Датчик давления Советский патент 1980 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к датчикам давления. Известны датчики давления, содержащие корпус, мембрану и пьезоэлемен ты 1. Недостатком датчиков является большая погрешность при регистрации медленно протекающих процессов. Известны также датчики давления, содержащие корпус, силопередающую систему в виде мембраны с жестким центром, выполненного за одно целое с ним толкателя и полки, а также электромеханические преобразователи деформации в электрический сигнал, зажатые между корпусом и полкой с обеих ее сторон и выполненные в вид упругих цилиндров с тензорезисторами 2. Эти датчики являются аналоговыми преобразователями и не обеспечивают высокой точности. Из-за ни кой, собственной частоты упругих цилиндров быстродействие датчиков недостаточно. В предлагаемом датчике с целью повышения точности измерений и быстродействия электромеханические преобразователи деформации в электричес кий сигнал выполнены в виде пьезорезонаторных преобразователей, а полка жестко соединена с толкателем. Кроме того, полка может быть выполнена за одно целое с толкателем. Пьезорезонаторные преобразователи выполнены в виде пьезопластин, распределенных на пары, в каждой из которых они расположены с противоположных сторон полки и контактируют узкими гранями с упорными стойками, размещенными на полке. Одна из пьезопластин. каждой пары включена во времязадающую цепь автогенератора, а другая - последовательно с выходом автогенератора. С целью повышения чувствительности с одной из сторон полки между пьезопластинами и корпусом закреплена дополнительная полка и пара пьезопластин, контактирующая с дополнительной полкой и корпусом противоположными узкими гранями. Кроме того, пьезорезонаторные преобразователи выполнены в виде размещенных с обеих сторон полки пар упругих кольцевых элементов с закрепленными внутри в диаметральной плоскости пьезорезонаторами, причем в каждой паре плоско.сть одного из пье зоре зонаторов параллельна а плоскость другого перпендикулярна плоскости мембраны. На фиг. 1 представлен датчик давления в разрезе; на фиг. 2 и 3 приведены схемы включения пьеэорезонаторов в радиотехническую схему; на фиг. 4 - вариант датчика повьзшенной чувствительности; на фиг. 5 - вариан датчика с электромеханическими преобразователями в виде упругих кольцевых элементов, содержащих пьезорезонаторы. Датчик содержит корпус 1 и силопередаквдую систему в виде мембраны 2 с жестким центром, выполненным за одно целое с толкателем 3, и полки 4. Полка 4 жестко соединена с толкателем 3 и может быть выполнена за одно целое с ним. Между корпусом 1 и полкой 4 с обе их её сторон с помощью шайбы 5 и втулки 6 зажаты электромеханические преобразователи деформации в электри ческий сигнал, выполненные в виде пьезорезонаторных преобразователей. Пьезорезонаторные преобразователи могут представлять .собой пластины, распределенные на пары 7,, 8 и 9, 10, в каждой из которых они расположены с противоположных сторон полки и контактируют узкими противоплож ными гранями с полкой и корпусом. Плоскости пластин, разделенных пол-кой, перпендикулярны. На полке 4 с обеих ее сторон размещены пары упорных стоек 11, одна из которых выполнена с винтом 12. Пластины контактируют со стойками другими узкими гранями. Между стойками 11 и пластиной 8 установлены изоляторы 13. К корпусу прикреплена плата 14 с радиотехнической схемой, размещенная в экране. В варианте включения на фиг. 2 од на из пластин каждой пары 7 и 9 присоединена к время задающим цепям автогенераторов 15, 16 соответственно, а другие-8 и 10 включены последовательно с выходами автогенераторов в цепи пьезоэлектрических фильт ров с резисторами 17, 18. Выходы фильтров 19 и 20 соединены с баланс ным усилителем 21 и регистратором 2 Пьезорезонаторные преобразователи имеют подстроечные конденсаторы С, -С В варианте включения на фиг. 3 пластины включены в схемы автогенера торов 23-26, выходы которых, попарно .соединены со смесителями 27, 28. См сители 27, 28 включены на вход окон ного смесителя 29, соединенного с Частотным дискриминатором 30 и реги ратором 31. В варианте датчика повышенной чу ствительности на фиг. 4 между пьезо пластинами 8, 10 и шайбой 5 закрепл на дополнительная полка 32 и пара пьезопластин 33, 34. Пьезопластины включены в систему измерений по диф ференциальной схеме. В варианте датчика на фиг. 5 пьезорезонаторные преобразователи выпол нены в виде пар упругих кольцевых элементов 35, 36 и 37, 38 с закрепленными внутри в диаметральной плоскости пьезорезонаторами 39, 40 и 41, 42 соответственно. В каждой паре плоскость одного из пьезорезонаторов параиллельна, а плоскость другого перпендикулярна плоскости, мембраны 2. Датчик давления работает следующим образом. С помощью винтов 12 производят настройку частоты пьезорезонаторов. При действии давления мембрана 2 через толкатель и полку вызывает деформации противоположного знака у пьезорезонаторов каждой пары, в результате чего изменяются их собственные частоты. В датчике, включенном по схеме на фиг. 2, сигналы автогенераторов 15, 16 с зависящей от величины давления, частотой модулируются по амплитуде при прохождении через пьезоэлектрические фильтры, детектируются с помощью детекторов, усиливаются в балансном усилителе 21 и фиксируются регистратором 22. В датчике, включенном по схеме на фиг. 3, изменения частоты пьезорезонаторов суммируются при помощи смесителей 27-29-, преобразуются в частотном дискриминаторе 30 и регистрируются прибором 31. Датчик обеспечивает высокую чувствительность, которую можно регулировать изменением числа пьезорезонаторов. Повышению быстродействия способствует непосредственная передача действующей нагрузки от силопередаквдей системы к пьезорезонатору без промежуточных звеньев и жесткая конструкция силопередающей системы. Выполнение пьезорезонаторов с упругими кольцевыми элементами упрощает сборку и настройку датчика. Формула изобретения 1.Датчик давления, содержащий корпус, силопередающую систему в виде мембраны С жестким центром, выполненного за одно целое с ним толкателя и полки, а также электромеханические преобразователи деформации в электрический сигнал, зажатые между корпусом и полкой с обеих ее сторон, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и быстродействия датчика, электромеханические преобразователи деформации в электрический сигнал выполнены з виде пьезорезонаторных преобразователей, а полка жестко соединена с толкателем. 2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что полка В лполнена за одно целое с толкателем. 3.Датчик поп, 1, отличающийся тем, что Пьезорезонаторные преобразователи :9ыполнены в виде пьеэопластин, распределенных на пары в каждой из которых они расположены с противоположных сторон полки и кон тактируют узкими гранями с упорными стойками, размещенными на полке. 4. Датчик по п. 3, отличающийся тем, что одна из пьезопластин каждой пары включена во времязадаклцую цепь автогенератора, а другая - последовательно с выходом автогенератора. 5. Датчик по п. 3, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, с одной из сторон полки меядду пьезопластинами и корпусом закреплена дополнительна полка и пара пьезопластин, контактирующая с дополнительной полкой и кор пусом противоположными узкими гранями, 6. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что пьезорезонаторные преобразователи выполнены в виде размещенных с обеих сторон полки пар упругих кольцевых элементов с закрепленными внутри в диаметральной плоскости пьезорезонаторами, причем в каждой паре плоскость одного из пьезорезонаторов параллельна, а плоскость другого перп€ ндикулярна плоскости мембраны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Агейкин Д. М. и др. Датчики контроля и регулирования. М. Машиностроение, 1965, с. 619. 2.Агейкин Д. И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., Maшиностроение , 1965, с. 65-66 (прототип) .

1J

и 1.2