Датчик давления

 

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с размещенным в нем упругим элементом, внутри которого закреплен пьезорезонатор, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности за счет концентрации давления, упругий элемент вьтолнен в виде замкнутой полой оболочки, состоящей из трех сопряженных обечаек, профиль одной из который образован движением дуги окружности по эллипсу, а профили двух других - идентичными эллиптическими параболоидами, при этом пьезорезонатор размещен между i поверхностями параболической части оболочки. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (st}4 G 01 1 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Х 1 8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3573932/24-10 (22) 05.04.83 (46) 07.09.85. Бюл. Р 33 (72) В.Я.Баржин, А.С.Василенко, Е.С.Колесник, С.А.Полтарушников и К.В.Скульский (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (53) 531.787 (088.8) (56) Малов В.В. Пьеэорезонансные датчики. М.: Энергия, 1978, с. 5-78, с. 156-180.

Авторское свидетельство СССР

Ф 757887, кл. G 01 Ь 9/12, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 631792, кл. G 01 L 9/08, 1979.

„„SU„„1177695 A (54) (57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с размещенным в нем упругим элементом, внутри которого закреплен пьезорезонатор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности за счет концентрации давления, упругий элемент выполнен в виде замкнутой полой оболочки, состоящей из трех сопряженных обечаек, профиль. одной из который образован движением дуги окружности по эллипсу, а профили двух других — идентичными эллиптическими параболоидами, при этом пьезорезонатор размещен между поверхностями параболической части оболочки.

1177695

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в устройствах для измерений давления жидкостей и газов.

Целью изобретения является повыше- 5 ние чувствительности за Счет концентрации давления.

На фиг. 1 представлен упругий элемент с расположенным в нем пьезорезонатором; на фиг. 2 — упругий элемент с обозначением координат базовых точек для получения профиля его поверхности, разрез; на фиг. 3 — датчик давления, разрез.

Устройство (фиг.1 и 3) содержит 15 упругий элемент 1 с закрепленным внутри линзовым пьезорезонатором 2 и решетчатый корпус 3. На фиг. 3 линзовый пьезорезонатор 2 условно изображен не разрезанным и показаны 20 точки крепления одного из возможных вариантов применяемого пьезорезона.— тора и выводы его электродов. В центральной части линзового пьезорезонатора нанесены с обеих сторон два 25 электрода 4 в виде "замочной скважины", к которым припаяны выводы (токо-. подводы) 5- с участками, выполненными в виде пружин внутри упругого эле- . мента 1. Выводы 5 пропущены через 30 изоляционные втулки 6, и по точкам 6 осуществляется подключение пьезорезонатора 2 к измерительной схеме (не показано). Пьезорезонатор 2 в замкнутой оболочке упругого элемента З5

1 закреплен в двух противоположных точках вершин эллиптических параболоидов при помощи двух сегментных желобков 7, выполненных, например, из пластичного материала меньшего 40 сечения, чем тело оболочки упругого элемента, и в двух точках прикрепленных при помощи клея или точечной сварки к упругому элементу. Крепящие желобки 7 обеспечивают точечные 45 контакты с пьезорезонатором 2 в точ" ках закрепления. При этом радиус кривизны крепящего желобка 7 больше, чем пьезорезонатора 2. При таком выполнении желобка 7 и его креплении 50 к телу оболочки упругого элемента

1 при приложении давления радиус кривизны желобка 7 не будет уменьшаться.

Упругий элемент 1 образован по- 55 верхностями Е и L (фиг.2). Поверхность Е представляет собой торообразную оболочку, образованную движением дуги АА, так что центр окружнос1 ти 0 движется по эллипсу Эо, поверхности являются частями эллиптических параболоидов. Поверхности

E u L сопрягаются (фиг.2) по эллипсам Э таким образом, что в месте сопряжения имеют общую касательную, Выбор материала и геометрических размеров обечаек обеспечивает работу упругого элемента 1 в упругой безгистерезисной зоне (эквивалентные напряжения в любой точке оболочки при этом должны быть меньше пре дела пропорциональности ее материа« ла) .

Внутренняя полость оболочки упругого элемента 1 вакуумирована и герметизирована для повышения чувствительности датчика.

Параметры оболочки упругого элемента 1 связаны с размерами и формой пьезорезонатора 2 и выбираются следующим образом: выбрав частоту работы измерительной схемы, выбирают соответствующий пьезорезонатор с диаметром D (фиг.3). Диаметр D задает расстояние между контактирующими точками оболочки упругого элемента 1.

D = 1,6r — д"- 2 5 3, где D

r 0,6(De К+ 2 1); (2) Я 0,9R; R + а = 4r;

О7г 4 0,01; R 2,1r; elf = 0,84 где R u Q — - большая и малая полуоси эллипса 3 соответственно.

При таких соотношениях выполняются условия максимальной концентра-, ции усилий в точках закрепления пьезорезонатора 2 при деформации упругого элемента. — диаметр пьезорезонатора 2; радиус образующей (AA и

ВВ ) торообразной части упругого элемента 1; д" — толщина тела оболочки упругого элемента 1;

Д1 — толщина материала крепящего желобка 7 вместе с материалом клея или точечной сваркой.

Практически выбор резонатора задает размер D, через который по следующим соотношениям изготавливают оболочку мембраны

177695

35

7 2

1 Ю

Составитель Н.Кизилов

Техред C.ÌHãóíoâà Корректор И.Муска

Редак тор В. Ив анов а

Заказ 5544/42 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, .Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1

Датчик давления работает следующим образом.

Приложенные к упругому элементу

1 усилия за счет давления жидкости, газа или любой другой среды, в которую помещен датчик, концентрируются в точках закрепления пьезорезонатора 2. В результате сжатия пьезорезонатора 2 изменяется частота генерируемых колебаний автогенератора (частотно-задающим элементом которого служит этот пьезорезонатор) пропорционально измеряемому давлению, которая и фиксируется, например, частотомером или счетчиком. В таком датчике функции концентратора усилий (механических напряжений) обеспечивается формой упругого элемента 1 и точками закрепления пьеэорезонатора

2 внутри его оболочки.

Упругий элемент 1 помещен в решетчатый корпус 3 в плавающем состоянии, что позволяет подводить внешнее давление с любой стороны его оболочки, концентрируя усилия в точках закрепления пьезорезонатора 2.

В датчике давления может быть использован пьезорезонатор и любой другой формы, например цилиндрической или в виде бруска. В этом случае несколько видоизменяется: лишь кон15 струкция крепящих желобков 7, но контакт желобков с пьезорезонатором будет сохраняться близким к точечному.