Пьезорезонансный датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения абсолютного давления. Целью изобретения является повышение чувствительности и термостабильности. На фиг. 1 изображен пьезорезонансный датчик, разрез; на фиг. 2 - блок-схема измерения. Корпус 1 пьезорезонансного датчика (фиг. 1) имеет форму прямоугольной призмы-коробки и содержит узлы, выполненные за одно целое с ним. Силопередающая система состоит из первой мембраны 2 с жестким центром, силопередающей балки 3, которая через упругий шарнир 4 соединена со стойкой 5, опирающейся на основание корпуса 1. Балка 3 через упругий шарнир 6 соединена с концом равноплечего коромысла 7, опирающегося через упругий шарнир 8 на стержень 9, выполненный в основании корпуса. Аналогично с силопередающей системой изготавливается компенсационная силоуравновешивающая система, состоящая из изготовленных за одно целое с корпусом второй мембраны 10 с жестким центром,компенсационной балки 11,одним концом выполненной за одно целое с мембраной 10. Второй конец балки 11 через упругий шарнир 12 соединен с жесткой стойкой 13, опирающейся на основание корпуса 1. Балка 11 через упругий шарнир 14 соединена с вторым концом равноплечего коромысла 7. Рядом со стержнем 9 левее и правее оси шарнира 8 с одинаковым смещением прикреплены два одинаковых пьезоэлемента 15 и 16, опирающиеся на основание корпуса, и коромысло 7. Пьезоэлементы 15 и 16 к корпусу и коромыслу прикреплены черезкварцевые бруски 17-24. Для получения термоизоляции с основанием корпуса с зазором закрепляется (сваривается) крышка 25. Давление к мембране 2 передается через штуцер крышки 26. Для исключения влияния давления на вторую мембрану 10 применена наглухо закрытая крышка 27. Внутри корпуса 1 закреплена шпилька 2831 (другие не показаны), на которые прикреплены две печатные платы 32 и 33, на которых собирается схема измерения. Передние и задние стенки корпуса 1 закрываются дополнительными крышками и после окончательной настройки схемы измерения по периметрам свариваются с ним. Через штуцер гермовода (не показан) внутри датчика создается вакуум величиной 10 + 10 мм рт.ст. для повышения термостабильности. Для этой цели создан вакуум в полости между крышкой 27 и мембраной 10. и Пьезоэлементы 15 и 16 входят в схему автогенераторов 34 и 35 (фиг. 2). Для еще большего увеличения чувствительности включены умножители 36 и 37 частоты, выходные сигналы которых с частотами fi и f2 подаются к смесителю 38. На выходе смесителя сигнал имеет частоту f i - fa. Датчик работает следующим образом. Действие давления Р через мембрану 2 с жестком центром в виде усилия через силопередающую балку 3 и через конец коромысла 7 передается пьезоэлементам 15 и 16. Если из-за деформации пьезоэлемент 15 сжимается, уменьшая свою частоту на величину-Af, то пьезоэлемент 16, растягиваясь, увеличивает свою частоту на величину ч- Af. После умножителей 36 и 37 частоты автогенераторов становятся n(fo - А f) и n(fo + +Af) (было принято, что частоты автогенераторов равны fo), где п - коэффициент умножения. После смесителя 38 частота выходного сигнала будет ± nSAf. Для получения возможности измерения как давления, так и разряжения первоначальные частоты автогенераторов должны несколько отличаться друг от друга. Замена крышки 27 (фиг. 1) крышкой со штуцером (как это выполнено для крышки 26) превращает датчик в датчик разности давлений. В предлагаемом датчике чувствительность увеличивается по двойному эффекту усиления передачи усилий к пьезоэлементам 15 и 16. Коэффициент трансформации Ктр входного сигнала F, приложенного к концу балки 3 через жесткий центр мембраны 2 к пьезоэлементу 15 или 16 в виде Грез., когда в передаче участвуют плечи И, 1о, балки и плечи 12,1о2, коромысла определяется из KT, KT,,KTp. HJ.i где И, 1о1 и 12,1о2-длины, показанные на фиг. 1. Коэффициент трансформации в среднем можно взять равным 25-36 (5-6 для Ктр,1, и 5-6 для Ктр.а), сохраняя приемлемые габариты датчика. В предлагаемом датчике значительно выше термостабильность. Это обуславливается тем, что при изменении температуры за счет монолитности конструкции и его полной симметрии по отношению к опоре коромысла Пьезоэлементы одинаково изменяют свою частоту и на выходе не возникает ложный сигнал разностной частоты. Дополнительному повышению термостабильности способствуют также получение термоизоляционной рубашки, полученной между сило

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезорезонанс- ным датчикам, и может быть использовано для измерения абсолютного давления. Целью' изобретения является повышение чувствительности и термостабильности. Для этого в датчике силопередающая система состоит из двух мембран 2 и 10 с жестким центром.выполненных заодно с корпусом 1, и сило- передающей 3 и компенсационной 11 балок. Одними концами балки соединены с мембранами, а другими - с основанием корпуса через упругие шарниры 4 и 12. Равноплечее коромысло 7 также выполнено за одно целое через упругие шарниры 6 и 14 с балками. Центр коромысла 7 через упругий шарнир 8 соединен со стержнем 9 основания корпуса, где со смещением от центра этой опоры с ее обеих сторон установлены два идентичных пьезоэлемента 15 и 16, которые включены в схемы автогенераторов. Работа датчика основана на преобразовании давления в деформацию пьезозлемен- тов, один из которых работает на сжатие, а другой - на растяжение, и преобразовании деформации пьезоэлементов в частотный выходной сигнал в виде разности двух частот. 1 ил.>&^^25U/ f5 /7 ff//ucr\ \\ \ гт/--/ -- ^' ff ^/ 22 '5 Л 25Щи г. /