Датчик давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления с датчиками на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых давлений.

На фиг. 1 изображен датчик давления, разрез; на фиг. 2 - преобразующий элемент датчика; на фиг, 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Датчик (фиг. 1) содержит монометрический чувствительный элемент (ЧЭ) 1, выпол- ненный в виде мембранного болка, и преобразующую часть, которая представляет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней парой излучающих встречно-штыревых преобразователей (ВШП) 3 и парой приемных ВШП 4. Пластина 2 закреплена в корпусе 5 датчика с помощью держателей 6, а в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7, диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого находятся два пьезоэлектрических диска 8, диаметром, равным диаметру отверстия с возможностью перемещения вдоль него. ЧЭ 1 жестко соединен с пьезоэлектрическими дисками 8 посредством штока 9. На диски 8 нанесены электроды 10 (фиг. 3).

При отсутствии измеряемого давления пьезоэлектрические диски 8 (фиг. 1), толщиной, не превышающей 1-1,7 мм, и диаметром, равным диаметру отверстия 7, находятся в определенном начальном положении (например, соответствующем атмосферному давлению). При включении напряжения питания усилителей 11, 12 в кольце автогенераторов, образованных усилителями, излучающими 3 и приемными 4 ВШП, а также пьезоэлектрическими дисками 8, возникают колебания на частоте

f01 : где v СК°Р°СТЬ распространения поверхности акустической волны (ПАВ); До - шаг электродов, к которым в данный момент соприкасаются электроды, нанесенные на пьезоэлектрические диски 8. Диски также должны располагаться симметрично относительно оси симметрии пластины 2, перпендикулярной оси глухого отверстия 7. При этом их начальное положение соответствует тому, что в линии задержки ЛЗ-1 и линии задержки Л 3- 2 рабочие частоты foi и fo2 равны (обуславливается принципом симметрии). В этом случае результирующая частота, соответствующая величине измеряемого давления Af 2,- fo2-foi, будет равна нулю. С точки

зрения обеспечения Af 2 0 месторасположение обоих дисков не принципиально.

Датчик работает следующим образом. При подаче измеряемого давления во внутреннюю полость ЧЭ 1 происходит деформация мембранного блока. Жесткий

центр его связан со штоком 9, который является направляющей перемещения и связующим звеном между ЧЭ и пьезоэлектрическими дисками 8. Диски 8 под воздействием измеряемого давления перемещаются вдоль глухого

торцового отверстия 7. При этом автогенераторы, образованные соответствующими усилителями 11, 12, излучающими и приемными 4 ВШП ЛАВ, а также пьезоэлектрическими дисками 8, изменяют частоту

5 колебаний. Это происходит за счет перемещения дисков 8 и контакта электродов 10, нанесенных на них в местах, свободных от контакта с пластиной 2, с новыми электродами излучающих ВШП 3. При этом шаг

0 электродов, а следовательно, и частота ПАВ уже будут иными Благодаря топологии ВШП частота h одного автогенератора увеличивается, а частота другого f 1 - уменьшается. Поэтому на выходе датчика снимается

5 сигнал Af 2 равный Af 5; Afa-fi

Изменения этой частоты обуславливается топологией ВШП 3. Конструкция ВШП 4 выбрана из условия выделения необходимого сигнала из широкого диапазона частот At.

0 Поэтому используется переменный шаг электродов ВШП 3, который увеличивается к периферии пластины 2 по линии, перпендикулярной электродам преобразователя. При перемещении пьезоэлектрических дис5 ков 8 (фиг. 2} вдоль глухого торцового отверстия 7 пластины 2 изменяется шаг, а следовательно, и частота ПАВ излучающих ВШП 3 и приемных ВШП 4. Частота изменяется от значения, принятого за начальное

® при градуировке датчика, до установившегося. Следовательно, в автогенераторах устанавливаются колебания с частотой, соответствующей пространственному шагу электродов излучающих ВШП 3. По измене5 нию частоты Af -Осудят о величине измеряемого давления.

Расширение диапазона измеряемых давлений происходит за счет того, что благодаря выбранной топологии излучающих

0 ВШП 3, можно существенно расширить частотный диапазон работы ВШП, пропорциональный измеряемому давлению.

Формула изобретения 5 Датчик давления, содержащий размещенный в корпусе манометрический чувствительный элемент и закрепленную в корпусе пьезоэлектрическую пластину, на поверхности которой расположены две пары преобразователей поверхностных акустических волн с излучающими и приемными встречно-штыревыми преобразователями, выполненными в виде гребенчатых электродов с основаниями, имеющих шаг, увеличивающийся к периферии пьезоэлектрической пластины по линии, перпендикулярной к электродам, при этом встречно-штыревые преобразователи размещены по обе стороны от глухого отверстия, выполненного в пластине по оси ее симметрии со стороны торцовой части, обращенной к чувствительному элементу, который снабжен соединенным с ним штоком, на котором закреплены разнесенные друг относительно друга два пьезоэлектрических диска - первый и второй, расположенные в отверстии пластины с возможностью перемещения вдоль него, причем диаметр отверстия пластины равен диаметру дисков и превышает толщину пластины, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давлений, в нем основание одного из гребенчатых электродов.

излучающих встречно-штыревых преобразователей выполнено с одной стороны глухого отверстия пластины и заземлено, а электроды излучающих преобразователей

выполнены по другую сторону глухого отверстия и расположены перпендикулярно к его оси, при этом на цилиндрическую поверхность пьезоэлектрических дисков, не соприкасающуюся с пластиной, нанесены

электроды, которые выполнены шириной, равной ширине электродов излучающих встречно-штыревых преобразователей, причем электроды дисков с одной стороны контактируют с заземленными основаниями, а с другой стороны контактируют с электродами излучающих встречно-штыревых преобразователей, при этом пары преобразователей поверхностных акустических волн сориентированы на пьезоэлектрической пластине так, что приемный преобразователь одной пары расположен в зоне перемещения первого диска, а приемный преобразователь другой пары расположен в зоне перемещения второго диска.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам на поверхностных акустических волнах (ПАВ), и позволяет расширить диапазон измеряемых давлений за счет использования в качестве преобразующей части датчика пьезоэлектрической пластины с располо537 женными на ней двумя парами встречно- штыревых преобразователей (ВШП) поверхностных акустических волн определенной топологии. Датчик состоит из манометрического чувствительного элемента 1 и преобразующей части, которая представляет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двумя излучающими 3 и двумя приемными 4 ВШП ПАВ. Пластина 2 закреплена в корпусе 5 датчика, а в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7, диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого находятся два пьезоэлектрических диска 8, диаметром, равным диаметру отверстия, с возможностью перемещения вдоль него. Чувствительный элемент 1 жестко соединен с пьезоэлектрическими дисками 8 посредством штока 9. 3 ил. Чиё о N го N5 00 О

ФигЗ