Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике , в частности, к устройствам для измерения давления жидкостей и газов, и позволяет чувствительность при измерении давления. Датчик состоит из чувствительного элемента 1 и преобразующей части, которая представляет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двумя парами 3, 4 встречно-штыревых преобразователей (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ). В пластине 2 в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7 диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого находятся два пьезоэлектрических диска 8 диаметром, равным диаметру отверстия, с возможностью перемещения вдоль него. Чувствительный элемент 1 связан с пьезоэлектрическими дискам 8 посредством штока 9. Под действием измеряемого давления происходит деформация чувствительного элемента 1, диски 8 перемещаются в отверстии 7, что приводит к смещению акустического тракта распространения ПАВ. При этом изменяется частота колебаний автогенераторов, в которые включены излучающие 3 и приемные 4 ВШП, причем благодаря предложенной топологии ВШП частота F<SB POS="POST">2</SB> одного автогенератора увеличивается, а частота другого F<SB POS="POST">1</SB> уменьшается и на выходе датчика снимается сигнал ΔFΣ, равный разности приращения частот ΔFΣ=ΔF<SB POS="POST">2</SB>-ΔF<SB POS="POST">1</SB> .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 0 О! 1. 9 08, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ %

I (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ fKHT СССР

1 (21) 4261159/24-10 (22) 15.06.87 (46) 07.09.89. Бюл. N 33 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.И.Жуйков (53) 531 ° 787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В !384983, кл, G Ol L 9/08, 1986, (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления жидкостей и газов, и позволяет повысить чувствительность при измерении давления. Датчик состоит из чувствитель„„SU„„1506310 A 1

2 ного элемента 1 и преобразующей части, которая представляет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двумя парами 3, 4 встречно-штыревых преобраэователей (И1П) поверхностных акустических волн (ПАВ), В пластине 2 в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие

7 диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого находятся два пьезоэлектрических диска 8 диаметром, равным диаметру отверстия, с возможностью перемещения вдоль него.

Чувствительный элемент l связан с пьезоэлектрическими дискам 8 посредством штока 9, Под действием измеряемого давления происходит деформа3 ция чувствительного элемента 1, диски 8 перемещаются в отверстии 7, что приводит к смещению акустического трлктл распространения ПАВ, При этом иэменяегся частота колебаний антогенераторов, в которые включены излучающие 3 и приемные 4 В!11П, при ем благодаря предложенной топологии

ВШП члстотл f одного лвтогенерлторл увеличивается, л другого

1 уменьшлется и нл выходе датчика снимается сигнал bf, равный разности приращения члстот 4Г = 4à — Л f,, 3 ил, Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления жидкостей и газов.

Целью изобретения является повышение чувствительности датчика, На фиг. 1 показан датчик давления, общий вид; на фиг,2 и 3 — возмож-20 ные конструкции преобразующего элемента датчика.

Датчик. содержит чувствительный элемент 1, выполненный, например, в виде мембранного блока, и преобразую- 25 щую часть, которая представляет собой пластину 2 иэ пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двумя парами излучающих 3 и приемных

4 встречно-штыревых прео .,разовлтелсй 3О (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ). Пластина 2 закреплена нл корпусе длтчика 5 с помощью держателей

6, а в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7 диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого находятся два пьезоэлектрических диска 8 с диаметром, равным диаметру отверстия, с воэможностью перемещения вдоль него, 4р

Чувствительный элемент 1 жестко соединен с пьезоэлектрическими дисками 8 посредством штока 9.

Датчик работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого давле- 4 ния пьезоэлектрические диски 8 толщиной, не превышающей 1,5 мм, и диаметром, равным диаметру отверстия 7, находятся в определенном начальном положении (например, соответствующем атмосферному давлению). При включении напряжения питания усилителей (не показаны ) в кольце автогенераторов, образованных усилителями, излучающими

3 и приемными 4 преобразователями, а также пьезоэлектрическими дисками

8,,возникают колебания на частоте

Ч V — — — где V — скорость о Л„ распространения IIAR, 1, — шлг электродов ВШП по линии, проходящей через пьезоэлектрические диски 8 и ВШП

3 и 4, Эта линия соответствует направлению акустического луча ПАВ, Если толщина дисков 8 равна или немного меньше ширины акустического луча, задаваемого топологией излучающих ВШП

3, то вся энергия возбужденных LIAR достигает через диски 8 приемных Вц!П

4i(фиг,2 и 3). Это приводит к устойчивой генерации колебаний автогенераторов н1 частотах fpi u f 1. Возникновение генерации нл другой частоте невозможно, поскольку акустические лучи, излучаемые ВШП 3, в этом случае сместились бы вдоль апертуры

ВШП и, пройдя на другую сторону пластины 2, демпфировались бы в последствии о корпус датчика, Гlри подаче измеряемого давления во внутреннюю полость чувствительного элемента происходит деформация мембранного блока. Жесткий центр его связан со штоком 9, который является направляющей перемещения и связующим звеном между чувствительным элементом 1 и пьезоэлектрическими дисками 8. Последние под воздействием измеряемого давления перемещаются вдоль глухого торцового отверстия 7 выполненного по оси симметрии пластины 2. Это приводит к соответствующему смещению акустического тракта распространения ПАВ, При этом автогенераторы, образованные соответствующими усилителями излучающими 3 и приемньп и 4 ВШП ПАВ, л также пьезоэлектрическими дисками 8, изменяют частоту колебаний.

Причем, благодаря топологии ВШП, частота f одного автогенератора увеличивается, а частота другnro f уменьшается. Поэтому на выходе датчика сним, ется сигнал ЛГ, равный

Вf>=hf -ЬГ,, Изменение члстоты до150K>310 стигается за счет топологии В!!Л! 3, Конструкция ВШИ 2 выбрана из у< лония выделения необходимого еиг><ала из пгирокого диапазона частот <>1, Поэтому

5 исиользуютс я переменный шаг эл ек тродов ВШИ 3, который увеличивается к периферии пластин<,l 2, и разная длина электродов.

На фиг,3 показан возможный вариант использования преобразующей части с наклонными электродами ВШП 3.

Направление дв:жения ПАВ на пласти«е показано стрелками. Луч ПАВ при изменении частоты возбуждения смещается вдоль апертуры BIHTI 3, обеспечивая тем cë ìûì плоское сканирование, Начальное положение дисков 8 целесообразно выбирать таким, чтобы результирующая частота Лf=fp -f>< 20 стремилась к нулю. Ири перемеще>гии пьезоэлектрических дисков 8 (фиг,2 и 3 ) вдоль глухого торцового отверстия 7 пластины 2 изменяется длина, а следовательно, и частота акустичес- 25 ких волн, пропускаемых пьезоэлектрическими дисками 8 от излучающих ВШП

3 к приемным В!!!П 4, Частота изменяется от значения, принятого за начзльное при градуировке датчика, до уста- 30 f =1 q-f pq) .

Следовательно, в автогенераторах устанавливаются колебания с час тотой, соответствующей пространственному шагу электродов излучающих ВШП 3, Ло изменению частоты 8f> судят о величине измеряемого давления.

Фор мул аизобретения

Датчик давления, содержащий размещенный в корпусе манометрический чувствительный элемент и закрепленную в корпусе пьезоэлектрическую пластину, на которой расположены первые 4 излучающий и приемный встречно-штыре" вые преобразователи поверхностных акустических волн ° к< 1 орые с имь(етрич ио ра зм< II\E . II<1< II <> Обе с T<>1>C>III < Т глухо го отверстия, вь>цолненного в пластине по оси ее симметрии со стороны торцовой части, обращенн<>й к чувствительному элементу, при этом чувствительнь>й элемент снабжен соединеннь<м с ним штоком, на котором закреплен пьезоэлектрический диск, расположенный в отверстии пластинь> с возможностью перемещения вдоль него, причем диаметр d отверстия пластины удовлетворяет соотношению 1,11>

rz d 7 h, где h — толппгна пластинь>, с тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен дополнительными излучающим и приемным встречно-штыревыми преобразователями поверхностных акустичеСких волн, расположенными на пьезоэлектрической пластине аналогично первым преобразователям поверхностных акустических волн, и дополнительным пьезоэлектрическиь< диском, закрепленным на штоке и расположенным в отверстии пластины, при этом первые и дополнительнь>е преобразователи поверх ностных акустических волн расположены симметрично относительно оси симметрии пластины, перпендикулярной оси отверстия, а пьезоэлектрические диски расположены на линиях, проходя<пих через середины апертуры встречно-шть<ревых преобразователей, причем у излучающих и приемных встречно-штыревых преобразователей электроды выполнены с переменным шагом, увеличивающимся к периферии пьезоэлектрической пластины по линии, перпендикулярной электродам, кроме того, у излучающих встречно-штыревых преобразователей каждый последующий электрод, начиная со второго, по длине не равен предыдущему и уменьшается или увеличивается к периферии пьезоэлектрической пластины, 1506310

Фиа. 2

Составитель H .Матрохина

Редактор И.Горная Техред А.Кравчук Корректор М.Самборская

Заказ 5420/43 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101