压电晶体执行器封装预紧力的测量装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种压电晶体执行器封装预紧力的测量装置及方法，装置包括定位外套，定位外套包括上盖板和底座，上盖板中央开有能够插入压电执行器的通孔，底座中央开有螺纹孔，通过竖直的螺柱固定底座上的力传感器。首先将压电执行器通过上盖板的通孔放置于力传感器上，将压电执行器与上盖板焊接固定，然后通过旋紧螺柱使得在力传感器底端施加向上的固定力，记录下传感器数值F1；切割压电执行器的外套，将压电执行器的上端头移走；再从压电执行器顶部对压电陶瓷堆施加向下的力F2，直到力传感器显示的数值为F1时，记录F2的数值，则压电执行器的预紧力为F2-F1。本测量方法安装方便，剔除安装上产生的测量误差，测量精度高，能够真实反映压电执行器预紧力。
【专利说明】压电晶体执行器封装预紧力的测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车喷油器压电执行器的测量装置及方法，具体是一种压电执行器封装预紧力的测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]压电执行器如图1所示，主要由上端头11、压电陶瓷堆12、密封套13、下端头14、弹性封头15组成。其中弹性封头15与密封套13通过激光焊接在一起，下端头14、陶瓷压电堆12、上端头11依次放置，如图2所示，对上端头11施加向下的压力F，然后将上端头11与密封套13通过激光焊接，这样整个压电执行器成为一个整体。当压电执行器通电后，压电陶瓷堆12纵向伸长，由于上端头11与密封套13焊接固定，因此压电陶瓷堆12将推动下端头14克服弹性封头15的弹力向下伸长。
[0003]压电陶瓷堆是由若干极性相反的压电陶瓷叠片烧结成一体后在两边镀上电极制作而成。当压电陶瓷堆镀上电极后，每个单独的压电陶瓷叠片的两面分别于电极的正负极相连，即每个压电陶瓷叠片为一个压电晶体模块。当给压电陶瓷堆通电时，根据逆压电效应，每一个压电陶瓷叠片都将纵向伸长，整个压电陶瓷堆的伸长量为单个压电陶瓷叠片伸缩量的叠加。如果没有对单个压电陶瓷叠片的伸缩量进行限制，在长时间的伸缩工作过程中，很容易造成压电陶瓷叠片之间脱落断裂。因此在压电执行器使用过程中，需要对压电陶瓷堆进行封装，对压电陶瓷堆施加一定的预压力，即压电执行器的封装预紧力。
[0004]压电执行器的封装预紧力对压电执行器的特性有重要的影响，预紧力太小，会造成执行器的输出不稳定，预紧力太大，将会影响执行器的位移输出。因此自主执行器预紧力确定需要借鉴国外压电执行器样品的封装力，即需要对样品压电执行器的封装预紧力进行抽检测试。
[0005]目前存在的方案一是在密封套的圆筒外壁以及弹性封头的薄片弹簧侧边分别贴上应变片，直接测量预紧力，缺点:应变片需做标定，至少需要两个以上的样品，外壁变形小，很难反映真实预紧力大小，薄片弹簧侧边位置小，不利于贴应变片，且存在误差。二是测高度差式，先正向测量:测量薄片弹簧上某点相对于顶杆的高度差h ;拆开执行器封装件；反向测量:施加力F至高度差h，此时的F即为预紧力。缺点:薄片弹簧底面有一定弧度，很难精准定位某固定点Γ薄壁圆筒底端平面度差，h值精准度不够。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种压电晶体执行器封装预紧力的测量装置及方法，对压电执行器的封装预紧力进行测试。
[0007]按照本发明提供的技术方案，所述的压电晶体执行器封装预紧力的测量装置包括定位外套，所述定位外套包括上盖板和底座，上盖板中央开有能够插入压电执行器的通孔，底座中央开有螺纹孔，通过竖直的螺柱固定底座上的力传感器，压电执行器的底部穿过上盖板放置在力传感器上。
[0008]具体的，力传感器上方固定有过渡接头，过渡接头顶端具有一钢球，钢球凸出所述过渡接头与压电执行器底端接触。
[0009]具体的，所述上盖板和底座与定位外套本体通过螺钉紧固。所述压电执行器、钢球、过渡接头、力传感器和螺柱位于一条中心线上。
[0010]所述压电晶体执行器封装预紧力的测量方法，首先将压电执行器通过定位外套上盖板的通孔放置于力传感器上，将压电执行器与上盖板焊接固定，然后通过旋紧螺柱使得在力传感器底端施加向上的固定力，并且固定住力传感器，当力传感器数值显示稳定后，记录下传感器数值Fl ;在压电执行器上端露出定位外套的部分，切割压电执行器的外套，将压电执行器的上端头移走，此时力传感器数值显示为O;再从压电执行器顶部对其内部的压电陶瓷堆施加向下的力F2，直到力传感器显示的数值为Fl时，记录F2的数值，则压电执行器的预紧力为F2-F1。
[0011]本发明的优点是:本测量方法安装方便，剔除安装上产生的测量误差，测量精度高，能够真实的反映压电执行器预紧力。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1压电执行器封装结构图。
[0013]图2压电执行器弹性封头结构放大图。
[0014]图3本发明测量装置结构及使用状态图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0016]本发明要在喷油器压电晶体执行器封装预紧力范围未知，下端薄片弹簧刚度未知，预压缩量未知的情况下，进行封装预紧力的测量。
[0017]正常情况下需要对执行器造成破坏才可以进行预警力测试，因此需要设计一个稳妥可靠的测试方案。根据压电执行器的封装结构，设计如下测试方案，如图3所示，本发明所述的压电执行器封装预紧力的测量装置包括:定位外套7，所述定位外套7包括上盖板4和底座9，上盖板4中央开有能够插入压电执行器I的通孔，底座9中央开有螺纹孔，通过竖直的螺柱10固定底座9上的力传感器8，力传感器8上方固定有过渡接头6，过渡接头6顶端具有一钢球5，钢球5凸出所述过渡接头6与压电执行器I底端接触。所述上盖板4和底座9与定位外套7本体通过螺钉3紧固。压电执行器1、钢球5、过渡接头6、力传感器8和螺柱10位于一条中心线上。其中钢球5和过渡接头6是为了链接力传感器8和压电晶体下端头14，提供下端头14与力传感器8的直接接触点，从而提高实验精度。
[0018]底座9上加工有固定传感器8与定位外套7的螺纹孔，在进行预紧力测试之前，首先将压电执行器I通过定位外套7顶部上盖板4的通孔放置于传感器的顶端(具体为钢球5上)。由于钢球5和过渡接头6在测量中始终存在，其自重对测量不造成影响，可以视作力传感器8的一部分，因此安装好钢球5和过渡接头6后再调整力传感器8的零点。
[0019]通过激光将压电执行器I与定位外套7焊接固定(见图中激光焊接点2)，然后通过旋紧螺纹孔中的螺柱10使得在力传感器8底端施加向上的固定力，并且固定住力传感器8，当传感器数值显示稳定后，记录下传感器数值Fl (例如80N)。
[0020]在压电执行器I与定位外套7焊接的上方，切割压电执行器I的外套，将压电执行器I的上端头11移走，下端头14与钢球5脱开，由于此时力传感器8不受力，数值显示应该为O。
[0021]再对压电陶瓷堆12施加向下的力F2 (例如150N)，直到传感器显示的数值为Fl时，记录F2的数值，则压电执行器I的预紧力应该为F2-F1 (150-80=70N)。
【权利要求】
1.压电晶体执行器封装预紧力的测量装置，其特征是:包括定位外套(7)，所述定位外套(7)包括上盖板(4)和底座(9)，上盖板(4)中央开有能够插入压电执行器(I)的通孔，底座(9)中央开有螺纹孔，通过螺纹孔中竖直的螺柱(10)固定底座(9)上的力传感器(8)，压电执行器(I)的底部穿过上盖板(4 )放置在力传感器(8 )上。
2.如权利要求1所述压电晶体执行器封装预紧力的测量装置，其特征是，所述力传感器(8)上方固定有过渡接头(6)，过渡接头(6)顶端具有一钢球(5)，钢球(5)凸出所述过渡接头(6 )与压电执行器(I)底端接触。
3.如权利要求1所述压电晶体执行器封装预紧力的测量装置，其特征是，所述上盖板(4)和底座(9)与定位外套(7)本体通过螺钉紧固。
4.如权利要求2所述压电晶体执行器封装预紧力的测量装置，其特征是，所述压电执行器(I)、钢球(5)、过渡接头(6)、力传感器(8)和螺柱(10)位于一条中心线上。
5.压电晶体执行器封装预紧力的测量方法，其特征是:首先将压电执行器(I)通过定位外套(7 )上盖板(4 )的通孔放置于力传感器(8 )上，将压电执行器(I)与上盖板(4 )焊接固定，然后通过旋紧螺柱(10)使得在力传感器(8)底端施加向上的固定力，并且固定住力传感器(8)，当力传感器(8)数值显示稳定后，记录下传感器数值Fl ;在压电执行器(I)上端露出定位外套(7)的部分，切割压电执行器(I)的外套，将压电执行器(I)的上端头移走，此时力传感器(8)数值显示为O ;再从压电执行器(I)顶部对其内部的压电陶瓷堆施加向下的力F2，直到力传感器(8)显示的数值为Fl时，记录F2的数值，则压电执行器(I)的预紧力为 F2-F1。
【文档编号】G01L5/00GK104458091SQ201410727240
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】丁俊东, 杭勇, 蒋兆杰, 杨明, 臧娈 申请人:中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所, 中国第一汽车股份有限公司