Пьезорезонансный датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезорезонансным датчикам давления, позволяет повысить чувствительность и точность измерения, а также упростить технологию изготовления датчика. Для этого в датчике силопередающий элемент выполнен в виде скрепленных между собой двух рамок 3, 7 с отверстиями, через которые пропущен пьезорезонатор 6, концами закрепленный в корпусе датчика, а своей центральной частью скрепленный с двумя кварцевыми стержнями 4, 5, которые зажаты между стойками рамок 3, 7. Рамка 3 связана с силопередающей балкой 2, а рамка 7 - с компенсационной балкой 8. К боковым стойкам рамок прикреплен конец рычага-коромысла 10. Пьезорезонатор 6 расположен внутри рамок 3, 7 соосно с местом их крепления к балкам 2, 8. Мембрана 20 связана через шток с концом балки 8. Действующее на мембрану 20 давление преобразуется в силу, которая через балку и рамку 3 передается на кварцевые стержни 4 и 5, прикрепленные к средней части пьезорезонатора 6. Верхняя часть 29 пьезорезонатора растягивается и увеличивает свою частоту на величину + ΔF, а нижняя часть 30 сжимается и уменьшает свою частоту на величину - ΔF. пьезорезонатор включен своими электродами в схему автогенераторов 31, 32, которые через умножители 33, 34 подключены к смесителю 35. На выходе смесителя 35 будет частота, пропорциональная давлению. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5у 4 G О1 L 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезорезонансным датчикам давления, позволяет повысить чувствительность и точность измерения, а также упростить технологию изготовления датчика. Для этого в датчике силопередающий элемент выполнен в виде скрепленных между собой двух рамок 3, 7 с отверстиями, через которые пропущен пьезорезонатор

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4256681/24-10 (гг) о3.о6.87 (46) 07.12.89. Бюл. К 45 (71) Ереванский политехнический институт им. К.Маркса (72) В.P.Âàðäàíÿí, Э,Н.Григорян, А.К.Панкратов, В.В.Варданян и М.С.Азоян (53) 531.787 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР и 13269 17, кл. G 01 L 9/08, 1986 °

„„SU„„1527528 А1

1527528

6, концами закрепленный в корпусе датчика, а своей центральной частью скрепленный с двумя кварцевыми стержнями 4, 5, которые зажаты между стойками рамок 3, 7. Рамка 3 связана с силопередающей балкой 2, а рамка 7 с компенсационной балкой 8. К боковым стойкам рамок прикреплен конец рычагакоромысла 10. Пьеэореэонатор 6 распо- 10 ложен внутри рамок 3, 7 соосно с местом их крепления к балкам 2, 8 ° Мембрана связана через шток с концом балки 8. Действующее на мембрану давление преобразуется в силу, которая через

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам давления.

Целью изобретения является повышение чувствительности, уменьшение нелинейности выходной характеристики и упрощение технологии изготовления.

На фиг ° 1 изображена схема пьезореэонансного датчика давления; на фиг." - то же, разрез; на фиг ° 3 " измерительная блок-схема.

К корпусу 1 прикрепляется силопередающая балка 2, на конце которой действует сила Г. Второй конец балки, прикрепленный к корпусу 1, имеет дву35 сторонние вырезы (упругий шарнир), Действие силы F увеличенное по соотношению рычагов балки, передается прикрепленной к балке рамке 3, противоположная сторона которой с вырезом 40 опирается на кварцевые стержни 4 и 5, закрепленные с двух сторон центральной части пьезореэонатора 6.

С нижней стороны кварцевых стержней 4 и 5 опирается вторая силопере4 дающая рамка 7, противоположная грань ко орой скреплена с компенсационной балкой 8. Пьезорезонатор 6 помещается в вырезах двух рамок 3 и 7, через фланцы болтом 9 стягивается к кварцевым стержням 4 и 5.

К обеим рамкам 3 и 7 закрепляется конец рычага-коромысла 10. Промежуточная часть рычага-коромысла 10 закрепляется с несдвигаемой опорой (упругий шарнир) 11, выполненной в виде двусторонне вырезанных стоек. На вто" ром конце коромысла 10 закрепляется балансировочный груз 12, Место нахожбалку 2 и рамку 3 передается на кварцевые стержни 4 и 5, прикрепленные к средней части пьеэорезонатора 6. Верхняя часть 29 пьезорезонатора растягивается и увеличивает свою частоту на величину +df, а нижняя часть 30 сжимается и уменьшает свою частоту на величину -дЕ. Пьезорезонатор включен своими электродами в схему автогенераторов, которые через умножители подключены к смесителю. На выходе смесителя будет частота, пропорциональная давлению. 3 ил. дения балансировочного груза устанавливается экспериментальным путем.

Пьеэореэонатор 6 своими верхним и нижним концами через кварцевые бруски, закрепляется с торцом рамы 13 с выступами, которая со своей стороны закрепляется с корпусом (схематично показано на фиг.1), Силопередающая балка 2 и балка 3 (фиг.2) с корпусом закрепляются при помощи винтов 14 и

15. Балки 2 и 8 с центрами рамок 3 и 7 закрепляются также винтами 16 и 17. Эти рамки с торцом коромысла соединяются четырьмя винтами (не показаны) ° Коромысло 10 винтами закрепляется к опорным стойкам с вырезами. Ниже выреза опорных стоек имеются винты фиксации коромысла, которые удаляются после закрепления пьезорезонатора 6 к торцу рамы 13 с выступами ° Положение балансировочного груза 12 на коромысле 10 фиксируется винтами 18 и 19. На верхней части корпуса закрепляется гофрированная мембрана 20, сверху которой прикрепляется штуцер 21. Жесткий центр гофрированной мембраны 20 закрепляется с выступом силопередающей балки 2. После сборки и настройки датчика все места соединения винтов припаиваются либо к корпусу, либо к соответствующему узлу конструкции.

На корпусе конструкции датчика имеются технологические окна 22-27, которые после сборки и настройки герметично закрываются (некоторые другие окна на фиг.2 не видны). На месте окна 22 припаивается гермоввод для присоединения выводов из двух час5 152 7528 тей пьеэорезонатора к схеме (не показано), Передние и задние стенки корпуса закрываются крышками и производится припаивание по периметру. Через rep5 моввод внутри датчика создается вакуум величиной 10 2-i0 з мм рт.ст., а далее конец штуцера гермоввода сваривается. Через отверстие 28 штуцера подается измеряемое давление P., Схема измерения абсолютного давления приведена на фиг.3. Две идентичные части 29 и 30 кварцевого пьеэорезонатора входят в схему автогенераторов

31 и 32. Для еще большего увеличения чувствительности включены умножители

33 и 34 частоты, выходные сигналы которых с частотами f и подаются

1 к смесителю 35. На выходе смесителя 20 сигнал имеет частоту f -f

Датчик работает следующим образом.

Действующая сила F через балку 2 и рамку 3 передается к кварцевым стержням 4 и 5, прикрепленным к сред- 25 ней части пьезорезонатора 6. Бсли верхняя часть 29 пьезореэонатора растягивается и увеличивает свою частоту на величину +df, то нижняя часть 30 пьезореэонатора сжимается и уменьшает свою частоту на величину -Л1, После умножителей 33 и 34 частоты автогенераторов становятся n (f +df) и n,(f, -LLf) принято, что частоты автогенераторов равны f,I, где n, - коэффициент умножения. После смесителя 35 частота выходного сигнала становится

+п,2ЛГ. Для получения возможности измерения как давления, так и разря.жения, первоначальные частоты автоге- 40. нераторов должны несколько отличаться друг от друга.

Предлагаемая конструкция датчика технологичнее, сборка ее не сложна и позволяет ликвидировать неточности 45 путем небольших деформаций упругих шарниров силопередающей и компенсационной балок. Расположение пьезореэонатора соосно с местом закрепления рамок к балкам. устраняет появление изгибных моментов при передаче действующей силы с двух его сторон к средней части пьеэореэонатора, Отсутствие иэгибных моментов в предлагаемой конструкции и соосное расположение места закрепления рамок с плоскостью пьезореэонатора значительно увеличивает линейность зависимости значения изменяющейся частоты от действующего давления, формула и з о б р е т е н и я

Пьезорезонансный датчик давления, содержащий корпус, консольно закрепленную через упругий шарнир сипопередающую балку, конец которой связан с чувствительным элементом, закрепленным в корпусе, пьезореэонатор в виде пластины с двумя парами симметрично расположенных электродов, установленный на опоре двуплечий рь1чаг-коромысло с балансировочным грузом на конце, прикрепленную к корпусу и снабженную упругим шарниром компенсационную балку и силопередающий элемент, связанный с силопередающей и компенсационной балками, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, а также упрощения технологии изготовления, в нем силопередающий элемент выполнен в виде скрепленных с балками двух рамок, опирающихся стойками, имеющими отверстия по оси симметрии> на два кварцевых стержня, при этом рамки жестко соединены между собой с помощью стягивающих фланцев, выполненных на стойках, а пьезорезонатор пропущен через отверстия стоек, скреплен своей центральной частью с кварцевыми стержнями и расположен внутри рамок соосно с местом крепления рамок к балкам, причем конец рычага-коромысла прикреплен к боковым стойкам рамок.

1 527528

Я

5 и

Fg

Составитель Н.Матрохина

Редактор И.Горная Техред И.Моргентал Корректор И.Иаксимишинец

Заказ 7504/48 Тираж 789 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, N-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул .Гагарина, 1Я