Пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01L9/08 

i

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при измерениях давления, рас- кода, температуры, микроперемещений плотности, вязкости и других физических параметров.

Целью изобретения является повышение точности измерений пьезоэлектрического преобразователя.

На чертеже изображена блок-схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя.

Преобразователь состоит из генератора 1, соединенного с пьезоэлектрическим резонатором 2, измерительной схемой 3 и последовательно включенными усилителями 4, фазовращателем 5 и схемой 6 запрета, устройства 7 управления, выход которого соединен с управляюищми входам вычислите;ля 8 и электронного ключа 9, выход которого подключен к входу одновибратора 10.

Преобразователь работает следую- Бщм образом.

Измерение производится в два такта. В первом такте сигнал, поступающий от устройства 7 управления на управляющий вход электронного ключа 9, равен нулю, последний разомкнут и на выходе одновибратора 10 присутствует потенциал, запрещающий прохождение сигнала через схему 6 запрета. Пьезорезонатор 2 периодически возбуждается короткими :импуль сами напряжения, поступающими с генератора 1, и под воздействием их совершает затухающие механические колебания на резонансной частоте. При этом на его выводах вследствие прямого пьезоэффекта возникает синфазное с механическими колебаниями напряжение, изменяющееся по закону

Ut.H)(uJt + 4) (1

где Uo - амплитуда напряжения на пьезорезонаторе в момент начала отсчета; uj и «f - резонансная частота и

фаза колебаний; с( - определяемый коэффициен

затухания колебаний; - коэффициент ошибки,

обусловленный изменением параметров пьезоре- зонатора.

Это напряжение подается па. измерительную схему 3, которая измеряет коэффициент затухания колебаний

100772

пьезорезонатора в паузах импульсами генератора. Значение результата измерения V нводится в вычислитель 8 и запоминается. В общем 5 случае результат измерения в первом такте содержит мультипликативную погрешность, равную К т.е.

i--SKt o (2)

to где К,, - коэффициент пропорциональности.

Во втором такте устройство 7 управления подает на электронный ключ 9 сигнал, вызывающий его замы- 15 кание. После этого первый же импульс генератора 1 усиливается усилителем 4 и, пройдя через электронный ключ 9, задним фронтом запускает одновибратор 10, на выходе 2Q которого появляется потенциал, разрешающий прохождение импульсов через схему 6 запрета.

Таким образом, напряжение с пьезорезонатора 2 проходит допол- 22 нительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему 6 запрета и вновь подается на пьезорезонатор 2

0.

5

0

сдвинутым по фазе на 90 , что обес- « печивается соответствующей настройкой фазовращателя 5. При .этом вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезонатор действует гармоническая F, фаза которой сдвинута на 90° относительно, фазы колебаний резонатора. При этом мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний пьезорезонатора. Действительно, так как согласно выражению (1) амплитуда колебаний изменяется по синусоидальному закону, то для мгновенного значения силы F, можно записать

-Uoe ° s m(uJt 90°; г

F

--и„е ()

(3).

45 или

F.

-Кс(,

4,KWt.4)-:4r-t--. (4)

dt dt где и.(.- мгновенное значение напряжения на выводах пьезо- иластины. Действие на колеблющееся тело силы,, пропорциональной скорости колебаний, вызывает изменение коэффициента затухания на величину, определяющуюся параметрами тела и величиной этой сипы.

Таким образом, во втором такте измерения коэффициент затухания

пьезорезонатора i изменяется на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилителя 4, фазовращателя 5 и схемы 6 запрета. При этом измерительная схема: 3 измеряет и заносит в вычислитель 8 значение результата измерения Y равное

,К((),

где о. - значение дополнительно внесенного коэффициента затухания, зависящее от параметров усилителя 4, фазовращателя 5 и схемы 6 запрета.

Результат измерения во втором такте также вводится в вычислитель 8, который, в свою очередь, производит обработку результатов измерения первого и второго тактов по алгоритму

° V,-v/,

п(.

(6)

следующему из совместного решения уравнений (2) и (5). Из формулы (6) видно, что в выражение для результата измерения коэффициента затухания с(о не входит значение коэффициента «, обусловленного собственными параметрами пьезорезонатора, что позволяет повысить точность преобразования.

Значение дополнительно вносимого коэффициента затухания определяется заранее экспериментальным путем.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет периодического изменения коэффициента затухания пьезорезонатора на эталонную величину исключается влияние изменения собственных параметров пьезорезонатора на результат измерения и, как

Редактор О. Юрковецкая

512/52

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4

121

2100774

следствие, повышается точность из- epeния.

Формула изобретения Пьезоэлектрический преобразова

,

ненныи с пьезоэлектрическим резонатором, к которому подключена измерительная схема, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены устройство управления, -одно- вибратор, электронный ключ, схема запрета, фазовращатель, усилитель и вычислитель, реализующий алгоритм

Y

10

15

20

25

30

35

40

О Y у °

л г где of-Q- коэффициент затухания

пьезоэлемента; ,1.

сх - значение дополнительного

коэффициента затухания, зависящее от параметров усилителя, фазовращателя и схемы запрета,

V - результат измерения измерительной схемы в первом такте измерений,

Y,- результат измерений во втором такте,

при этом усилитель подключен своим выходом через фазовращатель к входу схемы запрета, выход которой соединен с входами усилителя и измерительной схемы, а управляющий вход подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен через электронный ключ с выходом усилителя, а выход устройства управления подключен к управляющим входам электронного ключа и вычислителя, вход которого соединен с измерительной схемой.

Составитеигь А, Зосимов

Техред А.Бойко . Корректор В.Бутяга

Р1зобретение относится к измерительной технике и может быть применено при измерениях давления, расхода, температуры, микроперемещений, плотности, вязкости и других физических параметров, и позволяет повысить точность измерения пьезоэлектрического преобразователя. Для этого напряжение с пьезорезонатора (П) 2 проходит дополнительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему запрета 6 и вновь подается на П 2 сдвинутым по фазе на 90°, что обеспечивается соответствующей настройкой фазовращателя 5., Вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезо- натор действует гармоническая сила F, фаза которой сдвинута на 90°от- , носительно фазы колебаний резонатора. Мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний П 2. Во втором .такте измерения коэффициент затухания h 2 изменяется на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилителя 4, фазовращателя 5, схемы запрета 6, Результат вводится в вычислитель 8,1 ил. (Л С СП fH -r-