Датчик давления Советский патент 1985 года по МПК G01L11/00 G01L7/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, автоматике и других областях техники. Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение датчика давления. На чертежу представлена структурная Схема п редлагаемого датчика давления . V « . Датчик давлеййя содержит соединен ные в кольцо первый усилитель 1, пер вый смеситель 2, первую линию 3 за держки с входным 4 и выходным 5 встречно-штьфевыми преобразователями, второй смеситель 6, фильтр 7 нижних частот, выход второго усилителя 8 подключен с одной стороны к второй линии 9 задержки, а именно к ее входному встречно-штьтревому преобразователю 10, к вторым входам смесителей 2 и 6. Вход второго усилителя 8 соединен с выходньтм встречно-штыревым преобразователем 11 линии 9 задержки, а выход первого усилителя 1 подключен к измерителю 12 частоты. Линии 3 и 9 задержки расположены на одной стороне пьезоподложки 13, причем первая линия 3 задержки находится на мембране 14, к которой приложено измеряемое давление продольные оси линий 3 и 9 задержки образуют угол, при котором вьшолняется условие ujj .i uJt-oCl, где частота колебаний на первом входе второго смесителя 6 при номинальном давлении и нормальной температуре окру жающей среды; ц), - частота колебаний на выходе второго усилителя 8 при нормальной температуре окружающей среды; tfCj, - температурный коэффициент задержки i-ой линии задержк i Это условие выполняется путем опр деленного относительного расположения линий 3 и 9 задержки благодаря тому, что в: зависимости от направле ния распространения поверхностных акустических волн относительно кристаллографических осей пьезоподложки 13 температурный коэффициент времени задержки принимает различные значения. На первом входе второго см сителя 6 выделяется колебание с частотой tl)j , равной сумме частот колебаний, поступающих на первый и второй входы первого смесителя 2. При эт.ом в качестве фильтра, служащего для выделения колебаний с частотой и)., использованы встречно-штыревые преобразователи 4 и 5 линии 3 задержки. На выходе фильтра 7 нижних частот вьщег. ляются колебания с частотой, равной разности частот колебаний, поступаницих соответственно на первый и второй входы второго смесителя 6. Частота J вьщеляется таким образом. cjj - ijj - bJДатчик давления работает следующим образом. При номинальном давлении и нормальной температуре окружающей среды to в автоколебательной системе, представляюцей собой соединенные в кольцо первый усилитель 1, первый смеситель 2, первую линию 3 задержки с входным 4 и выходным 5 встречно-штыревыми преобразователями, второй однополосный смеситель 6 и фильтр 7 нижних частот, возникают колебания с частотой tJ после того, как на вторые входы смесителей 2 и 6 поступят,. колебания с частотой tj, которые возникают в автогенераторе, образованном соединенными в кольцо-вторым усилителем 8 и второй линией 9 задержки. Соотношение между частотой автоколебаний сО;, и параметрами элементов, входящих в состав предлагаемого датчика, определяетря условием баланса фаз в автоколебательной системе, образованной соединенными в кольцо блоками 1-7. Соотношение между частотой «J и параметрами элементов, входящих в со;став датчика давления, определяется следующим образом. Используются следующие обозначения - полная фаза колебаний, существующих на выходе усилителя 1, и) t+i полная фаза колебаний, поступающих на вторые входы смесителей 2 и 6. На оснорании введенных обозначений можно записать вьфажения для полных фаз колебаний соответственно на выходе линии 3 задержки и на входе пер вого усилителя 1; + ,L - полная фаза колебаний на выходе линии 3 задержки, y, + t-.J,t,-c4e - причем Ц 0,+Ц,, . полная фаза колеб НИИ на входе перв го усилителя 1, а .. S - задержка сигн ла в фильтре 7 ни них частот. Из последнего выражения следует, что сдвиг фаз между колебаниями на входе первого усилителя 1 и первом входе смесителя 2 равен . ( Автоколебательную систему, образованную соединенными в кольцо усилителем 1, первым смесителем 2, первой линией 3 задержки с входным 4 и выходным 5 встречно-штьфевыми преобразователями, вторым смесителем 6 и фильтром 7 нижних частот, можно представить в виде усилителя 1, охваченного четырехполюсником положительной обратной связи, входом которого является первый вход смесителя 2, а выходом - выход фильтра 7 нижних частот. Частота колебаний (J может быть найдена из уравнения баланса фаз, которое для автоколебательной системы, состоящей из блоков 1-7 может быть представлено в виде -cJ,S-6jj1,iTK, - фазовый сдвиг, вносимый уси лителем 1, К - целое число. Из уравнения (1) находим частоту автоколебаний и} , - f Ч-б По значению ij, измеренному частотомером 12, судят о величине номинального .давления. При отклонении давления от номинального значения на величину АР пр нормальной температуре окружающей ср ды to диафрагма 14 деформируется, в результате чего время задержки линии 3 задержки изменяется на величину дТ, , Приращение частоты AuJx в этом случае равно I 2 или с учетом вьфажения (2) 0 (4) Фиксируя приращения &и) частотомерол 12, можно судить о величине приращения измеряемого давления ДР. При одновременном изменении тем- . пературы окрзжающей среды и величины измеряемого давления датчик работает следующим образом. При изменении температуры окружающей среды на величину л1 и давления на величину д Р частота колебаний (J изменяется на величину с л - Э tj f V 1. ja . .Q uJ, , , --arfl ot где it/, Дб, соответственно изменения времени задержки линии 3 задержки, времени задержки сигнала в фильтре 7 нижних частот, а также частоты автогенератора, образованного соединенными в кольцо вторым усилителем В и второй линией 9 задержки, при изменении температуры окружающей среды на величину it. Из вьфажений (3) и (5) следует, что и , . г лТ . л В силу того, что нием изменения задержки сигнала в фильтре нижних частот Д9 можно пренебречь. Поэтому исключая слагаемое 4- й& , соотношение (6) можно записать в виде -г т К -Ч-тЬ- Изменение.частоты автогенератора, образованного соединенными в кольцо вторым усилителем 8 и второй линией 9 задержки,Аи)при изменении температуры окружающей среды обусловлено изменением времени задержки ij. линии 9 задержки на величину и tj Аналогично выражению (5) можно записать . то же время изменение времени задержки i-ой линии задержки, обусловлено изменением температуры .

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий монокристаллическую пьезоэлектрическую пластину с выполненной в ней мембраной и двумя линиями задержки поверхностных акустических волн с входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями, два смесителя и первый усилитель, выход которого соединен с первым входом первого смесителя и иэмерителем частоты,а вход- с выходным встречно-штыревым преобразователем первой линии задержки через второй смеситель, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения и упрощения датчика, в него введены второй усилитель и фильтр нижних частот, при этом вторая линия задержки также расположена на внешней стороне пьезоэлектрической пластины, причем первая линия задержки находится на мембране, вторая - вне мембраны, а их продольные оси ориентированы под углом друг к другу, при котором выполняется условие uJgoC,oJi-Xi, где uJj частота сигнала на первом входе второго смесителя при нормальном давлении и нормальной температуре окружающей среды, о)-, частота сигнала на выходе второго усилителя при нормельной температуре окружающей среды, S коэффициенты температурной зависимости времени задержки соответственно первой и второй линии задержки, выход первого смесителя соединен с входным встречно-штыревьм преобразователем первой линии задержки, выго ходной встречно-штыревой преобразователь которой подключен к первому входу второго смесителя, выход кото- . Од рого соединен с входом первого усисо Од лителя через фильтр нижних частот, при этом генератор образован входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями второй линии задержки, подключенными соответственно к выходу и входу второго усилителя, выход которого подсоединен к вторым входам первого и второго смесителей.