Пьезоэлектрический преобразователь пульсаций давления Советский патент 1987 года по МПК G01L9/08 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для измерения пульсаций давления в потоках жидкости дл газа.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерения.

На фиг.1 изображен предлагаемый преобразователь, общий вид в разрезе на фиг.2 - схема соединения электродов преобразователя.

Преобразователь содержит термоз а- щитное покрытие 1, два пьезоэлемента 2 в виде сферических сегментов с электродами 3, разделительный элемен 4 с известным значением модуля упругости и основание 5.

Преобразователь работает следующим образом.

При воздействии на первый пьезоэлемент 2 переменного давления, пульсаций скоростного напора или плот- ностных неоднородностей потока на этом элементе возникает переменный электрический заряд, величина и знак которого пропорциональны величине и знаку механического воздействия. При отсутствии между пьезоэлементами разделительного элемента 4 механическое воздействие не передается на второй пьезоэлемент и электрический заряд на нем не образуется. При наличии . элемента 4, образующего механическую связь между пьезоэлементами 2,-происходит частичная передача механических напряжений и на второй пьезоэле- ментд на котором образуется электрический заряд Q2, величина которого зависит от коэффициента связи между пьезоэлементами:

QI -KC

О.

(О

ii - св

Благодаря дифференциальному включению пьезоэлементов, результирующий заряд на выходе с обеих пьезоэлементов будет равен:

Q i - Qa - KCB)- (2) Коэффициент Kj.g механической связи является переменной величиной и зависит от величины Р, воздействия со стороны потока и от модуля IЕ упругости элемента 4:

К

С6

К(Р,.-,Е)

(3) 55

Из-за потери импульса на первом

пьезоэлементе и элементе

4 К

CS

всегда меньше единицы и при малых воздействиях со стороны потока, близких порогу шумового заряда пьезоэлементов, величина К близка нулю.

св

1

(4)

Таким образом, с увеличением величины механического воздействия и упругости элемента 4 увеличивается коэффициент передачи этого воздействия на второй пьезоэлемент, что приводит к увеличению компенсации по электрическому заряду, т.е. преобразователь работает в режиме автоматической компенсации.

Наибольшая компенсация достигается при жесткой склейке пьезоэл емен- тов, при этом из-за ограниченных возможностей установки типа ГДС-60/20 не было достигнуто ограничение в выходном сигнале, однако и в этом случае получено расширение динамического диапазона не менее 20 дБ по сравнению с прототипом. Как показали лабораторные испытания преобразователей, выполняя разделительный элемент из материалов с различными значениями модуля упругости, можно получить преобразователи с любым, наперед заданным динамическим диапазоном (в пределах возможностей пьезоматериа- ла) .

5

0

5

0

5

Натурные испытания подтвердили эффективность преобразователей с расширенным динамическим диапазоном, при этом было отмечено, что несмотря на некоторое уменьшение влияния мешающих полей (акустика, вибрации и проч.), отношение сигнал - шум оставалось таким же, как у прототипа.

В качестве материала для разделительного элемента были опробованы компаунд К-102 (полимеризованное касторовое масло с Е ), эпоксидный компаунд УП--5-19Р с Е- 5 х х ю мПа и некоторые фенопласты.

При применении фенопласта марки 07-010-02 (ГОСТ 5689-73) был получен динамический диапазон преобразования не менее 100 дБ. при хорошей повторя-. емости результатов измерений. Возможно применение и других материалов, в которых в„результате полимеризации или иных процессов не возникают газовые пузыри, которые приводят к результатам, существенно отличающимся от рассчитываемых.

313269164

Формула изобретения тем, что, с целью расширения динамического диапазон а измерения, в нем Пьезоэлектрический преобразователь в зазор между пьезоэлементами введен

пульсаций давления по авт. св.

№ 1052896, отличающийся

Р.

разделительный элемент, выполненный из упругого материала.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет расширить динамический диапазон измерений. Для этого в зазор между пьезо- элементами 2 введен разделительный элемент 4 из упругого материала. При воздействии на преобразователь переменного давления элемент 4 передает механические напряжения с внешнего пьезоэлемента 2 на внутренний. Коэф. механической связи между пьезоэлемен- тами 2 определяется модулем упругости элемента 4. 2 ил. (Л СО ьо а ;О О5 N) Фиг.1

Редактор А. Ревин

Составитель Н, Богданова

Техред А.Кравчук Корректор Е. Рошко

Заказ 3272/36

Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.г