Пьезорезонансный датчик давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/08 

ел ьо ел |С

00

6, концами закрепленный в корпусе датчика, а своей центральной частью скрепленный с двумя кварцевыми стержнями 4, 5, которые зажаты между стой- ками рамок 3, 7. Рамка 3 связана с силопередающей балкой 2, а рамка 7 с компенсационной балкой 8, К боковым стойкам рамок прикреплен конец рычага- коромысла 10. Пьезорезонатор 6 распо- Q ложен внутри рамок 3, 7 соосно с местом их крепления к балкам 2, 8, Мембрана связана через шток с концом балки 8. Действующее на мембрану давление преобразуется в силу, которая через 15

балку 2 и рамку 3 передается на кварцевые стержни + и 5, прикрепленные к средней части пьезорезонатора 6. Верхняя часть 29 пьезорезонатора растягивается и увеличивает свою частоту на величину +4f, а нижняя часть 30 сжимается и уменьшает свою частоту на величину -4f. Пьезорезонатор включен своими электродами в схему автогенераторов, которые через умножители подключены к смесителю. На выходе смесителя будет частота, пропорциональная давлению. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезорезонансным датчикам давления, позволяет повысить чувствительность и точность измерения, а также упростить технологию изготовления датчика. Для этого в датчике силопередающий элемент выполнен в виде скрепленных между собой двух рамок 3, 7 с отверстиями, через которые пропущен пьезорезонатор 6, концами закрепленный в корпусе датчика, а своей центральной частью скрепленный с двумя кварцевыми стержнями 4, 5, которые зажаты между стойками рамок 3, 7. Рамка 3 связана с силопередающей балкой 2, а рамка 7 - с компенсационной балкой 8. К боковым стойкам рамок прикреплен конец рычага-коромысла 10. Пьезорезонатор 6 расположен внутри рамок 3, 7 соосно с местом их крепления к балкам 2, 8. Мембрана 20 связана через шток с концом балки 8. Действующее на мембрану 20 давление преобразуется в силу, которая через балку и рамку 3 передается на кварцевые стержни 4 и 5, прикрепленные к средней части пьезорезонатора 6. Верхняя часть 29 пьезорезонатора растягивается и увеличивает свою частоту на величину + ΔF, а нижняя часть 30 сжимается и уменьшает свою частоту на величину - ΔF. пьезорезонатор включен своими электродами в схему автогенераторов 31, 32, которые через умножители 33, 34 подключены к смесителю 35. На выходе смесителя 35 будет частота, пропорциональная давлению. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно измерительной технике, в частности к датчикам давления.

Целью изобретения является повышение чувствительности, уменьшение нелинейности выходной характеристики и упрощение технологии изготовления.

На фиг.1 изображена схема пьезоре- зонансного датчика давления; на фиг.2 - то же, разрез; на фиг.З - измерительная блок-схема.

К корпусу 1 прикрепляется силопёре дающая балка 2, на конце которой действует сила F. Второй конец балки, прикрепленный к корпусу 1, имеет двусторонние вырезы (упругий шарнир). Действие силы F, увеличенное по соотношению рычагов балки, передается прИ крепленной к балке рамке 3i противоположная сторона которой с вырезом опирается на кварцевые стержни i и 5, закрепленные с двух сторон центральной части пьезорезонатора 6.

С нижней стороны кварцевых стержней и 5 опирается вторая силопере- дающая рамка 7, противоположная грань которой скреплена с компенсационной балкой 8. Пьезорезонатор 6 помещается в вырезах двух рамок 3 и 7, через фланцы болтом 9 стягивается к кварцевым стержням А и 5.

К обеим рамкам 3 и 7 закрепляется конец рычага-коромысла 10. Промежуточная часть рычага-коромысла 10 закрепляется с несдвигаемой опорой (упругий шарнир) 11, выполненной в виде двусторонне вырезанных стоек. На втором конце коромысла 10 закрепляется балансировочный груз 12. Место нахож5

0

5

0

5

0

5

дения балансировочного груза устанавливается экспериментальным путем. Пьезорезонатор 6 своими верхним и нижним концами через кварцевые бруски, закрепляется с торцом рамы 13 с выступами, которая со своей стороны закрепляется с корпусом (схематично показано на фиг.1). Силопередающая балка 2 и балка 3 (фиг.2) с корпусом закрепляются при помощи винтов И и 15. Балки 2 и 8 с центрами рамок 3 и 7 закрепляются также винтами 1б и 17. Эти рамки с торцом коромысла соединяются четырьмя винтами (не показаны). Коромысло 10 винтами закрепляется к опорным стойкам с вырезами. Ниже выреза опорных стоек имеются винты фиксации коромысла, которые удаляются после закрепления пьезорезонатора 6 к торцу рамы 13 с выступами. Положение балансировочного груза 12 на коромысле 10 фиксируется винтами 18 и 19. На верхней части корпуса закрепляется гофрированная мембрана 20, сверху которой прикрепляется штуцер 21. Жесткий центр гофрированной мембраны 20 закрепляется с выступом силопередающей балки 2. После сборки и настройки датчика все места соединения винтов припаиваются либо к корпусу, либо к соответствующему узлу конструкции. На корпусе конструкции датчика имеются технологические окна 22-27, которые после сборки и настройки герметично закрываются (некоторые другие окна на фиг.2 не видны). На месте окна 22 припаивается гермоввод для присоединения выводов из двух час10

15

тей пьезорезонатора к схеме (не показано) .

Передние и задние стенки корпуса закрываются крышками и производится припаивание по периметру. Через гер- моввод внутри датчика создается вакуум величиной 102-103 мм рт.ст., а далее конец штуцера гермоввода сваривается. Через отверстие 28 штуцера подается измеряемое давление Р. ,

Схема измерения абсолютного давления приведена на фиг.З. Две идентичные части 29 и 30 кварцевого пьезорезонатора входят в схему автогенераторов 31 и 32. Для еще большего увеличения чувствительности включены укножители 33 и З частоты, выходные сигналы которых с частотами f , и f подаются к смесителю 35. На выходе смесителя сигнал имеет частоту .

Датчик работает следующим образом.

Действующая сила F через балку 2 и рамку 3 передается к кварцевым стержням и S, прикрепленным к сред- 25 ней части пьезорезонатора 6. Если верхняя часть 29 пьезорезонатора растягивается и увеличивает свою частоту на величину +4f, то нижняя часть 30 пьезорезонатора сжимается и уменьшает свою частоту на величину -4f.

натора соосно с местом закрепления рамок к балкам.устраняет появление изгибных моментов при передаче действующей силы с двух его сторон к средней части пьезорезонатора. Отсутствие изгибных моментов в предлагаемой конструкции и соосное расположение места закрепления рамок с плоскостью пьезорезонатора значительно увеличивает линейность зависимости значения изменяющейся частоты от действующего давления.

Формула изобретения

30

Пьезорезонансный датчик давления, содержащий корпус, консольно закрепленную через упругий шарнир силопере- 2Q дающую балку, конец которой связан

с чувствительным элементом, закрепленным в корпусе, пьезорезонатор в виде пластины с двумя парами симметрично расположенных электродов, установленный на опоре двуплечий рычаг-коромысло с балансировочным грузом на конце, прикрепленную к корпусу и снабженную упругим шарниром компенсационную балку и силопередающий элемент, связанный с силопередающей и компенсационной балками, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, а также упрощения технологии изготовления, в нем силопередающий элемент выгенераторов равны to. где п - коэф- 5 полнен в виде скрепленных с балками

двух рамок, опирающихся стойками, имеющими отверстия по оси симметрии, на два кварцевых стержня, при этом рамки жестко соединены между собой с помощью стягивающих фланцев, выполненных на стойках, а пьезорезонатор пропущен через отверстия стоек, скреплен своей центральной частью с кварцевыми стержнями и расположен внутри рамок соосно с местом крепления рамок к балкам, причем конец рычага-коро- мысла прикреплен к боковым стойкам рамок.

После умножителей 33 и З частоты автогенераторов становятся no() и nj(fo-flf) принято, что частоты автоfo)

фициент умножения. После смесителя 35 частота выходного сигнала становится ±Пд2л. Для получения возможности измерения как давления, так и разряжения, первоначальные частоты автогенераторов должны несколько отличаться друг от друга.

Предлагаемая конструкция датчика технологичнее, сборка ее не сложна и позволяет ликвидировать неточности путем небольших деформаций упругих шарниров силопередающей и компенсационной балок. Расположение пьезорезо4С1

45

0

5

натора соосно с местом закрепления рамок к балкам.устраняет появление изгибных моментов при передаче действующей силы с двух его сторон к средней части пьезорезонатора. Отсутствие изгибных моментов в предлагаемой конструкции и соосное расположение места закрепления рамок с плоскостью пьезорезонатора значительно увеличивает линейность зависимости значения изменяющейся частоты от действующего давления.

Формула изобретения

25

30

4С1

45

25

F,

ft F

C