Пьезоэлектрический манометр Советский патент 1980 года по МПК G01L9/08 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАНОМЕТР

1

Изобретение относится к области измерительной-техники, в частности к области измерения давлений и перепадов давлений, и может использоваться для связи объектов технологического контроля с управляющими вычислительными комплексами автоматизированных систем управления.

Известны пьезоэлектрические манометры, в которых пьезоэлемент соединен с генератором электрических колебаний и измерительным прибором 1.

Измеряемое.давление прикладывается к пьезоэлементу через демпфирующие прокладки .или через мягкие оболочки. Эти манометры позволяют измерять статическое давление.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пьезоэлектрический манометр, содержащий корпус, пьезопреобразователь, электрический генератор, измеритель выходного сигналаи воспринимающий давление .злемент {2.

Генератор возбуждает пьезоэлемент на резонансной частоте радиальной моды колебаний. Измеряемое давление через мягкую оболочку сжимает пьезоэлемент, уменьшая амплитуду его меха. нических колебаний и соответственно выходное напряжение, фиксируемое измерительным прибором. Данный пьезоэлектрический манометр применяется для измерения динамически и стати5 ческих давлений.

К недостаткам известного манометра следует отнести то, что манометр имеет аналоговый выход и следов артельно для соГласовантйя егос ЦВМ в автоматизированных системах необходимы специальные преобразователи Г

Кроме того, у известного пьезоэлектрического манометра ограничен диапазон измерения давлений в области больших значений.

Целью изобретения является расши- . рение диапазона измеряемых давлений и обеспечение импульсного выходного сигнала. Т

20 Для достижения указанной цели в известное устройство введен мультивибратор, выполненный в виде блока из двух шестерен разного диаметра, упругого элемента, взаимодействующего с большей шестерней, и зубчатой рейки, взаимодействующей с меньшей шестерней и шарнирно соединенной с воспринимающим давление элементом, а пьеэопреобразователь выполнен в

30 виде двух пьезоэлементов, жестко сое37диненных соответственно с входными сечениями двух конических концентраторов, точка сочленения вершин которых соединена с упругим элементом мультипликатора. На чертеже изображена схема пьезоэлектрического манометра. Устройство содержит герметичныйкорпус 1, закрепленные в нем мембранные блоки 2, 3 и кронштейн 4 с двумя установлённами в нем коническими концентраторами 5 и 6, к точке сочленения вершин которых присоединен гибкий упругий элемент 7, контактирующий с зубьями выходной шестерни 8 мШШтёЛьйо-ЙерёдаточнОго мёз анйзма (мультипликатора), входной элемент 9 которого входит в зацепление с зубчатой рейкой 10, шарнирно соединённой С центрами мембраннь1хблоков 2, 3. При этОм к входным сечениям концентраторов 5, 6 жестко присоединены пьезоэлементы И и 12, электроды котордхвключены в схему автогенератора 1 Устройство работает следующим образом. Подача измеряемого перепададавле ния в мембранные блоки 2 и 3 приводит к линейному перемещению рейки 10, которое преобразуется в угловое перемещение входного элемента 9 мультипли- kitfbpa, усиливается мультипЛйкатором в соответствии с его передаточным .числом и передается на гибкий упруги элемент 7 его-выходной .(задающей) шестерней 8 в виде последовательности чередующихся состояний наличия и отсутствия контакта. ТЬчка сочленения вершин концентраторов 5 и б, к которой присоединен гибкий упругий элеме 7, является местом максимальной концентрации ультразвуковой энергии, циркулирующей в звуководе включенно1: в схему автогенератора 13 пьёзотранс форматора, Образованн6г6 пьёзоэ11ёмён тами 11, 12 и встречно включенными . концентраторами 5 и 6 переме 1ного се чения и отличающегося высокой чувств тельностью к состоянию свободного конца гибкого упругого элемента 7, реализующего операцию счета числа зубьев выходной шестерни 8 мультипли катора. Наличие контакта упругого элемен та 7 с задающей шестерней 8 пЕ)й1ГОДит к скачкообразному изменению акустич:ескогЬ сопротивления звуковода (то есть R резкому йзменёниго кЬэффйцКГёнт трансформации пьезотрансформатора) и к срыву генерации автогенератора 13. В. отсутствие контакта гейёрация боссгамавливаётся за счет мягкого ре жима возбуждения автогенератора 13. Таким образом, навыходе автогенератора 13 возникает последовательность прШяауг671 Ьййх --сийуёОйдально заполнен ных импульсов, количество которых является мерой контролируемого перепада давлений и фиксируется измерительным прибором. Использование релейного режима работы пьезоэлектрического преобразова теля существенно снижает требования к стабильности температурных и впемейных харак ё Ёэйстйй: используемых в устройстве пьеэоматериалов и повышейию точности измерения. Наличие практически полной механи ческой развязки пьезоэлементов от точек приложения измерительных усилий позволяет существенно расширить диапазон измеряемых перепадов давлений без изменения геометрии пьезопреобразователя, так как диапазон измерения определяется характеристиками мембранных блоков. Кроме того, наличие импульсного выхода (формирование и нормализация счетных импульсов из прямоугольных синусоидально заполненных, имеющих место навыходе автогенератора 13 в рабочем режиме, легко реализуется стандартными приборными средствами) облегчает сопряжение измерительного прибора с нашедшими в настоящее время широкое применение в автоматизации технологических процессов цифровыми управляющими машинами. Формула изобретения Пьезоэлектрический манометр, содержащий корпус, пьезопреобразователь, подключенный к генератору, измеритель выходного сигнала и воспринимающий давление элемент, отличающийся тем, что, с целью расшиpeiJHn ДиаягазОТЕГа измеряемых давлений и обеспечения импульсного выходного сигнала , в него введен мультипликатор, выполненный в виде блока из двух шестерен разного диаметра, закрепленных на одной оси, упругого элемента, взаимодействующего с большей шестерней, и зубчатой рейки, кинематически связанной с меньшей шестерней и шарнирно соединенной с воспринимающим давление элементом, а пьезопреобразователь Выполнен в виде двух пьезоэлементов, жестко соединенных соответственно .с входными сечениями jfsyx конических концентраторов, точка сочЛёНёниявершин которых соединена с упругим элементом мультипликатора. Источники информации, принятые вО внимание при экспертизе 1.АвТОрское свидетельство СССР № 315963, кл. G.01 L 1/16, 197Q. 2.Авторское свидетельство СССР P 508699, кл.С 01. L 9/08, 1975 (про- . ТОТИП .