Барочувствительный элемент



Барочувствительный элемент
Барочувствительный элемент
Барочувствительный элемент
Барочувствительный элемент
Барочувствительный элемент
Барочувствительный элемент

 


Владельцы патента RU 2402000:

Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения давления жидких и газообразных сред и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов сложных технических систем топливоэнергетического комплекса, АЭС, автомобильного и железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности ПАВ структуры в первичном чувствительном элементе. Барочувствительный элемент содержит мембрану с выборкой, жестко скрепленную с основанием через прокладку с образованием между мембранной и основанием герметичной вакуумированной полости, внутри которой над выборкой своими концами жестко присоединен пьезоэлемент. Соотношение геометрических размеров диаметра выборки в мембране и внутреннего диаметра прокладки меньше или равно 0,5. Пьезоэлемент выполнен из ПАВ структуры и установлен с возможностью его продольного сжатия-растяжения. Кристаллографические оси мембраны, прокладки, основания и пьезоэлемента из ПАВ структуры ориентированы одинаково. Контакты пьезоэлемента из ПАВ структуры выведены из вакуумированной полости наружу нанесенными на мембрану высокочастотными электродами, согласованными с антенной в полосе частот отклика ПАВ структуры. 6 ил.

 

Заявленное техническое решение относится к измерительной технике, предназначено для измерения давления жидких и газообразных сред и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов сложных технических систем топливоэнергетического комплекса, АЭС, автомобильного и железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности.

Известны первичные чувствительные элементы: «Датчик давления с тремя устройствами ПАВ» по патенту Великобритании GB 2386684, МПК G01L 9/00, опубл. 24.09.2003 года - [1], «Датчик механических величин и его варианты» по патенту Российской Федерации RU 2247954, МПК G01L 9/08, H03H 9/145, опубл. 10.03.2005 года - [2], «Диафрагменный датчик на ПАВ» по патенту ЕПВ ЕР 1533601, МПК G01L 9/00, опубл. 25.05.2005 года - [3], содержащие пъезоэлемент из ПАВ структуры, воздействие на который передается при помощи промежуточных устройств, а сама ПАВ структура работает на изгиб. Снятие показаний с первичных чувствительных элементов может производиться по радиоканалу в полосе частот отклика ПАВ структуры.

Недостатками известных устройств - [1], [2] и [3], является то, что любые содержащиеся в них промежуточные дополнительные устройства, воздействующие на первичный чувствительный элемент (ПЧЭ), вносят погрешности в измерения, снижают надежность ПЧЭ и всего датчика давления, а также то, что работа ПАВ структуры на изгиб обладает низкой чувствительностью.

Известны первичные чувствительные элементы: «Первичный чувствительный элемент на ПАВ для измерения давления» по полезной модели Российской Федерации RU 27257, МПК G10K 15/00, опубл. 10.01.2003 года - [4], «Способ и датчик для измерения давления с применением ПАВ» по патенту США US 6571638, МПК G01L 11/00, опубл. 03.06.2003 года - [5], «Способ и пассивный датчик давления для шины» по патенту ЕПВ ЕР 1505379, МПК G01L 9/00, B60C 23/04, опубл. 09.02.2005 года - [6], «Первичный чувствительный элемент для измерения давлений газов, жидкостей, сосредоточенных сил» по патенту Российской Федерации RU 2327126, МПК G01L 9/12, опубл. 20.06.2008 года - [7], содержащие пьезоэлементы из гибких мембран, на которых нанесены ПАВ структуры, а снятие из них показаний осуществляется по радиоканалу в полосе частот отклика нанесенной ПАВ структуры.

Во всех известных устройствах [4], [5], [6] и [7] работа гибких пьезоэлектрических мембран с нанесенными на них ПАВ структурами производится на изгиб, что обуславливает их сравнительно низкую чувствительность. Так как известно, что чувствительность пъезоэлемента с нанесенной на него ПАВ структурой на порядок выше при его работе на растяжение-сжатие, чем при работе на изгиб.

Прототипом заявляемого технического решения является «Барочувствительный элемент» по патенту Российской Федерации RU 2107273, МПК G01L 9/08, опубл. 20.03.1998 года - [8], содержащий мембрану с выборкой, жестко скрепленную с основанием через прокладку с образованием между мембранной и основанием герметичной вакуумированной полости, внутри которой над выборкой своими концами жестко присоединен пьезоэлемент, который работает частично на изгиб и частично на сжатие-растяжение. Пьезоэлемент выполнен в виде кварцевого камертона.

Барочувствительный элемент по [8] обладает высокой чувствительностью, однако для его функционирования (возбуждения) необходима первичная электрическая схема с источником питания, что существенно сужает области его применения. Необходимость первичной электрической схемы в непосредственной близости от барочувствительного элемента также уменьшает температурный диапазон его применения, так как составные элементы схемы имеют узкий рабочий температурный диапазон.

Указанные недостатки аналогов и прототипа ставят задачу повышения чувствительности ПАВ структуры в первичном чувствительном элементе.

Указанная задача решается тем, что барочувствительный элемент, содержащий мембрану с выборкой, жестко скрепленную с основанием через прокладку с образованием между мембранной и основанием герметичной вакуумированной полости, внутри которой над выборкой своими концами жестко присоединен пьезоэлемент, имеет соотношение геометрических размеров диаметра выборки и внутреннего диаметра прокладки в мембране меньше или равно 0,5, пьезоэлемент выполнен из ПАВ структуры и установлен с возможностью его продольного сжатия-растяжения, кристаллографические оси мембраны, прокладки, основания и пьезоэлемента из ПАВ структуры ориентированы одинаково, а контакты пьезоэлемента из ПАВ структуры выведены из вакуумированной полости наружу нанесенными на мембрану высокочастотными электродами, согласованными с антенной в полосе частот отклика ПАВ структуры.

Введение «соотношения геометрических размеров диаметра выборки и внутреннего диаметра прокладки в мембране меньше или равно 0,5» необходимо для того, чтобы жестко присоединенный своими концами к мембране над выборкой пьезоэлемент внутри вакуумированной полости при изгибе мембраны в одну или другую стороны работал (преимущественно) только на сжатие-растяжение. При таких соотношениях вышеуказанных геометрических размерах изгиб пьезоэлемента минимален.

Введение «пьезоэлемента, выполненного из ПАВ структуры и установленного с возможностью его продольного сжатия-растяжения» необходимо для того, чтобы обеспечить беспроводное, мобильное и удобное считывание информации из барочувствительного элемента, а также существенного повышения чувствительности устройства с ПАВ структурой.

Введение признака «кристаллографические оси мембраны, прокладки, основания и пьезоэлемента из ПАВ структуры ориентированы одинаково» необходимо для сведения к минимуму температурных наводок и возмущений на заявленное устройство - барочувствительный элемент.

Введение признаков «контакты пьезоэлемента из ПАВ структуры выведены из вакуумированной полости наружу нанесенными на мембрану высокочастотными электродами, согласованными с антенной в полосе частот отклика ПАВ структуры» необходимо для того, чтобы обеспечить конструктивную и функциональную совместимость всех частей барочувствительного элемента. Конструктивно обеспечить надежное герметичное соединение и электрические контакты при помощи пайки мягким или твердым припоем. Функционально обеспечить совместимость для сведения к минимуму потерь энергии при прохождении принятого сигнала от антенны к пьезоэлементу из ПАВ структуры и от него обратно в антенну.

На фиг.1 представлен чертеж с разрезом барочувствительного элемента (вид сбоку); на фиг.2 - чертеж с разрезом заявляемого устройства (вид сверху); на фиг.3 - вид мембраны с выборкой и нанесенными высокочастотными токовводами; 4 - вид прокладки; 5 - вид основания; 6 - общий вид барочувствительного элемента (вид снизу).

Барочувствительный элемент содержит мембрану 1 с выборкой 2, жестко скрепленную с основанием 3 через прокладку 4 с образованием между мембранной и основанием герметичной вакуумированной полости 5, внутри которой над выборкой 2 своими концами жестко присоединен пьезоэлемент 6. Соотношение геометрических размеров диаметра выборки 2 в мембране 1 и внутреннего диаметра прокладки 4 и меньше или равно 0,5, пьезоэлемент 6 выполнен из ПАВ структуры и установлен с возможностью его продольного сжатия-растяжения. Кристаллографические оси мембраны 1, прокладки 4,основания 3 и пьезоэлемента 6 из ПАВ структуры ориентированы одинаково. Контакты 7 пьезоэлемента 6 из ПАВ структуры выведены из вакуумированной полости 5 наружу нанесенными на мембрану 1 высокочастотными электродами 8, согласованными с антенной в полосе частот отклика ПАВ структуры 6.

Работает барочувствительный элемент следующим образом: При повышении внешнего измеряемого давления закрепленная на прокладке 4 мембрана 1 с выборкой 2 прогибается в сторону вакуумированной полости 5 (основания 3), и при этом пьезоэлемент 6 растягивается, и наоборот при снижении измеряемого внешнего давления мембрана 1 с выборкой 2 прогибается от основания 3, и при этом пьезоэлемент 6 сжимается. Пьезоэлемент 6 из ПАВ структуры (пассивный пьезокварцевый резонатор) подсоединен своими контактами 7 через нанесенные на мембрану 2 высокочастотные электроды 8 к своей антенне (на фиг. не показана) работает бесконтактно по радиоканалу. При этом считыватель своей антенной подает сигнал, принимаемый антенной пьезоэлемента 6, который от полученного сигнала резонирует со смещением частоты, и в зависимости от его деформации через промежуток времени выдает ответный сигнал в свою антенну, из которой ответный сигнал принимается той же антенной считывателя. Таким образом, достигается беспроводное, мобильное и удобное считывание информации из барочувствительного элемента.

В результате испытаний опытного образца заявленного барочувствительного элемента, изготовленного в соответствии с предлагаемым техническим решением, получены положительные результаты, подтверждающие повышенную точность измерений давления (приблизительно на порядок по сравнению с устройством, где пьезоэлемент из ПАВ структуры работает на изгиб). То есть закрепление в барочувствительном элементе ПАВ структуры с возможностью ее работы на сжатие-растяжение существенно повышает чувствительность устройства при возможности его автономной работы по радиоканалу.

Полагаем, что предложенное устройство обладает всеми критериями изобретения, так как:

- Барочувствительный элемент в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения является новым для общеизвестных устройств и, следовательно, соответствует критерию "новизна";

- Совокупность признаков формулы изобретения устройства не известна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам конструирования барочувствительных элементов, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень";

- Конструктивная реализация барочувствительного элемента не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Литература:

1. Патент Великобритании GB 2386684, МПК G01L 9/00, опубл. 24.09.2003 года, «Датчик давления с тремя устройствами ПАВ».

2. Патент Российской Федерации RU 2247954, МПК G01L 9/08, H03H 9/145, опубл. 10.03.2005 года, «Датчик механических величин и его варианты».

3. Патент ЕПВ ЕР 1533601, МПК G01L 9/00, опубл. 25.05.2005 года, «Диафрагменный датчик на ПАВ».

4. Полезная модель Российской Федерации RU 27257, МПК G10K 15/00, опубл. 10.01.2003 года, «Первичный чувствительный элемент на ПАВ для измерения давления».

5. Патент США US 6571638, МПК G01L 11/00, опубл. 03.06.2003 года, «Способ и датчик для измерения давления с применением ПАВ».

6. Патент ЕПВ ЕР 1505379, МПК G01L 9/00, B60C 23/04, опубл. 09.02.2005 года, «Способ и пассивный датчик давления для шины».

7. Патент Российской Федерации RU 2327126, МПК G01L 9/12, опубл. 20.06.2008 года, «Первичный чувствительный элемент для измерения давлений газов, жидкостей, сосредоточенных сил».

8. Патент Российской Федерации RU 2107273, МПК G01L 9/08, опубл. 20.03.1998 года, «Барочувствительный элемент» - прототип.

Барочувствительный элемент, содержащий мембрану с выборкой, жестко скрепленную с основанием через прокладку с образованием между мембранной и основанием герметичной вакуумированной полости, внутри которой над выборкой своими концами жестко присоединен пьезоэлемент, отличающийся тем, что соотношение геометрических размеров диаметра выборки в мембране и внутреннего диаметра прокладки меньше или равно 0,5, пьезоэлемент выполнен из ПАВ структуры и установлен с возможностью его продольного сжатия-растяжения, кристаллографические оси мембраны, прокладки, основания и пьезоэлемента из ПАВ структуры ориентированы одинаково, а контакты пьезоэлемента из ПАВ структуры выведены из вакуумированной полости наружу нанесенными на мембрану высокочастотными электродами, согласованными с антенной в полосе частот отклика ПАВ структуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроакустическим сенсорам, способным работать в среде с высоким давлением. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям давления, усилий, ускорений и других механических параметров на основе резонаторов, выполненных из кристаллического материала, в частности кристаллического кварца.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезорезонансным преобразователям усилий, и может быть использовано в том числе в датчиках давления и усилия.

Изобретение относится к технологии точного приборостроения и может быть использовано в технологических процессах изготовления пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения быстропеременных и акустических давлений.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно пьезорезонансным измерительным преобразователям (датчикам) давления. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления, давления звука, статического давления и т.д. .

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения механических величин - давления, деформаций, перемещений, и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов сложных технических систем топливоэнергетического комплекса, АЭС, автомобильного и железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к средствам преобразования быстропеременного и импульсного давления в электрический сигнал и может быть использовано в первичных преобразователях скорости потока вихревых расходомеров воды, газа, пара и других однородных сред.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения физических величин, например температуры, давления, деформации

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к пьезорезонансным датчикам давления с частотным выходом, и может быть использовано в медицине для измерения давления пульсовой волны (динамического давления)

Изобретение относится к области технологии приборостроения и может быть использовано при изготовлении пьезоэлектрических датчиков, предназначенных для измерения медленно нарастающих давлений

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения как постоянного давления, так и динамического давления

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения механических величин и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам изготовления пьезоэлектрических датчиков давления

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: приемник содержит основной и дополнительный пьезоэлементы, корпус, выполненный из теплопроводящего материала, например из металла. Основной пьезоэлемент прикреплен снаружи корпуса и воспринимает колебания давления водной среды, а также флуктуации температуры воды и смещения корпуса как составляющих помехи. Дополнительный пьезоэлемент, идентичный основному, прикреплен к корпусу в воздушной полости внутри корпуса, где он изолируется от колебаний давления водной среды, но воспринимает флуктуации температуры водной среды и смещения корпуса. Оба пьезоэлемента включены параллельно друг другу с встречным направлением знаков поляризации и выполнены из идентичного пьезоматериала. Технический результат: эффективная компенсация помех в сигнале, регистрируемом приемником, обусловленных воздействием на приемник флуктуации температуры водной среды и смещений. 4 ил.

Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением динамических давлений. Пьезоэлектрический датчик давления содержит корпус с мембраной, в котором расположен чувствительный элемент, состоящий из пьезоэлементов, токосъемника, расположенного между пьезоэлементами, и основания. Чувствительный элемент закрыт тонкостенным стаканом, который поджат к основанию датчика с усилием, равным суммарному усилию от максимально возможного воздействия на мембрану статического и динамического давлений. Размеры стакана определены согласно математическому выражению: h = ( 0,16 ÷ 0,3 ) D 2 , где h - высота стакана; D - внешний диаметр стакана. Дно стакана выполнено толщиной, обусловленной исключением прогиба мембраны в центральной ее части. Техническим результатом является повышение точности измерений, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к нанотехнологическим изделиям измерительной техники, предназначено для измерения давления жидких и газообразных сред и может быть использовано в средствах автоматизации контроля процессов сложных технических систем. Датчик давления содержит корпус, мембрану и сенсорный элемент, размещенный в герметичной полости с возможностью его продольного сжатия и имеющий омические контакты. В качестве сенсорного элемента используется наполняющий герметичную полость мелкодисперсный порошок, содержащий не менее 70 масс.% фуллероидных наноструктур. Мембрана и корпус электрически изолированы друг относительно друга и используются в качестве выходных омических контактов. В качестве фуллероидных структур используются астралены с молярной массой более 2000 г/моль или фуллерены Сn с n≥6. Герметичная полость дополнительно заполнена водородом. Технический результат заключается в повышении чувствительности и механической устойчивости работы датчика, обеспечении стабильности функции преобразования датчика и воспроизводимости результатов измерений при высоких давлениях в условиях низких температур и воздействии импульсных нагрузок. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для температурной компенсации в устройстве CMUT. Устройства CMUT используют во многих применениях, например, ультразвукового формирования изображения и измерения давления. Эти устройства работают посредством считывания изменения электрической емкости, вызываемого отклонением мембраны (32), содержащей один из пары электродов в устройстве, из-за ультразвукового воздействия или давления, приложенного к мембране. Устройство CMUT может быть восприимчивым к воздействиям изменения температуры. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.
Наверх