Реферат: Расчет преобразователя

Реальные конструкции круглых пластинчатых преобразова­телей содержат кроме механических колебательных систем — пьезокерамических биморфных элементов еще опоры, с кото­рыми эти элементы соединены, герметизирующие металлические мембраны и покрытия, электроизоляционные прослойки и элек­трические вводы.

На рис. 3 показана широко распространенная конструкция круглого пластинчатого преобразователя-приемника. Для реали­зации условий свободного опирания биморфных элементов коле­бательная система выполнена симметричной. Биморфные эле­менты собирают из пьезокерамических пластин 2, которые через электроизоляционную прослойку 3 склеивают эпоксидным клеем с металлической подложкой 4. Подложку вместе с круглым кор­пусом—опорой 7 изготавливают в виде одной детали. Затем две таких детали сваривают по периметру, а внутренний объем б между ними образует воздушный экран. К наружным плоско­стям пьезокерамических пластин приклеивают элементы элек­троизоляции и мембраны 6. Ввод—кабель 1 приваривают и при-вулканизовывают к корпусу. Заключительная операция изготов­ления преобразователя—приварка торцов мембран к круглому корпусу по периметру.

???. 4. ?????????? ??????? ???????? ????????????? ???????????????

Малогабаритные конструкции преобразователей выполняют более простыми. Кольцевые опоры изготавливают методом прес­сования, например из пресс-по­рошка АГ-4с. К опорам симметрично приклеивают биморфные элементы. Герметизируют конструкцию заливкой ком­паундом или с помощью резинового чехла.*

3. Расчет элементов излучателя

3.1. Выбор материала и конструкции

Для данного излучателя подойдет материал типа ЦТСНВ – 1, выбор его обусловлен, большим значением d₃₁ , данный параметр влияет на эффективность преобразователя.

Таблица 3.1

Значения постоянных пьезоэлектрического материала ЦТСНВ-1

Постоянная	EE ю1 *10-11 ,Па	SE 11 *1012 ,м2 /Н	СЕ 1 ,м/с			d31 ,1010	K31
Значение	0,62	16,3	2900		2200	2	0,34
Постоянная	tg d, %	n		QM
Значение	1,9	0,38		60

Материал для пассивного элемента выбираем из условия что он должен выдерживать большие нагрузки. Для этого подойдет титановый сплав.

Таблица 3.2

Значения постоянных пассивного материала ЦТСНВ-1

Постоянная	r, кг/м3	Сзв , м/с	ЕЮ , Па	n
Значение	4500	6000	1,1*10-11	0,35

Эскиз преобразователя

1 – пьезокерамическая пластина;

2 – пластина из титановоо сплава.

Данный преобразователь работает на изгибные колебания.

3.2 Расчет параметров преобразователя

Резонансная частота однородной пластины совершающей колебания изгиба определяется как:

3.1

где с – скорость звука в пластине, а – радиус пластины.

Отсюда можно рассчитать толщину пластины:

3.2

Так как пластина полуактивная, то ее толщина будет меньше, потому что скорость звука в титане больше скорости звука в ЦТСНВ-1.

Толщину титановой пластины возьмем t_т =0.5*10^-3 м.

Тогда можно рассчитать резонансную частоту такой системы, приняв ее за многослойную.

1. Определяем положение нейтрали Z₀ , в которой при изгибе механическое напряжение равно «0»:

3.3

??? E^E ₁ , E_Ю - ?????? ????????? ??? ?? ? ?????? ??????????????.

2. Определяем приведенные коэффициенты Пуассона

3.4

n_K , n_T – коэффициенты Пуассона для ПК и титана.

3. ?????????? ??????????? ???????????? ?????????

D=41.997 H*м

Площадь излучателя равна S=p×a² =3,14×(5×10^-2 )² =0,78×10^-4 м² .

Определим массу составленной пластины M=p×a² ×(r_k ×t_k+ r_т ×t_т )=0.09 кг.

Определим резонансную частоту .

3.5

Резонансные частоты пластинчатых преобразователей зависят от геометрических соотношений и от упругих постоянных материалов биморфных элементов.

где a- коэффициент, зависящий от способа закрепления пластин* .

Наш излучатель по контуру закреплен с помощью резиновой полосы, тогда a=0,22.

, резонансная частота собранного преобразователя.

Видно что разброс составил 6176 Гц.