Датчик давления Советский патент 1986 года по МПК G01L9/08 

I

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано в разработке датчиков давлений, усилий, перемещений в рабочих полостях исследуемых объектов.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений.

На фиг,1 показана конструкция дат чика давления; на фиг.2 и 3 - участок сопряжения цилиндрических опор с пьезорезонатором.

Датчик давления состоит из цилиндрических опор 1, между которыми установлен пьезорезонатор 2. Полые сферические сегменты 3 соединены по периметру.со сплошными сферическими сегментами 4, которые состоят из большей части 5 и меньшей части 6. Торцы цилиндрических опор 1 соединены пружинами 7. Между опорами 1 и пьезорезонатором 2 размещены эластичные ленты 9 с жесткими зубцами 8. Эластичные ленты 9 соединены с меньшими частями сплошных сферических сегментов пружинами 10.

Датчик давления работает следую- 1ЦИМ образом.

После сборки датчика пьезорезонатор 2 включается в схему автогенератора и производится измерение частоты генерации. Установка требуемой начальной частоты осуществляется путем перемещения пьезорезонатора вглубь паза меньшей части сплошных сферических сегментов. Частота генерации при этом определяется длиной L, большей незакрепленной части пьезорезонатора 2.

После установки начальной частоты генерации полость датчика давления заполняется аргоно м и герметизируетс

В процессе воздействия на внешнюю поверхность датчика давления всесторонне сжимающего усилия уменьшается внутреннее давление датчика, в результате чего полые сферические сегменты 3 изменяют свою геометрию в зоне упругих деформаций, стремясь уменьшить внутрикорпусной объем датчика, расстояние между точками А и А сегментов 3 уменьшается, а расстояние между точками В и В увеличивается.

Увеличение расстояния В-В на величину дЬ приводит к увеличению длины L j, меньшей закрепленной части

1223067J

пьезорезонатора 2, при этом длина Lt большей части пьезорезонатора 2 уменьшается на ту же величину L,

Изменение длины L в свою очереда 5 вызывает изменение резонансной чаС тоты f, поскольку

К 1- L.

f + &f К

1

5

0

5

5

0

5

где К - коэффициент пропорциональности.

Диапазон изменения внешних давлег- НИИ ограничен конструктивными размерами сплошных сферических сегментов 4, Верхняя величина измеряемого давления определяется при полном облегании полыми сферическими сегментами 3 внешних поверхностей сплошных сферических сегментов 4.

При этом расстояние между зубцами эластичных лент 9 определяется соотношением

,),,,,,,

К

0

+h,+h,

Например, при использовании низкочастотного пьезорезонатора 2 из- гибных колебаний, работающего на частоте f 3 кГц, у которого U1 3 мм, и типичных параметрах

ментов конструкции датчика - . v. , R 0,5 мм, h 0,4 мм, h 1,0 мм, а также допустимой погрешности изме- (5

-«-2

рений (5 0,5-10 допустимое расстояние меязду зубцами находится в пределах

14,2 ftl 30 мкм, что легко обеспечивается при использовании эластичной ленты с зубцами, выполненной в виде пакета стальных пластин толщиной 25 мкм, одни концы которых заострены, а другие наклеены на нейлоновую ленту.

В датчике точность измерений по- вьшается в результате размещения между опорами и пьезорезонатором эластичных лент с жесткими зубцами.

шаг которых Д1 ношения

выбирается из соот50

.,,,,.,

R + ,

При этом радиус зубца в точке контакта во много раз меньше радиуса опоры R., .имеющей цилиндрическую 55 форму.

Величина Д1 должна быть больше длины дуги между точками С и I,равной расстоянию между зубцями, т.е.

( )f (RvhJ),.n

R

ae

,)c.rcsmc9.,(R bJ-|b.

л

где

f.

R R +

,+ h(

hi+ nij. д Величина a,(R + Ь„) -т

является

-- - 2

НИЖНИМ пределом расстояния между-зуцами, ниже которой эффект повьшения точности не достигается, поскольку следующий за опорными зубец входит в зону нестабильности между точками В и С (фиг.З).

Верхний предел Д1 ограничен величиной , т.е. допустимой погрешностью квантования.

Точность измерения повышается также за счет уменьшения влияния эффекта стирания жестких зубцов в процессе работы. Достигается это установкой цилиндрических опор с возможностью их перемещения навстречу друг другу в пределах

,01l,,

где h - начальная высота зубцов;

1 - перемещение каждой из опор

1 - длина незакрепленного учаска меньшей части пьезоре- зонатора,

и соединением торцов опор с помощью пружин. Последнее соотношение найдено из следующих соображений, В процессе стирания зубцов возможно нарушение контакта, приводящее к погрешности. Образовавшийся в результате стирания зазор выбирается пружинами,, соединякщими торцы опор. Нижний предел перемещения опор навстречу друг другу ограничен 2/3 начальной высоты зуба, поскольку дальнейшее выбирание зазора не дает положительного эффекта, так как поверхность лент, контактирующих с пьезорезонатором, становится практически гладкой.

Верхний предел 0,01 1, ограничен возможной величиной изгиба пьезоре- зонатора в точках контакта, Bbmje которой может произойти его разрушение. Повьш1ению точности способствует также демпфирование паразитных колебаний меньшей части пьезоэлемента эластичными лeнтa ra с жесткими зубцами .

223067Л

Демпфирование паразитных колебаний осуществлено с помощью эластичной ленты с жесткими металлическими зубцами.

Формула изобретения

Датчик давления, содержашлй передающий давление элемент, в котором размещены скрепленные с ним две опоры, между которыми расположен плоский пьезорезонатор изгибных колебаний, контактирующий с поверхностями опор в плоскости, проходящей через их центры и перпендикулярной плоскости симметрии передакяцего давления элемента, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности и расширения диапазона измерений, в нем передающий давление элемент выполнен в виде расположенньгх одна в другой и соединенных между собой по периметру двух пар полых и сплошных сферических сегментов, разделенных на две неравные части поперечным разрезом, перпендикулярным плоскости их соединения, с образованием зазора, а в большей их части выполнен обращенный в сторону зазора симметричный глухой паз, при этом в него дополнительно введены две эластичные ленты с односторонними зубцами и пружины, опоры выполнены в виде роликов, установленных внутри паза на осях с возможностью вращения, каждая лента одним концом заклепана в меньшей, части сплошных сегментов, своей гладкой поверхностью охватывает соответствующий ролик, а другим концом соединена с той же частью сплошных сегментов через пружины, причем пьезорезонатор своим концом защемлен в меньшей части сплошных сегментов так, что плоскость, проходящая через центры опор, сопряжена через ленты с пьезорезонатором, при этом шаг зубцов каждой ленты удовлетворяет соотношению

50

i iii « ««i,

R+ h,,+h ,

где Д1 - приращение длины большей части пьезорезонатора при

максимальном давлении; S - заданная точность измерения давле ния;

(, - коэффициент нестабильности точечного контакта пьезо- реэонатора;

R - радиус опор; hf - высота зубцов; h, - толщина лент.

у/ ЛААЛАЛ

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений. Датчик давления содержит полые сферические сегменты 3, соединенные по периметру со сплошными сферическими сегментами 4, разделенными на две неравные части 5 и 6 поперечным разрезом. В большей части 5 сегментов выполнен обращенный в сторону зазора симметричный глухой паз, внутри которого установлены опоры 1 в виде роликов. Между роликами размещен плоский пьезорезонатор 2 изгибных колебаний, одним концом защемленный в меньшей части 6 сплошных сегментов. Ролики охвачены гладкой поверхностью эластичных лент 9 с односторонними зубцами, концы которых непосредственно и через пружины 7 закреплены на меньшей части сегментов. Приведено соотношение, которому удовлетворяет шаг зубцов каждой ленты. При воздействии на датчик всесторонне сжимающего усилия полые сферические сегменты 3 изменяют свою геометрию, уменьшая длину большей не- . закрепленной части пьезорезонатора 2, что приводит к изменению его резонансной частоты. 3 ил. i (Л § fff 1с ю со о о: г/г.Х

фиг. 2

Фиг.З

Редактор О.Юрковецкая

Составитель В.Казаков

Техред И.Гайдош Корректор С.Шекмар

1702/43 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