Датчик давления Советский патент 1985 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в устройствах для измерений давления жидкостей и газов

Целью изобретения является повыше ние чувствительности за Счет концентрации давления.

На фиг. 1 представлен упругий элемент с расположенным в нем пьезорезонатором; на фиг. 2 - упругий элемент с обозначением координат базовы точек для получения профиля его поверхности, разрез на фиг. 3 - датчик давления, разрез.

Устройство (фиг.1 и 3) содержит упругий элемент 1 с закрепленным внутри линзовым пьезорезонатором 2 и решетчатый корпус 3. На фиг. 3 линзовый пьезорезонатор 2 условно изображен не разрезанным и показаны точки крепления одного из возможных вариантов применяемого пьезорез-онатора и выводы его электродов. В центральной части линзового пьезорезонатора нанесены с обеих сторон два электрода 4 в виде замочной скважины, к которым припаяны выводы (токо подводы) 5 с участками, выполненными в виде пружин внутри упругого элемента 1. Выводы 5 пропущены через изоляционные втулки 6, и по точкам Cj5 осуществляется подключение пьезорезонатора 2 к измерительной схеме (не показано). Пьезорезонатор 2 в замкнутой оболочке упругого элемента 1 закреплен в двух противоположных точках вершин эллиптических параболоидов при помощи двух сегментных желобков 7, выполненных, например, из пластичного материала меньшего сечения, чем тело оболочки упругого элемента, и в двух точках прикрепленных при помощи клея или точечной сварки к упругому элементу. Крепящие желобки 7 обеспечивают точечные контакты с пьезорезонатором 2 в точках закрепления. При этом радиус кривизны крепящего желобка 7 больше, чем пьезорезонатора 2. При таком выполнении желобка 7 и его креплении к телу оболочки упругого элемента 1 при приложении давления радиус кривизны желобка 7 не будет уменьшаться.

Упругий элемент 1 образован поверхностями Е и L (фиг.2). Поверхность Е представляет собой торообразную оболочку, образованную движением дуги АА, так что центр окружности О движется по эллипсу Эо, поверхности А/ являются частями эллиптических параболоидов. Поверхности Е и L сопряга отся (фиг.2) по эллипсам Э таким образом, что в месте сопряжения имеют общую касательную. Выбор материала и геометрических размеров обечаек обеспечивает работу упругого элемента 1 в упругой безгистерезисной зоне (эквивалентные напряжения в любой точке оболочки при этом должны быть меньше предела пропорционсшьности ее материа- ла) .

Внутренняя полость оболочки упругого элемента 1 вакуумирована и герметизирована для повьш1ения чувствительности датчика.

Параметры оболочки упругого элемента 1 связаны с размерами и формой пьезорезонатора 2 и выбираются следзтощим образом: выбрав частоту работы измерительной схемы, выбирают соответствующий пьезорезонатор с диаметром D (фиг.З). Диаметр D задает расстояние между контактирующими точками оболочки упругого элемента 1 .

(1)

D 1,6г - Г- 24 1,

где D - диаметр пьезорезонатора 2 г - радиус образующей (АА и

ВВ ) торообразной части упргого элемента 1j сГ - толщина тела оболочки упругого элемента 1i

5 - толщина материала крепящего желобка 7 вместе с материалом клея или точечной сваркой.

Практически выбор резонатора задает размер D, через который по следующим соотношениям изготавливают оболочку мембраны

г ;0,6(De (/-+ 2 4f)-, (2)

Q : 0,9R; R + a 4r;

cT/r 6 0,01; R 2,1r; u 0,8

где R и Q - большая и малая полуоси эллипса Эд соответственно.

При таких соотношениях выполняются условия максимальной концентрации усилий в точках закрепления пьезорезонатора 2 при деформации упругого элемента.

3n

Датчик давления работает следующим образом.

Приложенные к упругому элементу 1 усилия за счет давления жидкости, газа или любой другой среды, в которую помещен датчик, концентрируются в точках закрепления пьезорезонатора 2. В результате сжатия пьезорезонатора 2 изменяется частота генерируемых колебаний автогенератора (частотно-задающим элементом которого служит этот пьезорезонатор) пропорционально измеряемому давлению, которая и фиксируется, например, частотомером или счетчиком. В таком датчике функции концентратора усилий (механических напряжений) обеспечивается формой упругого элемента 1 и

776954

точками закрепления пьезорезонатора 2 внутри его оболочки.

Упругий элемент 1 помещен в решетчатый корпус 3 в плавающем состоя5 НИИ, что позволяет подводить внешнее давление с любой стороны его оболочки, концентрируя усилия в точках закрепления пьезорезонатора 2.

В датчике давления может быть использован пьезорезонатор и любой другой формы, например цилиндрической или: в виде бруска. В этом случае несколько видоизменяется: лишь конструкция крепящих желобков 7, но контакт желобков с пьезорезонатором будет сохраняться близким к точечному.

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с размещенным в нем упругим элементом, внутри которого закреплен пьезорезонатор, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности за счет концентрации давления, упругий элемент вьтолнен в виде замкнутой полой оболочки, состоящей из трех сопряженных обечаек, профиль одной из который образован движением дуги окружности по эллипсу, а профили двух других - идентичными эллиптическими параболоидами, при этом пьезорезонатор размещен между i поверхностями параболической части оболочки. (Л

«-