Пьезоэлектрический частотный датчик давления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 07. 07. 81 (21) 3312818/18-10 ($$) М. КП.З

С 01 Ь 9/08 с присоединением заявки М

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

РЗ УДК 531. 787 (088. 8) Опубликовано 23.1282. Бюллетень N9 47

Дата опубликования описания 2312.82

В.Я. Варжин, A.Ñ. Василенко, A.A. Зеленский, Е.С,. Колесник и Д.П. Масленников (72) Авторы изобретения

Харьковский ордена Ленина авиационный институт== им. Н.Е. Жуковского (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЧАСТОТНЬЯ ДАТЧИК

ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в различных областях науки и техники.

Известны пьезоэлектрические частотные датчики давления (1).

Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический частотный датчик давления, содержащий автогенераторы с пьезорезонаторами и смесителями частоты. Для повышения чувствительности B известйом датчике применены умножители частоты t 2j.

Недостатком известного датчика является снижение точности измерений иэиза увеличения фазовых флуктуаций выходного информационного колебания в умножителях частоты.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений за счет образования дополнительного контура самовозбуждения.

Цель достигается тем, что в пьезоэлектрический частотный датчик давления введены буферный и широкополосный усилители, а в пьезоэлементы обоих пьезорезонаторов - по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика, при этом второй пьезорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного Усилителя, вход которого соединен с автогенератором, широко*олосный усилитель включен между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, выход которого соединен с входом первого смесителя, а вторые входы первого и второго смесителей подключены к допол нительным электродам соответственно второго и первого пьеэорезонаторов, . причем выход широкополосного усилителя подключен к измерителю частоты.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - конструкция применяемых в датчике пьезорезонаторов.

Устройство содержит автогенератор

1, буферный усилитель 2, два пьезорезонатора 3 и 3 с линзовыми пьезоI ( элементами 4 и 4 с двумя основными 5, б и 5, б и дополнительными 7 и 7 электродами. Между дополнительными электродами 7 и 7 и общей .шиной датчика подключены резисторы нагрузки 8 и 8 . Дополнительные электроды 7 и 7 подключены к вторым

983474 входам однополосных балансных смесителей 9 и 10, включенных последовательно. Между выходом однополосного балансного смесителя 10 и входом однополосного балансного смесителя 9 включен широкополосный усилитель 11, к которому подключен измеритель 12 частоты. Пьезорезонаторы 3 и 3 укреплены между корпусом и упругим элементом, соединенным с мембраной датчика, и ориентированы таким обра- 10 эом, что изменения частоты их колебаний равны по величине и имеют проти воположные знаки при изменении давленля в одном направлении.

Устройство работает следующим 15 образом.

При номинальном измеряемом давлении автогенератор 1 генерирует колебания частоты fс,, равной частоте настройки пьезорезонаторов 3 и 3 . С с выхода автогенератора 1 колебания . поступают через буферный усилитель

2 на основные электроды 5 и б пьеI эорезонатора 3 и возбуждают его. При этом на дополнительных электРодах

7 и 7 пьезорезонаторов 3 и 3 воз1 никают синфазные колебания, равные по амплитуде, которые поступают на вторые входй однополосных балансных смесителей 9 и 10. Широкополосный усилитель 11 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 9 и 10, образует замкнутый контур, в котором существуют автоколебания частоты f, если выполняются условия баланса амплитуд и фаз. На выходе сме сителя 9 выделяется колебание с сум: марной частотой f = f<+ f, а на выходе смесителя 10 — с разностной.

При отклонении измеряемого давле- 40 ния от номинального резонансные частоты резонаторов 3 и 3 изменяются в противоположные стороны, что приводит к отклонению начальной фазы колебания на дополнительном электроде 7

Р пьезорезонатора 3 относительно фазы колебания на дополнительном электроде 7 пьезорезонатора 3. При этом колебание на выходе смесителя 10 бУдет сдвинуто по фазе относительно колеба- g0 ния на первом входе смесителя 9. Это приводит к изменению частоты автоколебаний в контуре широкополосного усилителя 11, так как условие баланса фаз будет выполняться на другОй чфсто-5 те, По величине отклонения частоты автоколебаний, фиксируемой измерите-. лем 12 частоты, можно судить о величине отклонения измеряемого давления.

Благодаря применению в предлагаемом устройстве дополнительного контура самовозбуждения, управляемого сдвигом фаз колебаний пьезореэонаторов, чувствительность и точность измерений давления может быть значительно повышена, что позволяет ожидать широкое использование изобретения в различных областях науки и техники.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический частотный датчик давления, содержащий автогенератор, в частотно-задающую цепь которого включен первый пьезорезо,натор, второй пьезорезонатор, два

1 смесителя .и измеритель частоты, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения за счет образования дополнительного контура самовозбуждения, в него введены буферный и широкополосный усилители, а в пьезоэлементы обоих пьезорезонаторов — по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика, при этом второй пьезорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного усилителя, вход которого соединен с автогенератором, широкополосный усилитель включен между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, выход которого соединен с входом первого смесителя, а вторые входы первого и второго смесителей подключены к дополнительным электродам соответственно второго и первого пьезорезонаторов, причем выход широкополосного усилителя подключен к измерители частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М., 1978, с. 171-180.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 741078, кл. G 01 Ь 9/08, 1978 (прототип).