Датчик давления

 

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий автогенератор, в частотно-задающую цепь которого подключен основными электродами первый пьезорезонатор, а второй пьезорезонатор основными электродами подключен через буферный усилитель к выходу автогенератора , широкополосный усилитель, выходом подключенный к входу первого смесителя, выход которого соединен с первым входом второго смесителя , подключенного к входу усилителя , выход которого подсоеди - нен к измерителю частоты, при этом пьезорезонаторы выполнены трехэлектродными , каждый из дополнительных электродов которых заземлен через резистор, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности , в него введены вычитающее устройство, входами подключенное к источнику опорного напряжения и выходу амплитудного детектора, а выходом - к управляющему входу управляемого параметрического двухполюсника , и управляемый фазовращатель, при этом дополнительный электрод пер (О вого пьезорезонатора подключен к выходу двухполюсника и второму входу (Л второго смесителя, а дополнительный электрод второго пьезорезонатора к входу амплитудного детектора, один из основных электродов первого пьезорезонатора подключен к входу двухполюсника и первому входу фазовращателя , на второй вход которого подают калибровочное напряжение, причем сх смесители выполнены однополосными б о балансными.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) () 1) (51)4 G 01 L 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCK0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3572690/24-10 (22) 04.04.83 (46) 23.10.85. Вюл. № 39 (72) В.Я. Баржин, А.С. Василенко, Е.С. Колесник и К.В. Скульский (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е. Жуковского (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1091042, кл. G 01 L 9/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 998833447744, кл. С 01 L 9/08, 1981. (54) (57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий автогенератор, в частотно-задающую цепь которого подключен основными электродами первый пьезорезонатор, а второй пьезорезонатор основными электродами подключен через буферный усилитель к выходу автогенератора, широкополосный усилитель, выходом подключенный к входу первого смесителя, выход которого соединен с первым входом второго смесителя, подключенного к входу усилителя, выход которого подсоеди— нен к измерителю частоты, при этом пьезорезонаторы выполнены трехэлектродными, каждый из дополнительных электродов которых заземлен через резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены вычитающее устройство, входами подключенное к источнику опорного напряжения и выходу амплитудного детектора, а выходом — к управляющему входу управляемого параметрического двухполюсника, и управляемый фазовращатель, при этом дополнительный электрод первого пьезорезонатора подключен к выходу двухполюсника и второму входу второго смесителя, а дополнительный электрод второго пьезорезонатора— к входу амплитудного детектора, один из основных электродов первого пьезорезонатора подключен к входу двухполюсника и первому входу фазовращателя, на второй вход которого подают калибровочное напряжение, причем смесители выполнены однополосными балансными.

1186976

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения давления.

Цель изобретения — повышение чувствительности. 5

На фиг. 1 приведена функциональная схема датчика давления; на фиг. 2 — конструкцйя применяемого в датчике пьезорезонатора в двух проекциях; на фиг. 3 - амплитудночастотные характеристики рабочего пьезорезонатора.

Датчик давления содержит (фиг. 1) высокостабильный кварцевый автогенератор 1, буферный усилитель 2, два трехэлектродных кварцевых резонатора AT-среза 3 и 3 с двумя основными

4, 5 и 4 5 и одним дополнительным 6 и 6 электродами. Пьезорезонатор 3

1 установлен в частотно-задающей цепи автогенератора 1 и является дополнительным, а пьезорезонатор 3 закрепI лен в силопередающем элементе и является рабочим. Конструктивно пьезорезонаторы 3 и 3 выполнены идентичны- 25

1 ми в виде линзового кварцевого пьезоэлемента AT-среза с электродами (фиг. 2). В силу идентичности пьезорезонаторов электроды одного из них на функциональной схеме обозначены 30 цифрами без штрихов, а соответствующие электроды второго пьезорезонатора обозначены цифрами со штрихами.

Основные электроды 4, 5 и 4, 5 наI I несены в центральной части пьезоэле- З

5 мента с двух сторон в виде "замочной скважины| . Дополнительные электроды

6 и 6 (сегментные) охватывают линзы так, что хорды сегментов перпендикулярны повернутой оптической оси Е 40 пьезоэлементов. Площади основных и дополнительного электродов примерно равны. Между дополнительными электродами 6 и 6 и общей шиной датчика подключены резисторы 7 и 7 нагрузки.45

Амплитудный детектор 8 включен между дополнительным электродом 6 пьезоI

I резонатора 3 и первым входом вычитающего устройства 9, второй вход которого соединен с источником 10 gp опорного напряжения. Выход вычитающего устройства 9 подключен к входу управляемого параметрического двухполюсника 11, который включен между первым основным электродом 4 и допол-у нительным электродом 6 пьезорезонатора 3. Однополосчые балансные смесители 12 и 13 включены последовательно в кольцевое соединение с усилителем 14 ° На выходе однополосных балансных смесителей выделяется одна полоса с помощью фильтров или фазовым методом. К усилителю 14 подключен измеритель 15 частоты. Управляемый фазовращатель 16 включен между первым основным электродом 4 пьезорезонатора 3 и вторым входом смесителя 12. Второй вход смесителя 13 подключен к дополнительному электроду

6 пьезорезонатора 3. Датчик содержит корпус с силопередающим элементом, который точечными контактами скреп/ лен с пьезорезонатором 3 . Электрическая ось Х пьезорезонатора 3 поверо нута на 40 относительно диаметральной линии, проходящей через точечные контакты силопередающего элемента, что соответствует нулевому температурному коэффициенту силочувствительности и наибольшей величине коэффициента Ратайского.

Устройство работает следующим образом.

При номинальном измеряемом давлении автогенератор 1, в частотно-задающую цепь которого включен пьезорезонатор 3 своими основными электродами 4 и 5, генерирует колебания частоты f . С выхода автогенератора 1 колебания поступают через буферный усилитель 2 на основные электроды 4 и

5 пьезорезонатора 3 и возбуждают его на частоте fI,. Частота настройки

f пьезорезонатора 3 сдвинута относительно частоты автогенератора f на величину hf таким образом, что частота генерации f совпадает со срединой линейного участка одной из ветвей амплитудно-частотной характеристики пьезорезонатора 3 (фиг. 3). !

Колебания с дополнительного электрода 6 пьезорезонатора 3 поступают на амплитудный детектор 8, на выходе которого при номинальном давлении выделя тся напряжении Пвыу в „

=КА,Увы„р где К вЂ” коэффициент

Ав вых нощ передачи амплитудного детектора 8, а

П,„ Р— амплитуда напряжения на коМ выходе пьезорезонатора 3 при номинальном давлении.

Напряжение с выхода амплитудного детектора 8 поступает на первый вход вычитающего устройства 9, на второй вход которого от источника 10 опорного напряжения подается опорное напряжение, величина которого равна

1186976

Е =Us д А, . В результате, на входе параметрического двухполюсника 11 при номинальном давлении управляющее напряжение равно Б,„„ =Е -U

=О. В этом случае рабочая точка управляемого кварцевого фазовращателя, образованного пьезорезонатором 3, параметрическим двухполюсником 11 и резистором 7 нагрузки, находится на линейном участке характеристики управления.

Колебания с основного 4 и дополнительного 6 электродов пьезорезонатора 3 с одинаковой фазой поступают на вторые входы смесителей 12 и 13 соответственно благодаря установке соответствующего фазового сдвига на управляемом фазовращателе 16, управление которым осуществляется подачей калибровочного напряжения U ö„ (фиг. 1) . Широкополосный усилитель

14 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 12 и 13, образует замкнутый контур, в котором существуют автоколебания частоты f ц У если выполняются условия баланса амплитуд и фаз. На выходе смесителя

12 выделяются колебания с суммарной частотой f =f +fz, а на выходе смесителя 13 — с разностной f =f =f9

При отклонении измеряемого давления от номинального резонансная часI тота f пьезорезонатора 3 изменяетJ ся и становится равной f (Лиг. 35,6).

Напряжение на выходе пьезорезонатора

3 равно Uù у р > что приводит к появлению управляющего напряжения на входе параметрического двухполюсниЕсм Пвьв 6U. В резульTàте этого в колебайиях на втором входе смесителя 13 (на дополнительном электроде 6 пьезорезонатора 3) появляется фазовый сдвиг + Ь ф относительно фазы колебаний на втором входе смесителя 12 (на первом основном электроде 4 пьезорезонатора 3). Это приводит к изменению фазы колебаний на выходе смесителя 13 на величину

+ 6g что вызывает изменение частоты автоколебаний f в контуре широкоС( полосного усилителя 14, так как условие баланса фаз выполняется на другой частоте. По величине отклонения частоты автоколебаний, фиксируемой измерителем 15 частоты, судят о величине отклонения измеряемого давления.

1i 86976 юг. 2

Составитель Н. Кизилов

Редактор О. Бугир Техред О.Ващишина Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 6537/45 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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