Датчик резонаторный



Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный
Датчик резонаторный

 


Владельцы патента RU 2545324:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием. Части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора. Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Известен датчик резонаторный (см. патент РФ №2217767, опубликованный 27.11.2003 г.), который содержит основание из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием чувствительного элемента и его подвесов в виде, по крайней мере, двух стержней и стержневого резонатора. На стержнях подвеса выполнены упругие шарниры для перемещения чувствительного элемента (ЧЭ) относительно основания в направлении измерительной оси. Стержневой резонатор электрически и механически соединен с электромеханическим преобразователем.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является погрешность, обусловленная разностью температур отдельных элементов датчика в результате импульсного разогрева металлизированных поверхностей стержневого резонатора.

Решаемой технической задачей является создание датчика резонаторного с улучшенными метрологическими характеристиками.

Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности в условиях воздействия импульсного разогрева.

Для достижения технического результата в датчике резонаторном, содержащем основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием, новым является то, что части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора.

Металлизация частей поверхностей стержней маятникового подвеса позволяет уменьшить разность температур элементов датчика резонаторного при импульсном разогреве и тем самым уменьшить соответствующую погрешность.

На Фигуре изображен заявляемый датчик резонаторный, на котором отмечены зоны металлизации.

Датчик резонаторный содержит основание 1 в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора 4, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы и маятникового подвеса в виде двух стержней 3, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу 2, а другие концы соединены с основанием 1. На части поверхностей стержней 3 маятникового подвеса 5 металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности электродной системы стержневого резонатора (например, золото).

Датчик резонаторный работает следующим образом. Механический резонатор через электромеханический преобразователь подключен в цепь обратной связи автогенератора. После подачи напряжения питания на автогенератор в системе "генератор - электрический преобразователь - резонатор" при соблюдении условий "баланса амплитуд" и "баланса фаз" (смотри, например, книгу П.В. Новицкий и др. "Цифровые приборы с частотными датчиками", "Энергия", 1970 г.) устанавливаются колебания резонатора и, соответственно, выходные электрические сигналы с частотой, равной резонансной частоте резонатора. Выходные электрические сигналы генератора используются после соответствующего преобразования для регистрации результатов измерения силы, действующей на резонатор. В исходном положении, соответствующем нулевому значению измеряемого параметра (например, ускорения), значение резонансной частоты механического резонатора f0 определяется конструктивными размерами элементов резонатора и физическими свойствами материала, из которого он изготовлен (модуль упругости - E, плотность - ρ). Измеряемая величина преобразуется кинематической системой датчика в продольную силу резонатора, что вызывает изменение его резонансной частоты и соответственно частоты выходных электрических сигналов генератора. Значения изменений частоты выходных сигналов генератора является мерой измеряемого параметра.

Под воздействием импульсного разогрева происходит неравномерное изменение температуры отдельных участков датчика (резонатора и замыкающей рамки). Это определяется разными материалами электродной системы и основания, выполненного из монокристалла. Процесс изменения средних температур резонатора, замыкающей его рамки и их разности носят сугубо нестационарный характер. При неравенстве температур резонатора и рамки возникает изменение продольной силы резонатора и соответственно изменение его резонансной частоты.

Для минимизации погрешности от неравномерного распределения температуры между резонатором и чувствительным элементом необходимо выполнение как минимум двух условий:

1) равенство средних температур резонатора Tрезu) и замыкающей его рамки Tрамu);

2) равенство временных зависимостей изменений температур резонатора и замыкающей его рамки.

Выполнение первого условия может быть представлено следующими соотношениями:

Tрезu)=Трамu)

Tрезu)=T0рез+ΔТрезu) Tрамu)=T0рам+ΔTрамu)

При T0рез=T0раи=T0

с учетом (1)-(4)

и или

где T0рез, T0рам, Т0 - начальные значения температур резонатора, рамки и окружающей среды, соответственно;

ΔTрезu), ΔTрамu) - изменение температур резонатора и рамки под действием импульса облучения длительностью τu;

ΔQiu) - энергия, поглощенная i-элементом на интервале длины Δl с шириной участка bi(l);

E - мощность излучения, приходящаяся на единицу площади (поверхностная плотность потока излучения);

Ki - коэффициент поглощения энергии излучения i-элемента объема.

Ci, ci, ρi,.,hi - теплоемкость, удельная теплоемкость, плотность вещества и толщина i-элемента объема, соответственно.

При равенстве удельных теплоемкостей вещества материала резонатора и рамки, условием равенства температур резонатора и рамки будет равенство значений отношений:

Оптимальные размеры частей металлизированных поверхностей стержней маятникового подвеса были определены моделированием на ПЭВМ с использованием метода конечных элементов. По результатам расчетов изготовлены экспериментальные образцы. Проведенные исследования подтвердили эффективность предлагаемого технического решения.

Датчик резонаторный, содержащий основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием, отличающийся тем, что части поверхностей стержней маятникового подвеса металлизированы материалом, плотность которого близка к плотности материала электродной системы стержневого резонатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) гидротехнических сооружений, например плотин гидроэлектростанций, а также контроля прочности бетона эксплуатируемых предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Изобретение относится к высокочувствительным способу и устройству измерения силы/массы с использованием системы фазовой автоподстройки частоты. .

Изобретение относится к области измерений механической силы и производных от нее величин, момента силы, давления, массы, деформаций, линейных и угловых ускорений. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) гидротехнических сооружений, например плотин гидроэлектростанций, а также контроля напряженно-деформированного состояния других сооружений, зданий и конструкций.

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации систем управления и предназначено для контроля физических величин. .

Изобретение относится к области испытания машиностроительных и строительных конструкций. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля технологических процессов в строительной индустрии и может быть использовано для получения данных о параметрах предварительно напряженных арматурных элементов (стержней, канатов и т.д.) при изготовлении железобетонных конструкций, в частности, для определения требуемого удлинения арматурного элемента, измерения напряжений в арматурном элементе и корректировки его длины.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения, контроля и регулирования больших усилий сжатия около 1000 кг и более.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий деформации. .
Наверх