AT383220B

AT383220B - MEASURING VALUE WITH A PIEZOELECTRIC MEASURING ELEMENT

Info

Publication number: AT383220B
Application number: AT314683A
Authority: AT
Inventors: Peter W Dr Krempl; Peter Dipl Ing Claassen; Helmut Dipl Ing List
Original assignee: List Hans
Priority date: 1977-07-27
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1987-06-10
Also published as: ATA314683A

Description

  

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Flächendehnung des Messelementes darstellt. Durch diese Ausführungsform wird eine etwa vorhan- dene Richtungsanisotropie des piezoelektrischen Films kompensiert, was   z. B.   zur korrekten Erfas- sung von Flächendehnungen erforderlich ist. Sie bietet damit den Vorteil, dass zur Erfassung von
Flächendehnungen auch monoaxial-orientierte piezoelektrische Filme eingesetzt werden können, de- ren hohe Empfindlichkeit mit der geforderten Isotropie durch diese Anordnung verbunden wird.
Selbstverständlich kann das Messelement auch aus mehreren Schichten gebildet sein, wobei jede Schicht in oben angeführter Weise zwei piezoelektrische Filme und die zugehörigen Elektroden enthält. 



   An sich wäre es denkbar, einen einzigen Streifen des piezoelektrischen Films zu verwenden, auf dem die seismische Masse angeordnet ist. In der Praxis hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in einer Weiterbildung der Erfindung die seismische Masse zwischen zwei Streifen des piezoelektrischen Films angeordnet ist und wenn diese Streifen mit Elektroden versehen sind, wobei die Elektroden des einen Streifens mit den Elektroden entgegengesetzter Polarität des andern Streifens verbunden sind. Durch diese Massnahme wird die Lagerung der seismischen Masse verbessert und vereinfacht. Ausserdem wird die Messgenauigkeit des Messwertaufnehmers erhöht, da beide Streifen mit ihren Elektroden hintereindergeschaltet sind. 



   Schliesslich sieht die Erfindung vor, dass zwischen den Streifen und den zugeordneten Wänden eines Gehäuses Federn, beispielsweise Blattfedern angeordnet sind, welche die seismische Masse in ihrer Mittellage zu halten suchen. Dieses Merkmal bringt den Vorteil mit sich, dass die mechanische Beanspruchung der beiden Streifen erheblich reduziert wird, zumal in der Ruhelage die Abstützung der seismischen Masse ausschliesslich durch die Federn erfolgt und daher keine unerwünschte Dehnung des unteren der beiden Streifen zu befürchten ist. 



   Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist, der in der Zeichnung im Schnitt dargestellt ist. 



   Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beschleunigungsaufnehmer, der in seiner Gesamtheit mit-l-bezeichnet ist, ist eine seismische Masse --2-- zwischen zwei piezoelektrischen Filmen   - 3   und   4-- eingespannt,   welche die seismische Masse --2-- und einen Ladungsabnahmekontakt - mit ihren Elektroden entgegengesetzter Polarität berühren. Die der seismischen Masse --2-- 
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 abgegebenen Ladung ein Mass für die Richtung und die Grösse der Beschleunigung darstellt. 



   Eventuell kann die seismische Masse --2-- noch durch Federn --7 und   8-- gestützt   werden. 



  Durch geeignete Auswahl der Federstärken der Federn --7 und   8-- können   die Eigenfrequenz und der Messbereich des Beschleunigungsaufnehmers --1-- optimiert werden.   PATENTANSPRÜCHE :    
1. Messwertaufnehmer mit einem piezoelektrischen Messelement zur Messung mechanischer Grö- ssen, wobei das piezoelektrische Messelement ein piezoelektrischer Film ist, dessen gegenüberliegende Oberfläche mit dünnen elektrisch leitenden Kontaktflächen eine feste Verbindung bilden und über Leitungen mit einer Anzeige- und Auswerteeinrichtung verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer als Beschleunigungs- oder Schwingungsaufnehmer   (1)   ausgebildet ist und eine seismische Masse (2) enthält,

   die bei einer Beschleunigung des Messwertaufnehmers eine Dehnung oder Druckbeaufschlagung des piezoelektrischen Filmes bewirkt.



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Represents surface expansion of the measuring element. An approximately existing anisotropy of direction of the piezoelectric film is compensated for by this embodiment. B. is necessary for the correct detection of surface expansion. It therefore offers the advantage that for the detection of
Surface expansion can also be used for monoaxially oriented piezoelectric films, the high sensitivity of which is combined with the required isotropy by this arrangement.
Of course, the measuring element can also be formed from several layers, each layer containing two piezoelectric films and the associated electrodes in the manner mentioned above.



   As such, it would be conceivable to use a single strip of the piezoelectric film on which the seismic mass is arranged. In practice, however, it has proven to be particularly advantageous if, in a further development of the invention, the seismic mass is arranged between two strips of the piezoelectric film and if these strips are provided with electrodes, the electrodes of one strip having the electrodes of opposite polarity other strip are connected. This measure improves and simplifies the storage of the seismic mass. In addition, the measuring accuracy of the sensor is increased, since both strips are connected in series with their electrodes.



   Finally, the invention provides that springs, for example leaf springs, are arranged between the strips and the associated walls of a housing, which springs try to keep the seismic mass in its central position. This feature has the advantage that the mechanical stress on the two strips is considerably reduced, especially since in the rest position the seismic mass is supported exclusively by the springs and there is therefore no fear of undesired expansion of the lower of the two strips.



   The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment which is designed as an acceleration sensor, which is shown in section in the drawing.



   In the accelerometer shown in the drawing, which is designated in its entirety by -l, a seismic mass --2-- is clamped between two piezoelectric films - 3 and 4--, which seismic mass --2-- and a charge acceptance contact - touch with their electrodes of opposite polarity. The seismic mass --2--
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 is a measure of the direction and magnitude of the acceleration.



   The seismic mass --2-- may also be supported by springs --7 and 8--.



  The natural frequency and the measuring range of the accelerometer --1-- can be optimized by suitable selection of the spring strengths of the springs --7 and 8--. PATENT CLAIMS:
1. Sensor with a piezoelectric measuring element for measuring mechanical quantities, the piezoelectric measuring element being a piezoelectric film, the opposite surface of which forms a firm connection with thin, electrically conductive contact surfaces and can be connected to a display and evaluation device via lines, characterized in that that the measuring sensor is designed as an acceleration or vibration sensor (1) and contains a seismic mass (2),

   which causes the piezoelectric film to expand or pressurize when the transducer accelerates.

Claims

2. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Film aus monoaxial-orientiertem Polymeren, wie beispielsweise ss-Polyvinyliden Fluorid, besteht. 2. Sensor according to claim 1, characterized in that the piezoelectric film consists of monoaxially oriented polymers, such as ss-polyvinylidene fluoride.

3. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Messelement zwei piezoelektrische Filme umfasst, welche mit den elektrisch leitenden Schichten so übereinandergelegt sind, dass ihre kristallographischen Z-Achsen antiparallel gerichtet sind, und die X-Achse des einen Films mit der X-Achse des andern Films einen Winkel von 900 einschliesst. <Desc/Clms Page number 3> 3. Sensor according to claim 1, characterized in that the piezoelectric measuring element comprises two piezoelectric films which are superimposed with the electrically conductive layers so that their crystallographic Z-axes are antiparallel, and the X-axis of a film with the X -Axis of the other film encloses an angle of 900. <Desc / Clms Page number 3>

4. Messwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die seismische Masse (2) zwischen zwei Streifen (3,4) des piezoelektrischen Films angeordnet ist und dass diese Streifen mit Elektroden versehen sind, wobei die Elektroden des einen Streifens mit den Elektroden entgegengesetzter Polarität des andern Streifens verbunden sind. 4. Sensor according to one of claims 2 to 3, characterized in that the seismic mass (2) is arranged between two strips (3, 4) of the piezoelectric film and that these strips are provided with electrodes, the electrodes of the one strip with the electrodes of opposite polarity of the other strip are connected.

5. Messwertaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Streifen (3,4) und den zugeordneten Wänden eines Gehäuses (6) Federn, beispielsweise Blattfedern (7,8), angeordnet sind, welche die seismische Masse (2) in ihrer Mittellage zu halten suchen. 5. Sensor according to claim 4, characterized in that between the strips (3,4) and the associated walls of a housing (6) springs, for example leaf springs (7,8), are arranged, which the seismic mass (2) in their Try to keep middle position.