Датчик давления Советский патент 1985 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к но-измерительной технике и использовано для измерения в различных областях науки Цель изобретения - повышение чув вительности за счет повьшения добро ности резонаторов. На фиг. 1 представлена структурн схема датчика давления; на фиг. 2 конструкция применяемых в датчике кварцевых резонаторов. Датчик давления (фиг.1) содержит автогенератор 1, два кварцевых резонатора 2 и 2 , один из которых ( является частотозадающим элементом автогенератора 1, каждый кварцевый резонатор содержит по два дополните ных 3, 4 и 3, 4 и по два основных 5, 6 и 5 , 6электрода, два конденсатора 7 и 7, буферный усилитель 8 первый 9 и второй 10 смесители, шир кополосный усилитель 11 и измерител частоты 12. При этом кварцевый резо натор 2 своими дополнительными элек тродами 3 и 4 включен в схему автогенератора 1, к тому же основные электроды 5 и 5 соответственно резонаторов 2 и 2 подключены к общей шине непосредственно, а основ ные электроды 6 и 6 соответственно, через конденсаторы 7 и 7 . Кварцевый резонатор 2 подключен к выходу автогенератора 1 через буферный усилитель 3. Балансные смеси тели 9 и 10 и широкополосный усилитель 11 соединены последовательно, причем на вторые входы смесителей 9 и 10 поступают сигналы соответст венно с.выхода автогенератора 1 и дополнительного электрода 4 кварцевого резонатора 2, а измеритель чатоты 12 подключен к широкополосному усилителю 1.1. В устройстве используются два идентичных друг другу по конструкции кварцевых резонатора АТ-среза. Каждый из них представляет собой (фиг. 2) линзовый рьезоэлемент, в центральной части которого нанесены электроды, выполненные в виде замочной скважины, называемыми основными. Кромки же пьезоэлемента охватывают два электрода в виде сегментов, которые названы дополнительными электродами. Кроме того, кварцевый резонатор 2 установлен в силочувствительном элементе таким образом, что угол между направление контрольможет быть давления и техники. 1170298 прикладываег.юго к нему усилия и электрической осью X резонатора 2 равен АО . Датчик давления работает следующим образом. При номинальном давлении автогенератор 1, в частотнозадающую цепь которого включен кварцевый резонатор 2, подвергающийся давлению, своими дополнительными электродами 3 и 4 генерирует колебания с частотой fjj ,равной частоте настройки резонаторов 2 и 2 . С выхода автогенератора 1 колебания подаются на смеситель 3 и через буферный усилитель 8 на кварцевый резонатор возбуждая его. С дополнительноэлектрода 4 резонатора 2 сигпоступает на смеситель 10. Последовательно соединенные смесители 9 и 10 и усилитель 11 образуют автоколебательную систему, которая генерирует колебания с частотой f, зависящей от разности фаз между колебаниями на выходе автогенератора 1 и дополнительном электроде 4 кварцевого резонатора 2. При этом на выходе смесителя 9 выделяются колебания, суммарной f fg + f,a на выходе смесителя 10 - разностной f f- fg частот. При отклонении давления от номинальной величины кварцевые резонаторы 2 и 2 расстраиваются друг относительно друга, что приводит к изменению величины разности фаз между колебаниями, снимаемыми с выхода автогенератора 1, и с дополнительного электрода 4 кварцевого резонатора 2 , что, в свою очередь, приводит к изменению частоты колебаний, генерируемых автоколебательной системой, состоящей из последовательно соединенных смесителей 9 и 10 и усилителя 1 1 . По величине отклонения частоты автоколебаний, фиксируемой измерителем частоты 12, судят о величине отклонения измеряемого давления. В устройстве благодаря выбору угла между электрической осью X кварцевого резонатора 2 и направлением силового воздействия, равного 40 , обеспечивается нулевой температурный коэффициент силочувствительности,что позволяет устранить зависимость показаний датчика от температуры окружающей среды. Подключение конденсаторов 7 и 7 позволило повысить крутизну фазочастотной характеристики резо наторов 2 и 2 в 2,1 раза по сравнению с крутизной фазочастотной характеристики резонаторов, используемых в устройстве-прототипе. Увеличение крутизны фазочастотной характеристики резонатора 2 позволило увеличить чувствительность датчика в 1,75 раза. К тому же повьшение добротности резонатора 2 дает пойышение стабильности чпстоты автогенератора 1, а это, в свою очередь, ведет к умень 984 шению флуктуации флчм выходных кол баний, снимаемых с дополнительного электрода 4 кварцспого резонатора 2 , обусловленное нестабильностью частоты колебаний автогенератора 1, Уменьшение флуктуации фазы колебаний Fia дополнительном электроде А обеспечивает повышение стабильности колебаний, подаваемых с выхода усилителя 1 1 на иР меритель частоты 1 2,что в конечном итоге приводит к дополнительному повышению точности измерений давления.

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий автогенератор с частотно-задающей цепью, выходом подключенный к общей шине датчика и входу буферного усилителя, два пьезорезонатора с двумя основными и одним дополнительным электродами каждый, два смесителя и усилитель с измерителем частоты, подключенным- к нему, при этом выходом усилитель подключен к первому входу первого смесителя, а входом - к выходу второго смесителя, первым входом подключенного к выходу первого смесителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет повышения добротности резонаторов, в нем каждый из пьезорезонаторов снабжен вторым дополнительным электродом и подключен к общей шине датчика одним из основных электродов непосредственно, а вторым - через разделительный конденсаS тор, при этом дополнительные электроды одного пьезорезонатора включены (Л в частотно-задающую цепь автогенератора, а другого-между выходом буферного усилителя и вторым входом второго смесителя,причем вход первого смесителя подключен к выходу автогенератора,

(риг. 2