基座影响，从而使测量精度受到影响，致使压电陶瓷元件的使用温度范围变窄。图1为一般高温压电加速度计的结构示意图。图中1-壳体；2-预紧螺丝；3-质量块；4-压电陶瓷元件；5-传感器底座；6-输出接插件；7-引电片。在现有的高温压电加速度计中，质量块3与预紧螺丝2是直接接触，而预紧螺丝则通过加速度计底座上的螺纹，将质量块3与压电陶瓷4紧紧的压紧固定在压电加速度计的底座5上。当来自底座上高的温度通过压电陶瓷逐渐传到质量块3时，由金属材料制成的质量块3往往会因受热而产生微量变形，而质量3又受顶紧螺丝的作用，紧紧贴在压电陶瓷上，导致高温下压电陶瓷的电荷输出发生异常变化，结果带来输出误差。如何使高温敏感无件--压电陶瓷免受温度变化的直接影响，从而提高加速度计的温度使用范围和检测精度，一直是本领域专业技术人员多年来渴望解决的问题，也是本实用新型所要解决的问题，从而导出了本实用新型的目的。

本实用新型的目的在于提供一种在420℃高温用压电加速计。本实用新型的目的是通过下述三个方面改进而实施的；

(1)增加一个特殊结构的组合套管，用它安放在传感器底座

   上，使高温敏感无件不直接与底座和顶紧螺丝接触；

(2)增加一个热应力垫圈，将它放在质量块和顶紧螺丝之间，

   可使在高温条件下质量块产生的热应力得以及时释放，从

   而提高压电加速度计的使用温度和检测精度；

(3)使用复合及部分置换取代并形成缺位的铋层状陶瓷取代一

   般的压电陶瓷片，因这类压电陶瓷较一般的压电陶瓷，不

   仅居里温度高于850℃、d33高于15，而且Qm大于5000，

   经这方面改进，可使压电加速计使用温度大大提高，在

   420℃可稳定使用。

图2是经改进的420℃高温压电加速计的结构示意图。图中1-7所表示的与图1相同，仅仅4所示的压电陶瓷片在组成配方上不同。8为组合套管，9为热应力圈。本实用新型提供的隔热组合套管8如图3-1所示。图3-2中10为垫片，两端面平行且平整度为＜0.03mm即可，11为套管，垫片10中央有一园孔，其大小正好和套管11的外径相匹配，套管11的壁厚一般为0.4～2mm，内孔中央允许顶紧螺丝2通过，其内径与顶紧螺丝2直径相配合，间隙为0.05-0.1mm。组合套管8(图3-1)是由上下二块垫片10和一个套管11组合而成，垫片10的厚度一般为0.5～2mm，直径与压电元件直径相当。套管11的内孔中央有顶紧螺丝2，在两者间隙允许范围内，外表面与压电陶瓷片之间间隙为0.05～0.5mm范围。垫片10和套管11由导热系数低的耐温陶瓷制成，如各种组份(75瓷、85瓷、90瓷、95瓷、99瓷)氧化铝、莫来石、氮化硅及粘土材料；壁厚的取值与制成材料的热导系数有关，导热系数低的材料制成时壁厚可相应小，反之壁厚较大。上下垫片分别与质量块3和传感器底座5接触，它们之间用一般市售陶瓷与金属粘结剂结合。