Чувствительный элемент дифференциального частотного пьезкварцевого преобразователя механических величин Советский патент 1979 года по МПК G01P15/08 

Изобретение отиосится к области пьезотехники, а именно к пьезокварцевым датчикам, используемым для измерения пьезоэлектрических величин, например линейных ускорений, вибраций, давлений, сил, смещений и др.

Известен частотный пьезокварцевый датчик механических параметров, в котором в качестве чувствительного элемент, используется пьезокварцевая пластина АТ-среза (У; /+35°)1.

Однако чувствительный элемент этого датчика обладает значительной температурной погрешностью, связанной с темпераратурным изменением крутизны преобразования (механический иараметр-частота1.

Иаиболее близким по технической сущНОС11И является чувствительный элемент АТ-среза, ориентированный таким образом, что направление силового воздействия составляет с кристаллографической осью X угол ф, лежащ1ий в пределах 33-35° 2.

Однако недостаток элемента состоит в высокой чувствительности температурного коэффипиента крут1изны преобразования К пластин АТ-среза к изменению угла ориентапии. В результате технологических неточностей орпентапии пьезоэлемента в датчике, как иравило, не совпадает с оптимальной ориентацией, соответствующей

н -левому значению темиературного коэффициента крутизны преобразования. Следствием этого является больщая температурная нестабильность крутизны преобразования датчика.

Кроме того, пластины АТ-среза характеризуются высокой чувствительностью температурного коэффпциента частоты к изменению угла р. Это приводит к появлению температпрной нестабильности нуля дифференциального датчика вследствие обусловленного технологической неточностью различия по углу р у чувствительных элементов, составляющих дифференциальную схему датчика.

Цель изобретения - повышение температурной стабильности.

Зто достигается тем, что чувствительный элемент выполнен в виде пьезоэлектрической кварцевой пластины среза УХ//р, базовая плоскость которой составляет оптической осью угол, лежащий в пределах (3 42,5-45.5°.

На фиг. 1 представлена ориентадил предлагаемого чувствительного элемента по отношению к кристаллографическим осям кварца; на фиг. 2 показана зависимость изменения крутизны преобразования на 1° от угла между базовой плоскостью пластины и оптической осью кварца. Чувствительный элемент выполнен ;; виде пьезоэлектрической кварцевой пластины 1 (фнг. 1), нраизвольного контура, подвергающейея вследствие воздействлл измеряемого параметра F растяженню (сжатию) вдоль оси F-F. Ось составляет с осью Z угол 6. Базовая плоскость пластины составляет с оптической осью кварца угол р. В том случае, если угол лежит в пределах 42,5-45,5°, крутизна пр.еобразования имеет н левой температурный коэффициент при любом угле ориентации. Это вытекает из следующего анализа. Производная от крутизны преобраdKrзования по температуре опнсывается выражением dKF dr- dKp dKF ) г-- г о П - Производные - .у- и - ,-- являются функциями угла р между базовой плоскостью пластины и оптической осью Z кварца. На фиг. 2 изображены зависимости dKrdK:, Tt (кривая 2) ((3) (крцваяи) для круглых пластин. Из графика видно, dKf- dK,что при р -44° -(itСледовательно для любой ориентации силового воздействия крутизна преобразования при |3 -44° имеет нулевой температурный коэффициент. Поскольку на температурный коэффициент крутизны преобразования (хоть и в значительно меньшей степени) влияет и соотношение размеров пластины, точное значение угла в зависимости от указанных факторов лежит в пределах 42.5--45,5°. Таким образом, технологические неточности в ориентации не снижают температурной стабильности крутизны преобразования чувствительного элемента. Температурный коэффициент частоты предлагаемых иьезоэлемеитов в 2,5 раза менее чувствителен к изменению угла р. Это по сравнению с известным пьезоэлементом при одном и том же технологическом разбросе нозволяет почти во столько же раз повысить темнературную стабильность нуля дифференциального датчика. Ф о р м iy л а изобретения Чувствительный элемент частотного дифференциального пьезокварцевого преобразователя механических величин, выполненный в виде пьезоэлектрической кварцевой пластины среза УХИ, отличаюП1 п и с я тем, что, с целью повышения температурной стабильности преобразователя, базовая плоскость пьезокварцевой пластины составляет с оптической осью кварца угол, лежащий в предела1Х 42,5-45,5°. РТсточники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент США Л 3033043, кл. 310-8.4, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР Л 247517, кл. G 01 Р 3/54, 1968.