Съдържание

І. Актуалност на разработката на микропревключватели 

1. Уреди за измерване на сила, работещото принципа на механично
равновесие..............................................................................................2

1.1. Лостови и махални уреди за измерване на сила.....................2
1.2. Пружинни уреди за измерване на сила....................................6

2. Уреди за измерване на сила с преобразуване на сила в друга
физико­механична величина...............................................................11

2.1. Жироскопични уреди за измерване на сила. Описание на
физическото явление.....................................................................11

2.2. Хидравлични уреди за измерване на сила.............................13

3.   Уреди   за   измерване   на   сила,   работещи   по   принципа   на

еластичната деформация....................................................................14

ІІ. Конструктивни решения на микропревключвателте.......................20

·

 принцип на целността на конструкцията .......................................20

·

 принцип на интегрирането ...............................................................20

·

 принцип на симетрията ....................................................................21

·

 принцип на оптималните конструктивни граници ........................21

ІІІ. Обща структурна схема на микропревключвателя........................21
ІV.   Контакторно­резисторни   микропревключватели   с   мнимо

интегриране ...........................................................................................23 
V. Обзор на съществуващите методи и уреди за измерване на сили. 29 

·

 видове пиезоелектрически преобразуватели..................................30

­ пиезоелектрически преобразуватели на налягане....................31
­ пиезоелектрически преобразуватели на ускорение ................32 

VІ. Други видове микропревключватели .............................................34

·

 мембранен микропревключвател.....................................................34

­ устройство....................................................................................34

­ принцип на действие ...................................................................34

38

·

 клавиатура ........................................................................................35

­ устройство....................................................................................35

­ принцип на действие ...................................................................35

·

 микропревключвател........................................................................37

­ устройство....................................................................................37

­ принцип на действие ...................................................................37

VІІ. Избор на принципна схема..............................................................39

1. Избор на принципна схема на устройство за контрол на усилието
на превключване..................................................................................39

2. Устройство.......................................................................................41
3. Принцип на действие.......................................................................41

VІІІ. Пиезоелектрически преобразуватели и материали.....................42

1. Пиезоелектрически преобразуватели............................................42

2. Пиезоелектрически материали.......................................................45

ІХ.   Конструктивни   изчисления   на   устройството   за   контрол   на

усилието на превключване.....................................................................49

1.   Пресмятане   на   силоизмервателните   елементи   и   подбор   на

материалите.........................................................................................49
2. Пресмятане на резонансната честота.............................................50

3. Изчисляване на изходното напрежение U(F).................................50
4. Избор на силопредаваща и силоносеща втулки............................52

5. Чувствителност на устройството...................................................52
6. Точност на устройството................................................................52

7. Избор на сглобката между измерителната втулка (детайл 5) и
щифта (детайл 4).................................................................................52

VІІ. Избор на принципна схема 

1. Избор на принципна схема на устройство за контрол на

усилието на превключване

Принципа   на   преобразуване,   технологическите   изисквания   и

икономическите   ограничения   до   голяма   степен   определят

конструкцията на устройство за контрол на превключване. 

Устройство   за   контрол   на   усилие   на  превключване   може   да

бъде един запънат лост, върху единия край на който действа сила Р.
Контрола   на   усилието   на   превключване   се   осъществява   чрез

пиезоелектричен елемент (фиг.7.1).

фиг.7.1.

Контрола на усилието на превключване можем за осъществим и

с   помощта   на   тарелка   и   теглилки.   Когато   сложим   достатъчно

теглилки буталото осъществява натиск върху бутонът и той включва
(фиг.7.2). 

фиг.7.2.

Заменяйки тежестите с пружина, върху която се осъществява

сила Р, и скала, върху която отчитаме преместването, получаваме: 

1

2

3

1 – пиезоелектричен 

елемент 

2 – прът 
3 – бутон 

Р

3

2

1 – теглилка 
2 – тарелка
3 – бутон 

1

39

фиг.7.3.

В   случай,   че   е   необходима   по­голяма   точност   метода   със

скалата   не   е   удачен.   При   това   условие   заменяме   скалата   с
пиезоелектрически елемент, който отчита усилието на превключване

(фиг.7.4). 

фиг.7.4.

Принципната схема на устройството за контрол на усилието на

превключване (фиг.7.5) е разработена на базата на преобразувател с
електрически   активен   еластичен   елемент   –   пиезокристал,   в   който

реакцията се създава чрез “деформиране” на електрически активния
пиезокристал. При този тип преобразувател външната сила Р действа

на пиезокристала, в резултат на което той променя своите параметри.

3

2

1 – пружина 
2 – тарелка
3 – бутон 
4 ­ скала

Р

1

4

3

2

1 – пружина 
2 – пиезоелектричен 

елемент

3 – бутон 

Р

1

40

фиг.7.5.

2. Устройство 

Устройството за контрол (фиг.7.5) съдържа следните елементи:

1 – бутало 
2 – цилиндър 

3 – пружина 
4 – пиезоелемент 

5 – предавателен прът 
6 – застопорители 

7 – бутон 
F

пр

 – сила на противодействие на бутона 

3. Принцип на действие 

Външното усилие Р чрез горната силоприемаща повърхност на

2

1

F

пр

Р

3

4

5
6

7

41

буталото 1, разположено в цилиндъра 2, придава сила на пружината

3. пружината се деформира и предава усилието на пиезоелемента 4.
Той от своя страна посредством предавателния прът 5, разположен

между застопорителите 6, натиска бутона 7 и този бутон се включва.
Предавателния   прът   среща   противодействаща   сила   от   страна   на

бутона. При премахване на силата Р контакта между пръта и бутона
се прекъсва и бутона изключва. 

VІІІ. Пиезоелектрически преобразуватели и материали 

1. Пиезоелектрически преобразуватели

Преобразувателите   основани   на   пиезоефектът   се   наричат

пиезоелектрически.   При   деформирането   на   пиезоелектрически
материали по техните повърхнини се появяват електрически заряди

(прав пиезоефект – фиг.8.1). 

При изменение на големината и посоката на деформацията се

променят големината и знакът на възникналият електрически заряд.

фиг.8.1.

При   поставянето   на   пиезоелектрически   материали   в

електрическото поле, те се деформират (обратен пиезоефект). При
промяна   на   посоката   на   външното   електрическо   поле   се   променя

знакът на възникналата деформация.

Известни   са   около   20   кристални   вещества   които   имат

пиезоелектрически   свойства.   На   практика   като   пиезоелектрически

F

F

е

+ + + + +  + + + + +

– – – – –    – – – – –

42