DE891149C

DE891149C - Piezoelektrisches Druckelement

Info

Publication number: DE891149C
Application number: DEZ1332D
Authority: DE
Original assignee: Zeiss Ikon AG
Current assignee: Zeiss Ikon AG
Priority date: 1940-12-05
Filing date: 1940-12-05
Publication date: 1953-09-24

Description

Es ist bereits bekannt, für Druck- oder Kraftmessungen einen Quarz zu verwenden, bei dem die Druck- oder Krafteinwirkung in Richtung einer neutralen und senkrecht zu einer elektrischen Achse des Quarzes erfolgt. Die Elektroden befinden sich bei einem solchen Quarzkörper auf den Flächen, die zu der betreffenden elektrischen Achse senkrecht stehen. Ein solcher Quarz ist deshalb für die Untersuchung und Messung von Kräften und Drucken besonders geeignet, weil er schon bei der Einwirkung geringer Drucke oder Kräfte verhältnismäßig große Ladungen abgibt. Diese errechnet sich aus der Beziehung Q = B K lfd. Hierin bei deutet B die piezoelesktrische Konstante = 2,I 110-1' Coul/kg, K denDruck oder die Kraft inKilogramm, I die Länge des Quarzes und d seine Dicke. Die erzeugte Ladung Q ist also um so größer, je länger I und je kleiner d ist.
Es ist ferner bekannt, bei einem eleRçtrischlen Schwingungsmessser mehrere solche Quarze zu verwenden und in zweckmäßiger Weise elektrisch zusammenzuschalten. Dies geschieht bei dem bekannten Schwingungsuiesser offenbar zu dem Zweck, die sonst erforderliche träge Masse des Schwingungsmessers durch die Eigenmasse des Kristalls zu ersetzen.
Es hat sich nun herausgestellt, daß Quarzkörper der beschriebenen Art insofern nachteilig sind, als sie nur eine geringe Knickfestigkeit und Verformungssteifigkeit, insbesondrere Verdrehungssteifiglçeit, aufweisen.
Dieser Nachteil läßt eine Verwendung von Quarzlamellen großer Länge und geringer Dicke, also hoher Empfindlichkeit nur dann zu, wenn die zu messenden Drucke geringe Werte hoben und wenn die Eigenschwingungszahl des Druclçelementes nicht sehr hoch zu sein braucht. Es ist aber in den meisten Fällen erwünscht, mit den Druckmeßelementen einen weiten Meßbereich zu erfassen, und es liegt im Wiesen des Quarzmeßverfahrens, daß insbesondere schnell veränderliche Kräfte gemessen werden, die eine hohe Eigenschwingungszahl des Drudkelementesl bedingen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere Quarze der genannten Art um eine zu einer neutralen Achse des Quarzes parallele Achse möglichst symmetrisch gruppiert werden. Die Abnahme der Ladungen erfolgt an den inneren und äußeren Elektroden der einzelnen Quarze, die jeweils untereinander elektrisch verbunde werden.
Vorzugsweise erfolgt die Zusammenstellung derart, daß die einzelnen Quarze ein geschlossenes prismatisches Gebilde darstellen. Ein Beispiel hierfür ist in der Abb. I dargestellt, die eine Zu, sammenstellung von drei Quarzen Q1, Q2 und Q3 zeigt. Die Abb. 2 zeigt ein Querschnittsbild der Anordnung nach Abb. -1. Die Drucke oder Kraft einwirkung erfolgt in der Richtung des in der Abb. I eingezeicthneten Pfeiles K parallel zu einer neutralen Achse der Quarze. Die Verhältmsse werden durch die Abb.2 veranschaulicht, in welcher die Lage der elektrischen Achsen E und der optischen Achsen O für die einzelnen Quarze eingezeichnet ist. Die neutralen Achsen verlaufen senkrecht zu diesen, also auch senkrecht zur Papierebene, und sind durch die Punkte N gekennzeichnet.
Die Anordnung nach den Abb. I und 2 wird vorteilhaft dadurch ergänzt, daß man die Quarze Q1, Q;, und Q3 in einen aus Metall oder Isoliermittel bestehenden Ring R einschließt. Dies ist in der Abb. 3 im Querschnitt dargestellt. Der Ring R wird zweckmäßig auf halber Höhe des Quarzsystems angebracht. Auf diese Weise wird eine Knickung der einzelnen Quarze verhindert, da je ein Quarz nach innen hin durch die beiden benachharten abigestützt ist und durch den senkrecht zur Längsachse des Gebildes gelegten Ring R ein Ausweichen der Kristalle nach außen unmöglich gemacht wird.
An Stelle von drei Quarzlamellen Q1, Q2 und Q3 können auch mehr verwendet werden, die dann entsprechend der oben angegebenen Lehre so zusammengestellt werden, daß das Querschnittsbild ein Vieleck darstellt. Ebenso wie bei der Zusammenstellung von drei Quarzen können hier zwei Fälle auftreten, indem man die einzelnen Quarze entweder zu einem offenen Vieleck (vgl. Abb. 4) oder zu einem geschlossenen Vieleck (vgl. Abb. 5) zusammenstellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Die Zusammenstellung von drei oder mehr Quarze, bei denen die Drucke oder Krafteinwirkung in Richtung einer neutralen und die Abnahme der Ladungen senkrecht zu einer elektrischen Achse erfolgt, zu einem Gebilde, derart, daß dessen Längsachse parallel zu den neutralen Achsen der Quarze verläuft.
2. Zusammenstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenge stell -ten Quarze ein geschlossenes prismatisches Gebilde darstellen.
3. Zusammenstellung nach Anspruch e und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzgebilde durch einen aus Metall oder Isoliermaterial bestehenden Ring (R) umfaßt wird.
4. Zusammenstellung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt des Quarzgebildes auf der Längsachse liegt.
5. Zusammenstellung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Elektroden jeweils elektrisch miteinander verbunden sind.