Пьезоэлектрический преобразователь

 

Р1зобретение относится к измерительной технике и может быть применено при измерениях давления, расхода , температуры, микроперемещений, плотности, вязкости и других физических параметров, и позволяет повысить точность измерения пьезоэлектрического преобразователя. Для этого напряжение с пьезорезонатора (П) 2 проходит дополнительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему запрета 6 и вновь подается на П 2 сдвинутым по фазе на 90°, что обеспечивается соответствующей настройкой фазовращателя 5., Вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезонатор действует гармоническая сила F, фаза которой сдвинута на 90°от- , носительно фазы колебаний резонатора . Мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний П 2. Во втором .такте измерения коэффициент затухания h 2 изменяется на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилителя 4, фазовращателя 5, схемы запрета 6, Результат вводится в вычислитель 8,1 ил. (Л С СП fH -r-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 L 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3773388/24 — 10 (22) 24.07.84 (46) 07.02.86. Бюл. № 5 (71) Ташкентский ордена Дружбы народов политехнический институт им. А.P. Бируни (72) Н.P. 1Осупбеков, A.Á. Пинский, A.A. Азимов и А.A. Данилов (53) 531.787 (088.8) (56) Табидзе A.À. и др. Ультразвуковой низкочастотный измеритель вязкости жидкости. — Измерительная техника, 1981, № 12, с. 56-61.

Малов В.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Энергия, 1978, с. 125, рис. 3-17. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при измерениях давления, расхода, температуры, микроперемещений, плотности, вязкости и других физи„„SU „„ il 210077 ческих параметров, и позволяет повысить точность измерения пьезоэлектрического преобразователя. Для это—

ro напряжение с пьезорезонатора (П) 2 проходит дополнительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему запрета 6 и вновь подается на П 2 о сдвинутым по фазе на 90, что обеспечивается соответствующей настройкой фазовращателя 5. Вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезонатор действует гармоническая сила о

F, фаза которой сдвинута на 90 относительно фазы колебаний резонатора, Мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний

-!

П 2. Во втором, такте измерения коэффициент затухания П 2 изменяется на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилителя 4, фаэовращателя 5, схемы запрета 6. Результат вводится в вычислитель 8.1 ил.

1210077

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при измерениях давления, расхода, температуры, микроперемещений, плотности, вязкости и других физических параметров.

Целью изобретения является повышение точности измерений пьезоэлектрического преобразователя.

На чертеже изображена блок-схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя.

Преобразователь состоит из генератора 1, соединенного с пьезоэлектрическим резонатором 2, измерительной схемой 3 и последовательно включенными усилителями 4, фазовращателем 5 и схемой 6 запрета, устройства 7 управления, выход которого соединен с управляющими входами вычислителя 8 и э,пектронного ключа

9, выход которого подключен к входу одновибратора 10.

Преобразователь работает следующим образом.

Измерение производится в два такта. В первом такте сигнал, поступающий от устройства 7 управления на управляющий вход электронного ключа

9, равен нулю, последний разомкнут и на выходе одновибратора 10 присутствует потенциал, запрещающий

l прохождение сигнала через схему б запрета. Пьезорезонатор 2 периодически возбуждается короткими импульсами напряжения, поступающими с генератора 1, и под воздействием их совершает затухающие механические колебания на резонансной частоте.

При этом на его выводах вследствие прямого пьезоэффекта возникает синфазное с механическими колебаниями напряжение, изменяющееся по закону

Ug-0„e 5 и(» Ч) (1) где Нов амплитуда напряжения на пьезорезонаторе в момент начала отсчета; резонансная частота и фаза колебаний; определяемый коэффициент затухания колебаний; коэффициент ошибки, обусловленный изменением параметров пьезорезонатора.

Это напряжение подается на изме-. рительную схему 3, которая измеряет коэффициент затухания копебаний пье зоре з она тора в паузах между импульсами генератора. Значение результата измерения Ч вводится в вы1 числитель 8 и загоминается. В общем случае результат измерения в первом такте содержит мультипликативную погрешность, равную К т.е.

Y =К„К,( (2) или (u Е 5 н(>1+Е)) - . (4)

-к, . JU ,) где 0. — мгновенное значение напряжения на выводах пьезо50 пластины.

Действие на колеблющееся тело силы„ пропорциональной скорости колебаний, вызывает изменение коэффициента затухания на величину, .».» определяющуюся параметрами тела и величиной этой силы.

Таким образом, во втором такте измерения коэффициент затухания

iQ где K,, — коэффициент пропорциональности, Во втором такте устройство 7 управления подает на электронный ключ 9 сигнал, вызывающий его замыкание. После этого первый же импульс генератора 1 усиливается усилителем 4 и„ пройдя через электронный ключ 9, задним фронтом запускает одновйбратор 10, на выходе которого появляется потенциал, разрешающий прохождение импульсов через схему 6 запрета.

Таким образом, напряжение с пьезорезонатора 2 проходит дополнительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему 6 запрета. и вновь подается на пьезорезонатор 2 о сдвинутым по фазе на 90, что обес- печивается соответствующей настройЗО. кой фазовращателя 5. При этом вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезонатор действует гармоническая сила Ft фаза которой сдвинуо та на 90 относительно фазы колебаний резонатора. При этом мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний пьезорезонатора.

Действительно, так как согласно выражению (1) амплитуда колебаний изменяется по синусоидальному закону, то для мгновенного значения силы Г можно записать -0 а- " 5 ()1 Зо"— о (3)

=Ll е » сos(t +Ч ) 7

/ r (5) У,= К1К(CC,+Ы), 15

25

35

Состави ль А. Зосимов

Техред g. oHKo Корректор В.Бутяга

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 512/52

Тираж 778 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 12100 пьезорезонатора 2 изменяется на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилителя 4, фазовращателя 5 и схемы

6 запрета. При этом измерительная схем г 3 измеряет и заносит в вычислитель 8 значение результата измерения 1 pBBHQe

I где с — значение дополнительно внесенного коэффициента затухания, зависящее от параметров усилителя 4, фазовращателя 5 и схемы 6 запрета.

Результат измерения во втором такте также вводится в вычислитель

8, который, в свою очередь, производит обработку результатов измерения первого и второго тактов по алгоритму о—

У1 — Ч (6) следующему из совместного решения уравнений (2) и (5) . Из формулы (6) видно, что в выражение для результата измерения коэффициента затухания o(, не входит значение коэффициента К„, обусловленного собственными параметрами пьезорезонатора, что позволяет повысить точность преобразования.

Значение дополнительно вносимого коэффициента затухания определяется заранее экспериментальным путем.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет периодического изменения коэффициента затухания пьезорезонатора на эталонную величину исключается влияние изменения

40 собственных параметров пьезорезонатора на результат измерения и, как следствие, повышается точность измерения.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий генератор, соединенный с пьезоэлектрическим резонатором, к которому подключена измерительная схема, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены устройство управления, одновибратор, электронный ключ, схема запрета, фазовращатель, усилитель и вычислитель, реализующий алгоритм

I

d 1

Y„-Ч где с о — коэффициент затухания пьезоэлемента, 1 с — значение дополнительного коэффициента затухания, зависящее от параметров усилителя, фазовращателя и схемы запрета, Ч„ — результат измерения измерительной схемы в первом такте измерений, У - результат измерений во втором такте, при этом усилитель подключен своим выходом через фазовращатель к входу схемы запрета, выход которой соединен с входами усилителя и измерительной схемы, а управляющий вход подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен через электронный ключ с выходом усилителя, а выход устройства управления подключен к управляющим входам электронного ключа и вычислителя, вход которого соединен с измерительной схемой.