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談?wù)剦弘娞沾稍谡駝?dòng)式物位開關(guān)中的螺栓預(yù)緊

2015-03-21

　　壓電陶瓷廣泛應(yīng)用于振動(dòng)式物位開關(guān)中，壓電陶瓷組件往往是其核心部件，因?yàn)槠涮筋^振動(dòng)的產(chǎn)生和檢測(cè)就是由壓電陶瓷組件來完成的。壓電組件由驅(qū)動(dòng)部分和檢測(cè)部分構(gòu)成（如圖1），由其完成振動(dòng)式料位開關(guān)探頭振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)。組件的驅(qū)動(dòng)部分通常由幾片壓電陶瓷疊堆在一起，采取機(jī)械上串聯(lián)、電學(xué)上并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)可以使采用很薄的壓電陶瓷片，以降低驅(qū)動(dòng)電壓，并增加驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的位移，在螺栓預(yù)緊（旋緊）的情況下，可以提供振動(dòng)探頭所需的驅(qū)動(dòng)力。組件的檢測(cè)單元一般由一片壓電陶瓷組成，是用來感知探頭振動(dòng)的強(qiáng)度。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，壓電組件通常用螺栓進(jìn)行旋緊固定裝配在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)探頭振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)。

談?wù)剦弘娞沾稍谡駝?dòng)式物位開關(guān)中的螺栓預(yù)緊

圖一　　圖二　圖三

　　計(jì)為自動(dòng)化推出的物位測(cè)量產(chǎn)品如Ring-11 音叉液位開關(guān)和Fork-11 音叉料位開關(guān)，以及Tube-11 振棒式料位開關(guān)均采用壓電陶瓷來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)。

　　在對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)特性的實(shí)驗(yàn)研究中，我們首先發(fā)現(xiàn)，壓電陶瓷片的靜態(tài)電容會(huì)隨著預(yù)緊力（即螺栓緊固力）的變化而變化：先是變小，減到一定值（也是最小值），隨著螺栓擰緊力矩的增大，又逐漸增大（如圖3）。我們還發(fā)現(xiàn)，給壓電組件施加不同的預(yù)緊力（就是螺栓旋緊力）對(duì)其振動(dòng)頻率有較大的影響，即隨著預(yù)緊力的增大，驅(qū)動(dòng)體工作頻率隨著力矩的增大呈線性增大趨勢(shì)，當(dāng)預(yù)緊力矩達(dá)到一定值時(shí)，工作頻率又隨著力矩的增大而變小（如圖2所示）。根據(jù)壓電陶瓷靜電容隨預(yù)緊力大小而變化的這種電特性，我們總結(jié)并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使壓電陶瓷組的靜態(tài)電容達(dá)到（1～1.05）C0時(shí)的預(yù)緊力為最佳。因此在產(chǎn)品裝配工藝中，可以通過檢測(cè)靜態(tài)電容大小來設(shè)定螺栓緊固力矩。具體方法如下：預(yù)緊前，首先應(yīng)用數(shù)字電橋電容表測(cè)出壓電陶瓷片的靜態(tài)電容C0，再慢慢對(duì)壓電陶瓷片進(jìn)行預(yù)緊，并注意觀察其靜態(tài)電容的變化，當(dāng)電容值達(dá)到（1～1.05）C0范圍內(nèi)時(shí)，這時(shí)預(yù)緊力達(dá)到最佳，通過對(duì)螺帽點(diǎn)固定膠實(shí)施預(yù)緊力的永久固定。需要特別注意的是，預(yù)緊力太小，壓電陶瓷輸出的驅(qū)動(dòng)力較小；預(yù)緊力過大，會(huì)影響壓電陶瓷的振動(dòng)，甚至壓碎壓電陶瓷片。