Пьезоэлектрический датчик давления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и уменьшение погрешности измерений. При отклонении измеряемого давления от номинального грубый отсчет величины измеряемого давления осуществляется измерителем 20 частоты при подключении его коммутатором 19 к выходу автогенератора 1, а точный - при подключении измерителя 20 частоты к выходу усилителя 18. Величина измеряемого давления не связана с величиной прямолинейного участка амплитудно-частотной характеристики компенсационного пьезорезонатора 2, что расширяет диапазон измеряемого давления, чувствительность же возрастает благодаря применению фазовых методов сравнения сигналов при получении управляющего напряжения на управляемом входе параметрического двухполюсника 14, а также в связи с тем, что частота возбуждения не выходит за пределы полосы пьезорезонатора 2. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 07255 А1 (511 4 0 01 L 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3873035/24-10 (22) 27.03.85 (46) 30.04,87. Бюл. 1(- 16 (71) Харьковский авиационный институт им. Н. F.. Жуковского (72) Е. С. Колесник и К. В. Скульский (53) 521,787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 983474, кл. G 01 L 9/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

1186976, кл. 0 О1 L 9/08, 1984, (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — расширение динамического диапазона и уменьшение погрешности измерений. При отклонении измеряемого давления от номинального грубый отсчет величины измеряемого давления осуществляется измерителем 20 частоты при подключении его коммутатором

19 к выходу автогенератора 1, а точный — при подключении измерителя 20 частоты к выходу усилителя 18. Величина измеряемого давления не связана с величиной прямолинейного участка амплитудно-частотной характеристики компенсационного пьезорезонатора 2, что расширяет диапазон измеряемого давления, чувствительность же возрастает благодаря применению фазовых методов сравнения сигналов при получении управляющего напряжения на управляемом входе параметрического двухполюсника 14, а также в связи с тем, что частота возбуждения не выходит за пределы полосы пьезорезонатора 2.

1 ил. вращателя, образованного пьезорезонатором 2, параметрическим двухполюсником 14 и резистором нагрузки 10, находится на линейном участке харак— теристики управления. Колебания с основного 3 и дополнительного 5 электродов пьезорезонатора 2 с одинаковой фазой поступают на вторые входы смесителей 15 и 16 соответственно благодаря установке соответствующего фазового сдвига на управляемом фазовращателе 17 (при калибровке устройства перед измерениями), управление которым осуществляется подачей калибровочного напряжения U(,. Широкополосный усилитель 18 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 15 и 16, образует замкнутый контур, в котором существуют автоколебания частоты (, если выполняется а условие баланса амплитуд — коэффициент передачи по контуру, образованному блоками 15, 16 и 18 больше единицы (и баланса фаз), суммарный фазовый сдвиг в данном контуре равен

2/((. Широкополосный усилитель 18 выполнен неинвертирующим и создает практически постоянную задержку усиливаемого сигнала во всем диапазоне определяемой условием баланса фаз и равной при номинальном давлении

Ха Е 1/ „, где — время задержки

35 сигнала в усилителе 18.

При отклонении измеряемого давления от номинального, частота f автогенератора 1 изменяется на величину щ - hf. Знак отклонения частоты 1 автогенератора 1 относительно номинального значения определяется знаком отклонения измеряемого давления относительно его номинальной величины. При этом, на выходе частотного детектора

6 появляется постоянное или медленно меняющееся управляющее напряжение, которое через фильтр 9 низких частот, поступает на управляемый вход реактивного двухполюсника 8, обеспечивая возбуждение пьезорезонатора на 2 на частоте fo, близкой, но не равной его резонансной частоте. Тогда фаза колебаний на первых входах сумматоров 12 и 12 изменится по отношению к колебанию на вторых их входах на величину д(. Это приводит к изменению амплитуд напряжений на выходах сумматоров 12 и 12 и появлению управляюще1 1307255 2

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, Целью изобретения является расширение динамического диапазона работы и уменьшение погрешности измерений, На чертеже представлена функциональная блок-схема устройства.

Устройство содержит автогенератор

1, два пьезорезонатора 2 и 2 с двумя основными 3, 4 и 3, 4 электрода- 10 ми и дополнительными электродами 5, 5 и 5" частотный детектор 6, буферный усилитель 7, реактивный управляемый двухполюсник 8, фильтр 9 низких частот, резисторы 10, 10 и 10 " фазовращатели 11 и 11, сумматоры 12 и 12, амплитудный детектор 13, управляемый параметрический двухполюсник 14, балансные смесители 15 и 16, управляемый фазовращатель 17, широкополосный усилитель 18, коммутатор

19 и измеритель 20 частоты.

Датчик давления содержит корпус с

I силопередающим элементом, который точечными контактами скреплен с рабочим пьезорезонатором 2.

Устройство работает следующим образом.

При номинальном измеряемом давлении автогенератор 1, в частотно-задающую цепь которого включен резонатор измеРения частоты автоколебаний

2 своими основными электродами 3 и 4, генерирует колебания с частотой f< .

С выхода автогенератора 1 колебания поступают на частотный детектор 6, а также через буферный усилитель 7 и реактивный двухполюсиик 8 на основные электроды 3 и 4 компенсацион( ного пьезорезонатора 2 и возбуждают г его на частоте fz,.ðàâíîé частоте возбуждения пьезорезонатора 2. Противофазные колебания с дополнительных электродов 5 и 5 пьезорезонатора 2 ((( (l поступают на фазовращатели 11 и 11 которые изменяют фазу колебаний на 45

Г/2, С выходов фазовращателей 11 и

11 колебания поступают на входы сумматоров 12 и 12, на первые входы ко( торых поступают колебания с выхода буферного усилителя 7. Суммарные ко- gp лебания с выходов сумматоров 12 и 12 поступают соответственно на первый и второй входы амплитудного детектора

13, на выходе которого формйруется управляющее напряжение, поступающее 55 на вход параметрического двухполюсника 14, При номинальном давлении рабочая точка управляемого кварцевого фазо13072

Формула изобретения

Составитель Т. Новожилова

Техред.В.Кадар Редактор Т. Парфенова

Корректор С. Черни

Заказ 1621/39

Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

ro напряжения на выходе амплитудного детектора 13 и соответственно к изме.нению частоты колебаний | в замкну— том контуре, состоящем из блоков 15, 16 и 18. Выход автогенератора l через 5 коммутатор 19 подключен к измерителю

20 частоты.

Таким образом, при отклонении измеряемого давления от номинального грубый отсчет величины измеряемого 10 давления осуществляется измерителем

20 частоты при подключении его коммутатором 19 к выходу автогенератора 1, а точный — при подключении измерителя 20 частоты к выходу усилителя 18, 15 !

В предлагаемом устройстве величина измеряемого давления не связана с величиной прямолинейного участка амплитудно-частотной характеристики ком- 20 пенсационного резонатора 2, благодаря чему значительно расширяется диапазон измеряемого давления. Чувствительность же возрастает благодаря применению фазовых методов сравнения

25 сигналов при получении управляющего напряжения на управляемом входе параметрического двухполюсника 14, а так же благодаря тому, что частота возбуждения не выходит за пределы поло- 30 сы пьезорезонатора 2. При этом используется самый крутой участок фазо.частотной характеристики пьезорезонатора 2.

Пьезоэлектрический датчик давления, содержащий автогенератор, выхо- 40 дами подключенный к буферному усилителю, рабочий и компенсационный трехэлектродные пьезорезонаторы, а также соединенные в кольцевую схему два однополосных смесителя и широкополос- 45 ный усилитель, измеритель, частоты, амплитудный детектор, управляемые фазовращатель и параметрический двух55 4 полюсник, причем рабочий пьеэорезонатор основными электродами подключен в частотно-задающую цепь автогенератора и одним из них через фазовращатель — к второму входу первого смесителя и первому входу параметрического двухполюсника, а третьим электродом — к вторым входам параметрического двухполюсника и второго смесителя, первый выход буферного усилителя подключен к одному из основных электродов компенсационного пьезорезонатора, при этом третьи электроды пьезорезонаторов через резисторы соединены с общей шиной, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона работы и уменьшения погрешности измерений, в него дополнительно введены два фазовращателя, два сумматора, коммутатор и последовательно соединенные частотный детектор, фильтр низкой частоты и реактивный двухполюсник, при этом рабочий пьезорезонатор выполнен с дополнительным электродом, через резистор подключенным к общей шине, а амплитудный детектор выполнен двухтактным с симметричными входами и выходом, подключенным к управляющему входу параметрического двухполюсника, каждый из дополнительных электродов рабочего пьезорезонатора подключен к соответствующему входу амплитудного детектора через пару последовательно соединенных фазовра" щателя и сумматора, вторые входы сумматоров подключены к второму выходу буферного усилителя и второму входу реактивного двухполюсника, выходом подключенного к второму основному электроду компенсационного пьезорезонатора, а выход широкополосного усилителя подключен к измерителю частоты через коммутатор, подключенный вторым входом к входу частотного детектора, при этом первый основной электрод рабочего пьезорезонатора подключен к общей шине,