Устройство для испытаний пьезоэлектрических датчиков давления Советский патент 1992 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для испытаний пьезоэлектрических датчиков давления. ,

Известно устройство для испытаний пьезоэлектрических датчиков давления, в котором механизм нагружения чувствительного элемента датчика выполнен в виде электромеханического генератора колебаний, ферромагнитный якорь которого взаи- модействует с чувствительным элементом датчика.

Недостатком указанного устройства является то, что с помощью.механизма нагружения нельзя производить динамические испытания датчиков в области очень Малых давлений и с повышенной частотой воздействия, так как частотный диапазон работы его ограничен из-за большой массы активного элемента электромеханического гене- ратора колебаний.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для поверки пьезоэлектрических датчиков давления, со- держащее закрепленную на основании стойку, механизм нагружения, установленный с помощью кронштейна на основании и выполненный в виде электромеханического генератора колебаний, состоящего из уп- ругого элемента в форме параллелограмма с стержневым резонатором, расположенным в одной из его диагоналей, и двумя хвостовиками, расположенными снаружи .по направлению другой. Резонатор снаб- жен системой возбуждения и съема колебаний с регистратором. Генератор электрических колебаний и управляющий пьезоэлектрический преобразователь соединены друге другом, причем управляющий пьезоэлектрический преобразователь установлен между регулируемым опорным винтом и хвостовиком упругого элемента и жестко связан с ним.

Однако устройство имеет ограниченное применение. Оно, например, не позволяет проводить испытания пьезоэлектрических датчиков давления, создавая комбинированное воздействие, например, механическое и термическое, имитирующее рабочие условия их эксплуатации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя капсюлями, ус- тановленными соосно с хвостовиками упругого элемента электромеханического генератора колебаний, жестко связанными первый - с одним из хвостовиков, второй - со стойкой через термоизолирующие прокладки, причем второй капсюль содержит отверстие для установки испытуемого датчика, двумя термомикроохладителями, установленными на внутренних поверхностях, капсюлей и контактирующими через их концентраторы с испытуемым датчиком. Оно имеет также два фазочувствительных выпрямителя, выход которых подключен ктер- момикроохладителям, фазовращатель, второй генератор электрических колебаний, подключенный к выходам фазочувствитель- ного выпрямителя, причем к одному из источников через фазовращатель.

Эффект заключается в следующем. Предлагаемое устройство для испытаний пьезоэлектрических датчиков давления позволяет создавать комбинированное воздействие: механическое плюс термическое, позволяющее производить одновременно с механическим локальное воздействие температуры на элементы испытуемого датчика, моделируя различные режимы эксплуатации, например, циклический нагрев и охлаждение различных частей испытуемого датчика, задание градиента температур и т.д. Задание различных температурных режи.мов устройства может производиться дистанционно.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 -узел установки испытуемого датчика.

Устройство состоит из регистрирующего прибора 1, к которому подключается испытуемый датчик 2, установленный в отверстии, выполненном в теплопроводном концентраторе 3, принадлежащем второму полому капсюлю 4, жестко связанному через вторую термоизолирующую прокладку 5 со стойкой 6, закрепленной на основании 7, установленном на поролоновом амортизаторе 8. Кронштейн 9, закрепленный на основании 7, предназначен для установки регулируемого опорного винта 10.

Между опорным винтом 10 и первым хвостовиком 11 упругого элемента 12 электромеханического генератора колебаний ус- тановленуправляющий

пьезоэлектрический преобразователь 13, работающий в режиме обратного пьезоэф- фекта и жестко связанный с ним, подклю- ченный к первому генератору 14 электрических колебаний. В состав электромеханического генератора колебаний входит упругий элемент 12 в форме параллелограмма со стержневым.резонатором 15, расположённым в одной из его Диагоналей, и двумя хвостовиками. - первым 11 и вторым 16, расположенными по направлению другой диагонали. Причем резонатор 15 снабжен системами возбуждения 17 и

съема 18 колебаний с регистрирующими приборами 19 и 20.

Второй хвостовик 16 упругого элемента 12 с помощью опорного винта 10 через первую термоизолирующую прокладку 21 и первый полый капсюль 22, жестко связан- . ный с ним, сужающейся частью своего теплопроводного концентратора 23 поджимается к чувствительному элементу испытуемого датчика 2.

Таким образом, первый и второй капсюли 22 и 4 сориентированы своими концентраторами 23 и 3 навстречу друг другу и соосно хвостовикам 11 и 16 упругого элемента 12. Внутри капсюлей 4 и 22 установлены термомикроохладители 24 и 25, контактирующие с соответствующими концентраторами 23 и 3. идентичные по своим характеристикам, принцип работы которых основан на использовании известного эффекта Пельтье. Вентиляционные окна 26 и 27, расположенные на боковых поверхностях жестких капсюлей 4 и 22, необходимы для обеспечения оптимальных условий эксплуатации термомикроохладителей 24 и 25 и улучшения тёплоотвода от концентраторов 23 и 3. Фазочувствительные выпрямители 28 и 29 своими выходами подключены к термомикроохладителям 24 и 25, Второй генератор 30 электрических колебаний подключен к входу одного фазочувствительного .выпрямителя 28 прямо, а к другому 29 - через фазовращатель 31. Термоэкран 32 с зазором охватывает концентраторы 23 и 3 капсюлей 4 и 22 и предназначен для уменьшения рассеивания подводимой к испытуемому датчику 2 давления тепловой энергии.

Устройство работает следующим образом.

При подключении первого генератора 14 электрических .колебаний к пьезоэлект-. рическому преобразователю 13 он возбуждается заданным постоянным или переменным электрическим сигналом нужной формы и. его механические колебания через хвостовики 11 и 16 упругого элемента 12 и концентратор 23. капсюля 22 передаются чувствительному элементу испытуемого датчика 2. В результате на выходе датчика 2 появляется сигнал, который регистрируется прибором 1. При одновременном.включении первого внешнего генератора 14 электрических колебаний, подающего электрический сигнал на пьезоэлектрический преобразователь 13, и электромеханй-- ческого генератора колебаний возникают механические колебания упругого элемента 12 сложной формы, например, модулированные по частоте, которые через хвостовик 16 концентратора 23 капсюля 22 воздействуют на чувствительный элемент испытуемого датчика 2, Параметры механических

колебаний можно дистанционно регулировать в довольно широких пределах,-, управляя 5 пьезоэлектрическим преобразователем 13с помощью первого генератора 14 электрических колебаний.

Регулируемый опорный винт 10 с микрометрической подачей позволяет проводить .

0 предварительную настройку пьезоэлектрического преобразователя 13 и электромеханического генератора колебаний. Сигналы, снимаемые с системы 18 съема колебаний, регистрируются приборами 19 и 20, обеспе5 чивая контроль параметров механических колебаний, воздействующих на чувствительный элемент поверяемого датчика 2. Прибор 1 регистрирует сигналы с выхода испытуемого датчика 2, по величине кото рых удят о его работоспособности и чувствительности.

Для задания одновременно с механическим температурного воздействия на испытуемый датчик 2 необходимо с второго

5 генератора 30 электрических колебаний подать гармонический сигнал, например, синусоидальной формы, на входы Фазочувствительных выпрямителей 28 и 29. В результате этот сигнал вызывает подачу

0 тока на термомикроохладители 24 и 25. Изменением фазы сигнала, поступающего на вход фазочувствительного выпрямителя 29, с помощью фазовращателя 31 можно создать несколько температурных режимов

5 работы предлагаемого устройства.

Для создания циклического переменного по величине и знаку, градиента температур, воздействующего на испытуемый датчик 2. необходимо подать на входы фазо0 чувствительных выпрямителей 28 и 29 противофазные сигналы. Это приводит к тому, что тепловая энергия от нагрева рабочей поверхности одного термомикроохладителя и одновременно охлаждения другого, через

5 тонкий слой теплопроводящей пасты вызывает одновременно нагрев одного и охлаждение другого концентраторов 23 и 3 капсюлей 4 и 22, контактирующих с поверхностями испытуемого датчика 2, пропорци0 опально протмвофазно поданным на вход Фазочувствительных выпрямителей 28 и 29 сигналам. В результате возникает переменный по величине и знаку градиент температур циклического характера. Причем

5 изменение градиента температур в этом режиме будет максимальным.

Для создания циклического сохранного нагрева - охлаждения концентраторов 23 и 3 капсюлей 4 и 22, контактирующих с поверхностями испытуемого датчика 2, необходимо подать на вход фазочуветвительных выпрямителей 28 и 29 синфазные сигналы, которые вызывают циклический синхронный нагрев - охлаждение одновременно обоих термомикроохладителей 24 и 25.

Для создания более тонкого регулирования циклического изменения градиента температур по знаку и величине необходимо подать на фазочувствительные выпрямители 28 и 29 сигнал с некоторым сдвигом фаз, причем чем меньше будет этот сдвиг фаз, тем меньший градиент температур можно задавать. Таким образом, нагрев - охлаждение концентраторов 23 и 3 капсюль 4 и 22. контактирующих с поверхностями испытуемого датчика 2, происходит с задержкой по времени, пропорциональной заданному сдвигу фаз. ..

Для создания статического режима работы, например, нагрев или охлаждение с поддержанием постоянной температуры концентраторов 23 и 3 капсюлей 4 и 22, контактирующих с поверхностями испытуемого датчика 2, необходимо подать на входы фазочувствительных выпрямителей 28 и 29 сигнал той или иной полярности постоянного уровня. Подача сигнала разнополярного уровня приводит к появлению постоянно действующего градиента температур.

Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа, существенным образом расширяя его функциональные возможности, позволяя, например, создавать одновременно с механическим различного рода термические воздействия на испытуемый датчик, создавая условия, имитирующие различные режимы его эксплуатации.

Ф о р м у л а и зо б рете н и я Устройство для испытаний пьезоэлектрических датчиков давления, содержащее закрепленную на основании стойку, механизм нагружения, установленный с помощью кронштейна на основании и

выполненный в виде электромеханического генератора колебаний, состоящего из упругого элемента в форме параллелограмма со стержневым резонатором, расположенным

в одной из его диагоналей, и двумя хвостовиками, расположенными снаружи по направлению другой диагонали, причем резонатор снабжен системой возбуждения и съема колебаний с регистратором, управляющий пьезоэлектрический преобразователь, подключенный к генератору электрических колебаний, установленный в полости кронштейна между регулируемым опорным винтом и первым хвостовиком упругого элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного за- t да ния температурных воздействий на испытуемый датчик, он енаожен установленными

соосно с хвостовиками упругого элемента двумя полыми капсюлями, снабженными по торцам теплопроводными концентраторами с сужающимися частями, в каждом из которых установлен термомикроохладитель, контактирующий с концентратором, вторым генератором электрических колебаний, фазовращателем и двумя фазочувстви- тельными выпрямителями, управляющие входы которых соединены с вторым генератором, при этом второй генератор подключен к одному фазочувствительному выпрямителю непосредственно, а к другому - через фазовращатель, причем выходы фа- зрчувствительных выпрямителей подсоединены к термомикроохладителям, а первый капсюль жестко связан через первую термоизолирующую прокладку с вторым хвостовиком упругого элемента, а второй капсюль - через вторую термоизолирующую прокладку жестко связан со стойкой, при этом в сужающейся части концентратора второго капсюля выполнено отверстие для установки испытуемого датчика причем капсюли своими концентраторами сориентированы навстречу друг другу.

Убе/iuveHO

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для испытаний датчиков давления. Устройство позволяет расширить функциональные возможности. Устройство состоит из электромеханического, генератора, управляющего с помощью первого генератора 14 электрических колебаний пьезоэлектрическим преобразователем 13, и механизма задания температурных воздействий на испытуемый датчик 2 вторым генератором 30. В качестве исполнительного элемента используются термо- микроохладители 24. 25, установленные в капсюлях 4.22, снабженных концентраторами 3,23 тепловой энергии. Устройство работает следующим образом. После подачи сигнала с первого генератора 14 на преобразователь 13 и включения электромеханического генератора колебаний возникают механические колебания..которые передаются на чувствительный элемент датчика 2. Одновременно после подачи сигнала с второго генератора 30 на исполнительный элемент механизма задания температурных воздействий на датчик 2 будет действовать градиент температур. Таким образом предлагаемое устройство позволяет создавать одновременно с механическим температурное воздействие на испытуемый датчик. 2 ил. Ё О Ч) со

-С 2L. 24 23

Фиг. 2.