Пороговый датчик высоких давлений Советский патент 1991 года по МПК G01L11/00 

6452

&./

О

чэ о о ю ю

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для измерения давления и калибровки установок высокого давления в промышленных установках и аппаратах высокого давления, используемых для научных исследований.

Целью изобретения является расширение верхнего предела измеряемого давления до 43 кбар и упрощение конструкции датчика.

Чувствительный элемент порогового датчика высоких давлений выполнен из сег- нетоэлектрического керамического материала титаната-цирконата-свинца-лантана

Pbi- Lax (Tio,47 Zro,53) Оз. гдех 0- Юат.% La.

Кроме припаивания двух тоководов для вывода из камеры высокого давления на регистрируемый прибор, никакой подготовки к работе датчика не требуется.

На фиг. 1 показана кзмера высокого давления, в которую помещен пороговый датчик высоких давлений, разрез; на фиг. 2-6 - зависимости диэлектрической проницаемости е чувствительного элемента от давления при 20°С для составов с различным содержанием лантана (2-0; 3-2,5; 4,0-5,0; 5,0-7,5; 6-10 ат.% La), демонстрирующие скачки диэлектрической проницаемости до давления (первые пики - низкокилобарные переходы, вторые пики - высококилобарные переходы); на фиг. 7 - калибровочная кривая в зависимости от входящего в материал чувствительного элемента содержания лантана (I для высо- кокилобарных переходов; -для низкоки- лобарных переходов).

Датчик содержит чувствительный элемент 1, электроды 2 и тоководы 3. Камера высокого давления включает ячейку 4 с передающей давление средой 5 и наковальни 6.

Указанные составы используются в качестве чувствительного элемента датчика. К электродам 2 таблетки или части таблетки припаяны тоководы 3 и готовый датчик помещен в камеру высокого давления, где передающей давление средой 5 служит твердое тело или жидкость. Тоководы 3 подсоединены к измерительному мосту.

В процессе работы установки высокого давления наковальни 6 осуществляют сжатие среды 5, передающей давление, заключенной в ячейку 4 камеры сверхвысокого давления, в которой находится датчик. Среда, передающая давление, подвергает сжатию чувствительный элемент 1 датчика. Давление в материале датчика индуцирует фазовые переходы, в связи с чем чувствительный элемент 1 с ростом давления претерпевает фазовый переход, что ха- рактеризуется изменением (скачком) емкостного е сигнала, который с помощью тоководов 3 от электродов 2 поступает на .мост и регистрируется последним.

Данные сегнетоэлектрические составы под давлением претерпевают фазовые переходы и в момент фазового перехода происходит скачок рм кости - диэлектрической проницаемости е(фиг.2-6)..

Резкое изменение емкости Ј при фазовом переходе регистрируется цифровым или другим емкостным мостом или может служить сигналом для срабатывания исполнительного устройства. Точность регистрации заданного уровня давления ±0,1 кбар. Срабатывание датчика осуществляется в диапазоне до 43,0 кбар.

Сегнетоэлектрический керамический материал титаната-цирконата-свинца-лантана, претерпевающий под действием давления два фазовых перехода, имеет на каждой из калибровочных кривыхсвою реперную точку, причем одна из них для низкокило- барных, другая для высококилобарных

переходов. Выбором состава для чувствительного элемента достигается нужный порог срабатывания датчика в пределах 0,1-43,0 кбар.

Предлагаемый датчик расширяет диапазон рабочих давлений до 43 кбар, упрощает конструкцию и технологию изготовления, позволяет использовать экологически чистые реперные материалы, дает возможность получения реперной точки

низкокилобарного диапазона при работах с твердыми средами, а скачки емкости е возможно использовать в качестве сигнала для срабатывания исполнительного устройства. Формула изобретения

Пороговый датчик высоких давлений, содержащий чувствительный элемент, выполненный из сегнетоэлектрического материала и снабженный электродами с тоководами, отличающийся тем, что с

целью повышения верхнего предела измеряемого давления до 43,0 кбар и упрощения конструкции, в качестве сегнетоэлектрического материала использована керамика из соединения Pbi-xLax(Tlo.47Zro.53)03, где х

0-10,0 ат.% La.

6

WO

SffS

500 I480

Ш 200

10 20 30 40 Sff SO 10 SO Р,кдар

0W

о

700

400

Ш

WO

iiiI

8 10 10 50 40 50 SO 10 80 Р,кйар Фиг. 5

в

т

600

т

Ш №

200

100

О W W 5В 40 50 60 70 80 Р,к§ар Фиг.4

6

800(

т

600 500

400

500

WQ

1I I

АII

W 10 30 40 50 60 10 80 Р,к.Вар - Фм.У

f

то

soo

500 400

ш

wo

Ш -i-i-i-i

о w 10 so 40 se flltt.f

И. Шулла

5010,0

Фи,1.7

Составитель О. Полев Техред М.Моргентал

S3 TS gOP,Kfap

i5,.

f с

Корректор Т. Малец