Способ сборки и настройки пьезорезонансного датчика давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сборки и настройки пьезорезонансных датчиков давления. Целью изобретения является повышение точности. При помощи болтов 15 и 16 поочередным ввинчиванием несдвигаемая опора 4 растягивается, после чего с обеих сторон опоры 6 устанавливаются пьезозлементы 7 и 8. Подключают автогенератор . Поочередным развинчиванием болты 15 и 16 удаляются, при этом по автогенератору контролируется плоскопараллельность смещения коромысла. Повышение точности датчика обеспечивается предварительно напряженным состоянием пьезоэлементов 7 и 8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 1 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

77

16

13 6 12 . 14 10 8

Фиг.1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756806/10 (22) 09.11.89 (46) 30.06.92. Бюл.N.24 (71) Ереванский политехнический институт им. К.Маркса (72) B.P.Âàðäàíÿí, В.В.Варданян, Н.В.Варданян и Э.Н.Григорян (53) 531,787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1270594, кл. 6 01 9/08, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N. 1642285, кл. G 01 L 9/08, 1988. (54) СПОСОБ СБОРКИ И НАСТРОЙКИ

ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ

„„Я „„1744534 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сборки и настройки пьезорезонансных датчиков давления. Целью изобретения является повышение точности. При помощи болтов 15 и

16 поочередным ввинчиванием несдвигаемая опора 4 растягивается, после чего с обеих сторон опоры 6 устанавливаются пьезоэлементы 7 и 8. Подключают автогенератор. Поочередным развинчиванием болты

15 и 16 удаляются, при этом по автогенератору контролируется плоскопараллельность смещения коромысла. Повышение точности датчика обеспечивается предварительно напряженным состоянием пьезоэлементов

7 и 8.2 ил.

1744534 образом.

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения абсолютного давления.

Известен датчик давления с использованием прямого пьезоэффекта, где пьезоэлементы приведены в поджатое состояние.

При действии силы или давления пьезоэлементы либо дополнительно поджимаются, либо расслабляются.

Указанную конструкцию нельзя выполнять дифференциального действия. Из-за этого чувствительность низка, погрешности высоки. Кроме того, в датчике сравнительно высоки температурные погрешности.

Известен также пьезорезонансный датчик давления, в котором корпус датчика выполнен заодно не только с рамной конструкцией пьезоэлементов, но и с силопередающей и силоуравновешивающей системами. Два коромысла силоуравнсвешивающей системы имеют упругие опоры в виде двусторонне вырезанных стержней (стоек), также выполненных заодно с корпусом в противоположных его стенках. Пьезоэлементы крепятся к рамной конструкции.

Под действием давления, если один пьезоэлемент сжимается, уменьшая свою частоту, то другой растягивается, увеличивая ее. Как известно, нагрузочная способность кварца при растяжении в 24 раза меньше, чем при сжатии.

В описанном датчике один из двух пьезоэлементов работает на растяжение, поэтому его нагрузочная способность значительно меньше, В таком датчике пьезоэлементы к рамной конструкции приклеивают, что значительно увеличивает нежелательный гистерезис, Кроме того, пьезоэлементы нельзя настроить индивидуально. В описанном датчике также нельзя изменить пределы чувствительности и повысить устойчивость.

Наиболее близок к предлагаемому пьезорезонансный датчик давления, в котором силопередающая система в виде равноплечего коромысла выполена заодно с корпусом, Коромысло через несдвигаемый упругий шарнир выполнено заодно с корпусом и своими концами присоединено к мембранам с жестким центром, выполненным на корпусе. Пьезоэлементы приклеены к корпусу v коромыслу и расположены пареллельно ось. ьпоры по обеим ее сторонам. ! звестн» я конструкция, хотя и монолитна, о*на.„u приклеивание пьезоэлементов создает гистерезис, т.е. значительно увеличивается погрешности. Кроме того, один из пьезоэлементов при действии давления растягивается, поэтому его нагрузочная

55 способность значительно меньше (в 24 раза).Известная конструкция не позволяет произвести индивидуальную настройку каждого пьезорезонатора, Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что перед подсоединением пьезоэлементов предварительно растягивают упругую опору путем одновременного поджатия концов коромысла, а после подсоединения пьезоэлементов к ним подключают автогенераторы, затем поджатие постепенно снимают, контролируя при этом плоскапараллельность смещения коромысла сравнением частот автогенераторов.

На фиг,1 изображен пьезорезонансный датчик для осуществления способа, разрез по центру; на фиг,2 — блок-схема измерения, Прямоугольный корпус1 пьезорезонансного датчика (фиг.1) содержит узлы, выполненные заодно с ним, Силопередающая система состоит из мембраны 2 с жестким центром, коромысла 3, опирающегося на несдвигаемый упругий шарнир 4, выполненный заодно с корпусом 1, конец которого соединен с центром мембраны 2, Другое плечо коромысла 3 соединено с второй аналитичной мембраной 5 с жестким центром.

Мембраны 2 и 5 могут быть сварены или выполнены заодно с корпусом. Коромысло

3 с обеих сторон опоры 6 имеет плоскопараллельные участки для закрепления противоположных граней пьезоэлементов 7 и 8 к корпусу и с коромыслу через прикрепленные к пьезоэлементам четыре пары кварцевых брусков. Пьезоэлементы 7 и 8 оперты на корпус 1 через поперечно установленные планки 9 и 10, которые с нижней стороны через винты 11 и 12 индивидуально регулируют сжатие пьезоэлементов. Положением винтов 11 и 12 индивидуально регулируют сжатие пьезоэлементов. Положение винтов

11 и 12 фиксируют контргайками 13 и 14. С обеих сторон опоры 6 через основание корпуса 1 на концы коромысла опираются растягивающие вставные болты 15 и 16 с мелкой резьбой, действие которых к концам коромысла передается через шарики 17 и

18. С наружной стороны корпуса 1 закреплен гермоввод 19 (показано только отверстие), Мембраны 2 и 5 с наружной стороны имеют колпачки 20 и 21. Колпачок 20 имеет штуцер, через который давление P передается к мембране 2, а колпачок 21 наглухо закрыт. Способ сборки и настройки пьезоэлементов датчика осуществляют следующим

1744534

При помощи болтов 15 и 16 поочередным ввинчиванием несдвигаемую опору 4 растягивают, после чего с обеих сторон опоры 6 устанавливают пьезоэлементы 7 и 8.

При помощи индивидуально сжимающихся 5 винтов 11 и 12 ликвидируют соответствующие зазоры между пьезоэлементами с одной стороны и корпусом и коромыслом с другой, Значение ликвидируемого зазора конт- 10 ролируется частотой автогенератора, в схему которых входят и ьезоэлементы.

Поочередным развинчиванием болты 15 и

16 удаляют, контролируя при этом плоскопараллельность смещения коромысла, и та- 15 ким образом пьезоэлементы 7 и 8 приводят в сжатое состояние путем уменьшения растянутого состояния несдвигаемой опорышейки. Сжатое состояние пьезоэлементов контролируют частотой автогенераторов, в 20 схему которых они включены. Для уменьшения гистерезиса и неустойчивости пьезоэлементов поперечно-вставные планки, например, электронно-лучевой сваркой прикрепляют к основанию корпуса. 25

После сборки и настройки схемы измерения к корпусу 1 снизу в местах 22 приваривают нижнюю крышку. Корпус 1 с передней и задней лицевых сторон закрыт крышками, которые сваривают с корпусом 30 по периметрам. В созданном герметично закрытом объеме, а также в объеме между колпачком 21 и мембраной 5 через штуцер гермоввода создают вакуум величиной

10 2 — 10 мм рт,ст, для повышения термо- 35 стабильности.

Пьезоэлементы 7 и 8 входят в схему автогенераторов 23 и 24 (фиг,2), выходные сигналы которых с частотами f1 и f2 подаются к смесителю 25. На выходе смесителя 40 сигнал имеет частоту f) - f2, Описанный датчик, в котором пьезоэлементы приведены в предварительно сжатое состояние, работает следующим образом.

При давлении P коромысло 3 повышает сжа- 45 тое состояние пьезоэлемента 7 и его частота уменьшается на величину - Л f, в это же время пьезоэлемент 8 уменьшает свое сжатое состояние, т.е, увеличивает свою частоту на+ Лf. На выходе смесителя 25 частота 50 изменяется на высоту ч 2 h, f. Имеется линейная зависимость между действующей силой и приращением частоты.

Сжатое состояние пьезоэлементов подбирают так, что при ослаблении сжатого состояния пьезоэлемент все равно остается в дополнительно сжатом состоянии, т.е. пьезоэлемент не подвергается деформации растяжения.

Кроме того, с целью исключения необходимости строгого соответствия габаритных размеров пьезоэлементов и обеспечения возможности их индивидуальной настройки пьезоэлементы дополнительно сжимают специально установленными подстроечными винтами, сжатое состояние которых контролируют частотами автогенераторов.

В датчиках, в которых применяется эффект усиления передачи усилий, приведение пьезоэлементов в предварительно сжатое состояние повышает нагрузочную способность, так как прочность пьезокварца в режиме сжатия в 24 раза больше, чем при работе в режиме растяжения, Для исключения сдвига тонкостенной опоры-шейки при действии усилий или вибрации на лицевых сторонах опоры 6 и коромысла 3 (после приведения пьезоэлементов

7 и 8 в сжатое состояние) закрепляют (например, сваркой) вставные пластины, имеющие шейки небольшой длины (на фиг,1 показано пунктиром), Формула изобретения

Способ сборки и настройки пьезорезонансного датчика давления, при котором в корпусе устанавливают коромысло на упругой опоре, к плечам которого подсоединяют чувствительные элементы и пьезоэлементы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед подсоединением пьезоэлементов предварительно растягивают упругую опору путем одновременного поджатия концов коромысла, а после подсоединения пьезоэлементов к ним подключают автогенераторы, затем поджатие постепенно снимают, контролируя при этом плоскопараллельность смещения коромысла сравнением частот автогенераторов.

1744534

Составитель В. Варданян

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М, Кучерявая

Редактор А. Orap

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

Заказ 2190 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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