Пьезоэлектрический манометр Советский патент 1983 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям, и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей . .

Известны пьезоэлектрические манометры для измерения статических и динамических давлений 11.

Наиболее блиэким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пьезоэлектрический манометр, который содержит пьезО элемент, установленный в корпусе, мембрану, источник переменного напряжения и измерительный прибор 2.

Однако известному устройству присущи недостаточно высокие чувствительность и стабильность показаний. Целые изобретения является повышение чувствительности и стабильности пьезоэлектрического манометра.

Эта цель достигается тем, что в манометре пьезоэлемент выполнен в (видепластины, закрепленной герметично в корпусе так, что часть пластины выступает за пределы корпуса, при этом часть пластины, расположенная в корпусе, поляризована по толщине и покрыта по основным плоскостям электродами, один из которых непосредственно, а второй через вход измерительного прибора подключен к источнику переменного напряжения, а часть пластины, выступающая за пределы корпуса, поляризована вдоль и расположена с зазором относительно мембраны, которая охватывает ее с двух сторон и прикреплена к корпусу консольно.

На чертеже схематически изображен пьезоэлектрический манометр.

Пьзоэлемент 1 выполнен из пьезокерамики с высоким коэффициентом электромеханической связи, например, из керамического титаната цирконата свинца. Он имеет форму пластины, часть которой покрыта электродами 2 и в этой части поляризована по толщине. Оставшаяся часть поляризована вдоль пластины (поляризация на чертеже показана стрелками и индексами Р). С помощью полиуретановой шайбы 3 пьезоэлемент закреплен в герметичном корпусе 4. Тонкая мамбрана 5 охватывает с двух сторон часть пьезоэлемента Электроды пьезоэлемента подключены через вход измерительного прибора 6 к источнику 7 переменного напряжения. Частота источника переменного

напряжения выбрана из условия, что ток на входе измерительного прибора равен половине тока, соответствующего частоте первого резонанса продольных колебаний вдоль пластины. 5 При включении источника 7 его напряжение через входное сопротивление измерительного прибора 6 подается на электроды 2. За счет обратного пьезоэффекта в пьезо.злементе 1 возбуждаются продольные колебания вдоль пластины. Чем больше амплитуда этих колебаний, тем больший ток протекает на входе измерительнрго прибора, С другой стороны , механические колебания S за счет прямого пьезоэффекта преобразуются в электрический переменный потенциал на поверхности пьезоэлемента, не покрытой электродами. В зазоре между пьезоэлементом 1 и мембраной 5 потенциал,, создает электрическую напряженность, величина которой меняется с изменением зазора. В свою очередь, электрическая напряженность в зазоре определяет ток на входе измерительного прибора 6, Зазор же .является функцией давления окружающей среды, например воздуха. Таким образом, информация об изменении давления окружающей среды есть амплитуда тока на входе измерительного прибора.

Так как максимальная крутизна зависимости тока от давления наблюдается примерно на середине правого склона резонансной кривой, то рабочую частоту выбирают из условия, чтобы 5 номинальный ток на нагрузке был равен прловине тока, соответствующего частоте резонанса.

Благодаря тому, что предлагаемый пьезоэлектрический манометр является устройством параметрического типа, где генератором накачки служит источник 7 переменного напряжения, чувствительность такого прибора очень высока, С другой стороны, поскольку информация о давлении преобразуется в электрический сигнал бесконтактным способом, стабильность показаний датчика высока и определяется стабильностью параметра керамих, ки. Включение двух таких датчик-ов по известным схемам компенсации температурной и временной нестабильности устраняет влияние этих факторов на устойчивую работу устройства. Отсутствие взаимосвязи между чувст5 витальностью и стабильностью показаний позволяет заметно повысить оба параметра по отношению к прототипу.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАНОМЕТР,: содержащий установленный в корпусе пьезоэлемент, мембрану, источник переменного напряхсения и измерительный « MTTTt I прибор, отличающийся тем что, с целью повьвоения чувствительности и стабильности показаний, в нем пьезоэлемент выполнен в виде пластины, закрепленной гецялетично в корпусе так, что часть пластины выступает за пределы корпуса, при этом часть пластины, распололсенная в корпусе, поляризована по толщине и покрыта по основньм плоскостям электродс1ми, один из KOTOI DC непосредственно, а другой через вход измерительного прибора подключены к источнику переменного напряжения, а часть пластины, выступающая за пределы корпуса, поляризована вдоль и расположена с зазором относительно мембраны, которая охватывает ее с (Л двух сторон и прикреплена к корпусу консольно. / S I 1 I и ) О) СО С71 М 0