Пьезорезонансный датчик давления

 

Изобретение относится-к измерительной технике, в частности к пьезорезонансным датчикам, и может быть использовано для измерения абсолютного и разностного давлений с повышенной чувствительностью в условиях виброударных перегрузок. Цель изобретения - упрощение конструкции датчика . Для этого в датчике силопередающая балка выполнена в виде равноплечего коромысла 3, опирающегося на несдвигаемый упругий шарнир 4, изготовленный за одно целое с корпусом 1. С обеих сторон между коромыслом 3 и основанием корпуса параллельно оси опоры закреплены два одинаковых пьезоэлемента 8, 9. Коромысло 3 концами соединено с мембранами 2, 5 с жестким центром. Пьезозлементы 8, 9 включены в схемы двух автогенераторов, с выходов которых снимается частотный сигнал, подаваемый на смеситель, на выходе смесителя получается выходной сигнал в виде разности двух частот, пропорциональный измеряемому давлению 2 ил. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 1 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

16

8 7 д (Уиг, 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4612314/10 (22) 05.12.88 (46) 15;04.91. Бюл. М 14 . (7 ) Ереванский политехнический институт . им. К.Маркса (72) В;Р,Варданян, А.К.Панкратов, Н.В.Варданян и Э.Н.Григорян (53) 531,787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1553858, кл. 6 01 9/08, 08.06,88. (54) ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫй ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится-к измерительной технике, в частности к пьезорезонансным датчикам, и может быть использовано для измерения абсолютного и разностного давлений с повышенной чувствительностью

„„59„„1642285 А1 в условиях виброударных перегрузок, Цель изобретения — упрощение конструкции датчика. Для этого в датчике силопередающая балка выполнена в виде равноплечего коромысла 3, опирающегося на несдвигаемый упругий шарнир 4, изготовленный эа одно целое с корпусом 1. С обеих сторон между коромыслом 3 и основанием корпуса параллельно оси опоры закреплены два одинаковых пьезоэлемента 8, 9. Коромысло 3 концами соединено с мембранами 2, 5 с жестким центром. Пьезоэлементы 8, 9включены в схемы двух автогенераторов, с выходов которых снимается частотный сигнал, подаваемый на смеситель, на выходе смесителя получается выходной сигнал в виде Я разности двух частот, пропорциональный измеряемому давлению, 2 ил.

1642285

Изобретение относится к контрольно- равны Я где п — коэффициент умножения, измерительной технике, в частности к дат- После смесителя 23 частота выходного сигчикам, предназначенным для измерения нала будет+п2 hf. абсолютного давления. Для получения возможности измерения

Целью изобретения является Упроще- 5 как давления, так и разряжения первонание конструкции датчика. чальные частоты автогенератора должны

На фиг. 1 изображен .разрез по центру . несколько отличаться друг от друга, пьезорезонансного датчика,; на,фиг. 2-. На фиг. 1 заменой крышки 18 крышкой блок-схема. измерения. со штуцером(как это выполненодля крышки

Прямоугольный корпус 1 пьезорезонан- 10 17) датчик превращается в датчик разности сного датчика (фиг. 1) содержит узлы, выпол- давлений. ненные за одно целое с ним, Силопередающая .:8 предложенном датчике чувствительсистема состоит из мембраны 2 с жестким ность увеличивается согласно эффектуусицентром, коромысла 3, опирающегося на не- ления передачи давления (усилий) к сдвигаемыйупругий шарнир4, выполненно 15 пьезоэлементам 8 и 9. Коэффициент трансза одно целое с корпусом 1. Другое плечо формации К р входного усилия (приложенкоромысла 3 соединяется с второй мембра- ного к концу коромысла 3), в усилие, ной 5.c жестким центром, за одно целое . прикладываемое к пьезоэлементу 8 или 9 выполненной с корпусом 1, Коромысло 3 (F a), Определяется соотношением плеч I и имеет упрочняЮЩее Ребро бдля поаышения 20 I©,êÎÐoìûåëà: его прочности, С обеих сторон опоры 7 ко- . з I.1 . Ромысло 3 имеет плокопараллельные места. Р р )„ для закрепления пьезоэлементов 8 и 9 к . где размеры I и I указаны на фиг. 1. коромыслу и корпусу через кварцевые бру- Коэффициент трансформации в средски 10 — 13 . Внутри корпуса 1, в свободном 25 нем можно взять равным 5-8; При больших обьеме его,через шпильки закреплены пе . коэффициентах трансформации увеличивачатные платы 14 и 15. С наружной стороны ются габаритные размеры датчика, что некорпуса 1 закрепляется гермовод 16. Мемб- желательно. раны 2 и 5 с наружной стороны имеют. кол- .. датчик обладает повышенной термопачки 17 и 18. Колпачок 17 имее штуцер 30 стабильностью. Это обуславливается тем, через который давление Р передаетс к что при изменении температуры благодаря мембране 2, а колпачок 18 наглухо закрыт. монолитности конструкции и его полной

После сборки и йаладки схемы измерения. симметрии по отношению к опоре коромыскорпус 1 с передней и Задней сторон закры-. ла примененные пьезоэлементы одинаково вается крышками,.которые rl0 периметрам 35 изменяют свою частоту и на выходе не изсвариваются с корпусом, создавая герме . меняется сигнал разностной частоты. тично закрытый обьем, в котором, а также в . Выполненное монолитно с корпусом объеме между колпачком 18 и мембраной 5, . равноплечее коромысло полностью симметдля повышения. термостабильности через . Рично .по отношению пьезоэлементов, заштуцергермоводасоздаетсявакуумвеличи= 40 крепленных на одинаковом расстоянии с

-2 -3 ной 10 10 мм рт ст:... обеих сторон опоры; Такая симметричная

Пьезоэлементы 8 и 9 входят в схему: конструкцияпозволяетполучитьустойчивое автогенератора 19 и 20 (фиг. 2)..Для еще виброударное состояние беэ появления большего увеличения чувствительности . ложных выходных сигналов. включены Умножители21 и 22 частоты, выходные 45 .. Выполнение механической части датчисигналы которых с частотами f1 и f2 подают-.:- ка из одйой.заготовки позволяет исключить . ся смесителю 23. На выходе смесителя сиг-: взаимно сдвигаемые элементы конструкции нал имеет частоту01-Ь . - т.е. созданная монолитная конструкция поДатчик работает следующим образом. зволяет значительноуменьшить возможный

Действиедавления Р через мембрану2 50 гистерезис, Так как. монолитная конструкс жестким центром в виде усилий через.ко- . ция датчика с применением силопередаюромысло 3 передается к пьезоэлементам 8 . щей системы в виде равноплечего и 9. Если из-за деформации пьезоэлемент 8 коромысла с прикрепленными пьеэоэлесжимается, уменьшая свою частоту на вели-, ментами позволяет. получить достаточно вычину-ЬТ, то пьезоэлемент 9, растягиваясь. 55 сокую чувствительность, деформации увеличивает свою частоту на величинУФЛ т . мембран с жестким центром незначительны

После умножителей 21 и 22 частоты ав- и не превышают десятка микрон. Поэтому тогенераторов становятся п(1о-И и п(о+М возникающий гистерезис небольшой и им (было принято, что частоты автогенераторов практически можно пренебречь, деформа1642285

Составитель О.Полев

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор .М.Бандура

Корректор О.Ципле

Заказ 1140 .. Тираж 364 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ция пьезоэлементов значительно меньше деформации мембран. В предложенной конструкции отсутствие несдвигаемых деталей конструкции и незначительная деформация чувствительных элементов позволяют уменьшить возможные погрешности.

Предложенный датчик имеет более простую конструкцию и в основном изготавливается .фрезеровкой и дальнейшей обработкой на электроэрозиокном станке.

Формула изобретения

Пьезорезонансный датчик давления, содержащий вакуумированный корпус с основанием, первую мембрану, жесткий центр которой связан с одним концом коромысла, снабженного упругой опорой, связанной с корпусом, вторую мембрану с жестким центром, закрытую крышкой со штуцером, и два пьезоэлемента, причем

5 корпус коромысла и упругая опора выполнены за одно целое, отличающийся тем, что, с,целью упрощения конструкции, в нем жестммй центр второй мембраны связан с вторыю,бойцом коромысла, которое выпол10 нено равноплечим, а пьезоэлементы за. креплены симметрично с двух сторон упругой опоры; параллельно ее оси между коромыслом и основанием корпуса, причем обе мембраны выполнены идентичными за

15 одно целое с корпусом и коромыслом.