Пьезоэлектрический частотный датчик давления Советский патент 1982 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения давления в различных областях науки и техники. Известны пьезоэлектрические частотные датчики давления .1. Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический частотный датчик давления, содержащий автогенераторы с пьезорезонаторами и смесителями частоты. Для повышения чувствительности в известном датчике применены умножители частоты 2 j| Недостатком известного датчика является снижение точности измерени увеличения фазовых флуктуации выходного информационного колебания в умножителях частоты. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений за счет образования дополнительного контура самовозбуждения. Цель достигается тем, что в пьезоэлектрический частотный датчик да ления введены буферный и широкополо ный усилители, а в пьезоэлементы об их пьезорезонаторов - по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика, при этом второй пьезорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного усилителя, вход которого соединен с автогенератором, широкоЛолосный усилитель включен между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, выход которого соединен с входом первого смесителя, а вторые входа первого ,и второго С1лесителей подключены к допол нительным электродги соответственно второго и первого пьезорезонаторов, причем выход широкополосного усилителя подключен к измерителю частоты. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - конструкция применяемых в датчике пьезорезонаторов. Устройство содержит автогенератор 1, буферный усилитель 2, два пьезорезонатора 3 и 3 с линзовыми пьезоэлементами 4 и 4 с двумя основными 5, б и 5, б и дополнительными 7 и 7 электродами. Между дополнитель7 и 7 и общей.шиными электродами ной датчика подключены резисторы нагрузки 8 и 8 . Дополнительные электроды 7 и 7 подключены к вторым входам однополосных балансных смесителей 9 и 10, включенных последова тельно. Между выходом однополосного балансного смесителя 10 и входом однополосного балансного смесителя 9 включен широкополосный усилитель 11, к которому подключен измеритель 12 частоты. Пьеэорезонаторы 3 и З укреплены между корпусом и упругим элементом, соединенным с мембраной датчика, и ориентированы таким образом, что изменения частоты их колеба ний равны по величине и имеют прети воположные знаки при изменении давления в одном направлении. Устройство работает следующим образом. При номинальном измеряемом давлении автогенератор 1 генерирует колебания частоты р , равной частоте настройки пьезорезонаторов 3 и 3 . С выхода автогенератора.1 колебания поступают через буферный усилитель 2 на основные электроды 5 и б пьезорезонатора 3 и возбуждают его. Пр этом на дополнительных электродах 7 и пьезорезонаторов 3 и 3 возникают синфазные колебания, равные по амплитуде, которые поступают на вторые входи однополосных балансных смесителей 9 и 10. Широкополосный усилитель 11 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 9 и 10, образует замкнутый контур, в. котором существуют автоколебания час тоты f, если выполняются условия баланса амплитуд и фаз. На выходе см сителя 9 выделяется колебание с суммарной частотой f fn , а на выхо де смесителя 10 - с разностной. При отклонении измеряемого давления от номинального резонансные частоты резонаторов 3 и з изменяются в противоположные стороны, что приводит к отклонению начальной фазы коле бания на дополнительном электроде 7 пьезорезонатора 3 относительно фаз колебания на дополнительном электроде 7 пьезорезонатора 3. При этом ко лебание на выходе смесителя 10 будет сдвинуто по фазе относительно колеба ния на первом входе смесителя 9. Это приводит к изменению частоты автоколебаний в контуре широкополосного ус лителя 11, так как условие баланса фаз будет выполняться на другой те. По величине отклонения частоты автоколебаний, фиксируемой измерителем 12 частоты, можно судить о величине отклонения измеряемого давления. Благодаря применению в предлагаемом устройстве дополнительного контура самовозбуждения, управляемого сдвигом фаз колебаний пьезорезонаторов, чувствительность и точность измерений давления может быть значительно повышена, что позволяет ожидать широкое использование изобретения в различных областях науки и техники. Формула изобретения Пьезоэлектрический частотный датчик давления, содержащий автогенератор, в частотно-задаюи п цепь которого включен первый пьезорезо;Натор, второй пьезорезонатор, два смесителя .и измеритель частоты, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения за счетобразования дополнительного контура самовозбуждения, в него введены буферный и широкополосный усилители, а в пьезоэлементы обоих пьезорезонаторов - по одному дополнительному электроду, каждый из которых через нагрузочный резистор подключен к общей шине датчика, при этом второй пьезорезонатор своими основными электродами подключен к выходу буферного усилителя, вход которого соединен с автогенератором, широкополосный усилитель включен между выходом первого смесителя и входом второго смесителя, выход которого соединен с входом первого смесителя, а вторые входы первого и второго смесителей подключены к дополнительным электродам соответственно второго и первого пьезорезонаторов , причем выход широкополосного усилителя подключен к измерителю частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М., 1978, с. 171-180. 2.Авторское свидетельство СССР № 741078, кл. G 01 L 9/08, 1978 прототип. .