RU238299U1 - Разборный пьезоэлектрический датчик давления - Google Patents
Разборный пьезоэлектрический датчик давленияInfo
- Publication number
- RU238299U1 RU238299U1 RU2024125985U RU2024125985U RU238299U1 RU 238299 U1 RU238299 U1 RU 238299U1 RU 2024125985 U RU2024125985 U RU 2024125985U RU 2024125985 U RU2024125985 U RU 2024125985U RU 238299 U1 RU238299 U1 RU 238299U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring cell
- piezoelectric
- sensor
- waveguide
- pressure sensor
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения импульсного (быстропеременного) давления в случаях, когда требуется надежность работы измерительной системы, компактность измерительных средств при необходимости подстройки их характеристик для повышения точности измерений особенно в лабораторных условиях при работе с экспериментальной техникой. Разборный пьезоэлектрический датчик давления содержит электропроводный корпус с мембраной, а также центральную часть, состоящую из волновода, диэлектрической прослойки, зажимного элемента, сигнального вывода и пьезоэлектрической измерительной ячейки, отличается тем, что конструкция центральной части является разборной; причем отделимыми друг от друга элементами являются измерительная ячейка, волновод, диэлектрическая прослойка, зажимной элемент.
Description
Область применения
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения импульсного (быстропеременного) давления в случаях, когда требуется надежность работы измерительной системы, компактность измерительных средств при необходимости подстройки их характеристик для повышения точности измерений особенно в лабораторных условиях при работе с экспериментальной техникой.
Уровень техники
Известен датчик ударных волн (патент RU 126131 МПК G01L 23/10, 18.10.2012), содержащий пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде стакана. Описанный датчик позволяет фиксировать время прихода и измерять амплитуду давления регистрируемой ударной волны. Тем не менее, конструкция датчика не обеспечивает необходимой для долговременной работы надежности, поскольку чувствительный элемент описанного датчика не защищен от прямого воздействия давления газа.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является датчик импульсного давления (патент RU 126130 МПК G01L 23/10, 18.10.2012), в котором для увеличения точности и длительности измерений используется волновод в виде стержня. Материалы волновода и пьезоэлектрического элемента имеют близкую акустическую жесткость. Описанное решение позволяет увеличить длительность полезного сигнала, измеряемого датчиком, но не позволяет обеспечить компактность датчика. Недостатком этой конструкции является невозможность подстройки частоты собственного резонанса под различные условия применения (длительность импульса давления, характерная скорость нарастания импульса), а также отсутствие компенсации ускорения.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании компактного и надежного датчика давления с повышенной точностью и возможностью настройки его характеристик под конкретное применение, где необходимо измерение быстропеременного давления.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей датчика (компактность установки, модульность и модифицируемость конструкции); увеличение точности калибровки и измерений; увеличение длительности полезного сигнала, измеряемого датчиком; уменьшение чувствительности датчика к вибрациям; защита измерительной ячейки от импульсных воздействий давления; увеличение диапазона измеряемых давлений.
Заявляется датчик давления, содержащий электропроводный корпус с мембраной, а также центральную часть, состоящую из волновода, диэлектрической прослойки, зажимного элемента, сигнального вывода и пьезоэлектрической измерительной ячейки, отличающийся тем, что конструкция центральной части является разборной; причем отделимыми друг от друга элементами являются измерительная ячейка, волновод, диэлектрическая прослойка, зажимной элемент.
В одном из возможных вариантов заявляется датчик давления, в котором пьезоэлектрическая измерительная ячейка содержит элементы, компенсирующие ускорение датчика.
В одном из возможных вариантов заявляется датчик давления, в котором детали (все либо несколько) пьезоэлектрической измерительной ячейки соединены монолитно внутри.
В одном из возможных вариантов заявляется датчик давления, в котором детали пьезоэлектрической измерительной ячейки не соединены монолитно внутри.
В одном из возможных вариантов заявляется датчик давления, в котором волновод выполнен является составным.
В одном из возможных вариантов заявляется датчик давления, в котором мембрана с корпусом выполнена как цельная деталь.
В одном из возможных вариантов заявляется датчик давления, в котором для улучшения акустического согласования деталей используется разделительный слой из подходящего материала, не влияющего на разборность датчика.
Описание чертежей
Фиг 1. Схема датчика давления в соответствии с полезной моделью.
Фиг. 2. Схема измерительной ячейки датчика давления в соответствии с полезной моделью.
Фиг. 3. Схема установки группы датчиков давления.
На Фиг. 1 изображена схема заявленного датчика давления. Пьезоэлектрическая измерительная ячейка (1) вместе с волноводом (2) установлены в диэлектрическую прослойку (3). Прослойка вместе с волноводом и пьезоэлектрической измерительной ячейкой установлены в корпус с мембраной (4) и поджаты с помощью зажимного элемента (5). Зажимной элемент крепится к корпусу с помощью резьбового соединения (7). Один из измерительных выводов датчика подключается к измерительной ячейке через корпус с мембраной (4), а второй - через контактный вывод (6).
На Фиг. 2А изображена предпочтительная схема пьезоэлектрической измерительной ячейки датчика давления с компенсацией ускорения. Пьезоэлектрическая измерительная ячейка состоит из трех пьезокерамических элементов (8), (9), (10) и двух медных соединительных лепестков (11), (12). Сигнал датчика снимается с электродов измерительной ячейки (13), (14).
На Фиг. 2Б изображена схема пьезоэлектрической измерительной ячейки датчика давления, в которой компенсацией ускорения осуществляется путем введения груза между пьезоэлектрическими элементами. Пьезоэлектрическая измерительная ячейка состоит из двух пьезокерамических элементов (15), (16) и груза (17). Сигнал датчика снимается с электродов измерительной ячейки (18), (19).
На Фиг. 3 изображена схема установки группы датчиков в общем корпусе, указанном под номером (20). Датчики давления отмечены номерами (21), (22), (23). Зажимной элемент крепится к корпусу с помощью резьбового соединения (24).
Осуществление полезной модели
Пьезоэлектрический датчик давления состоит из электропроводного корпуса с мембраной (4) и центральной части, состоящей из волновода (2), диэлектрической прослойки (3), зажимного элемента (5), контактного вывода (6) и пьезоэлектрической измерительной ячейки (1).
Работа заявляемого датчика заключается в следующем. Во время измерений приходящий импульс давления через мембрану воздействуют на пьезоэлектрическую ячейку датчика. Вследствие явления пьезоэффекта на электродах (12), (13) возникает разность потенциалов и образуется электрический заряд. Возникший заряд протекает через корпус и контактный вывод к средствам регистрации сигнала (например, к осциллографу).
Корпус с мембраной представляет собой глухой канал предпочтительно с резьбой на открытом конце. В качестве корпуса может выступать полый цилиндр с одним закрытым концом или глухое отверстие в стенке газового или жидкостного канала. Корпус с мембраной выполняются из проводящего материала, либо из диэлектрического с проводящим покрытием. Центральная часть датчика фиксируется в корпусе с помощью зажимного элемента, для чего может использоваться резьбовое соединение. Диэлектрическая прослойка располагается внутри корпуса и предназначена для электрической изоляции контактного вывода от корпуса.
Волновод выполняется из проводящего материала (например, из латуни) либо из диэлектрического (например, из керамики) с проводящим покрытием. Диаметр волновода предпочтительно совпадает с диаметром использующихся в измерительной ячейке элементов. Причем волновод может быть составным и состоять из разных материалов для улучшения акустического согласования датчика. Для улучшения акустического согласования деталей друг с другом возможно использовать разделительный слой из подходящего материала, который не мешает разборности центральной части датчика.
В пьезоэлектрической измерительной ячейке датчика в качестве элементов, предназначенных для виброкомпенсации, могут быть использованы как сами пьезоэлектрические элементы, так и дополнительные грузы.
Применение мембраны достаточной толщины позволяет защитить пьезоэлектрический чувствительный элемент от разрушения в результате воздействия импульса давления, а также расширить диапазон измеряемых давлений.
Использование разборной конструкции позволяет подстраивать характеристики датчика под конкретные условия измерения путем замены деталей датчика давления в центральной сборке. Можно заменять волновод, диэлектрическую прослойку, зажимной элемент, контактный вывод и пьезоэлектрическую измерительную ячейку. Модульность и модифицируемость позволяют подстраивать частоту собственного резонанса, чувствительность, длительность полезного сигнала под конкретные условия измерения. Возможность подбора пьезоэлектрической измерительной ячейки позволяет подстраивать чувствительность к давлению и ускорению. Разборная конструкция также позволяет использовать в роли корпуса с мембраной конструкцию объекта, в котором проводятся измерения с достижением максимальной компактности (повышение плотности установки датчиков). В этом случае корпусом датчика является тело объекта.
В случае разборной пьезоэлектрической измерительной ячейки возможен индивидуальный подбор элементов для увеличения точности измерений и калибровки.
Возможность настройки особенно важна для лабораторных экспериментальных исследований, где требуется подстройка для повышения точности измерений.
Таким образом, заявленная полезная модель удовлетворяет условию патентоспособности «промышленная применимость».
Отсюда следует, что, по мнению заявителя, заявленная полезная модель полностью соответствует условиям патентоспособности согласно ст.1350 ГК РФ.
Claims (7)
1. Разборный пьезоэлектрический датчик давления, содержащий электропроводный корпус с мембраной, а также центральную часть, состоящую из волновода, диэлектрической прослойки, зажимного элемента, сигнального вывода и пьезоэлектрической измерительной ячейки, отличающийся тем, что конструкция центральной части является разборной; причем отделимыми друг от друга элементами являются измерительная ячейка, волновод, диэлектрическая прослойка и зажимной элемент.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлектрическая измерительная ячейка содержит элементы (пьезоэлектрические элементы, соединенные проводящими «лепестками», грузы), компенсирующие ускорение датчика.
3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что детали (все либо несколько) пьезоэлектрической измерительной ячейки соединены монолитно внутри.
4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что детали пьезоэлектрической измерительной ячейки не соединены монолитно внутри.
5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что волновод является составным.
6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что мембрана с корпусом выполнена как цельная деталь.
7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что для улучшения акустического согласования деталей используется разделительный слой из материала, не влияющего на разборность датчика.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU238299U1 true RU238299U1 (ru) | 2025-10-24 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1323880A1 (ru) * | 1984-10-03 | 1987-07-15 | Предприятие П/Я Р-6681 | Пьезоэлектрический датчик давлени |
| US7603906B2 (en) * | 2006-06-06 | 2009-10-20 | Piezocryst Advanced Sensorics Gmbh | Piezoelectric sensor |
| EP3124944A1 (de) * | 2015-07-31 | 2017-02-01 | Kistler Holding AG | Piezoelektrischer drucksensor |
| EP3255401B1 (de) * | 2016-06-07 | 2021-03-31 | Piezocryst Advanced Sensorics GmbH | Piezoelektrischer drucksensor zum messen hoher drücke |
| RU2781537C1 (ru) * | 2021-12-20 | 2022-10-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Пьезоэлектрический герметичный датчик импульсных давлений |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1323880A1 (ru) * | 1984-10-03 | 1987-07-15 | Предприятие П/Я Р-6681 | Пьезоэлектрический датчик давлени |
| US7603906B2 (en) * | 2006-06-06 | 2009-10-20 | Piezocryst Advanced Sensorics Gmbh | Piezoelectric sensor |
| EP3124944A1 (de) * | 2015-07-31 | 2017-02-01 | Kistler Holding AG | Piezoelektrischer drucksensor |
| EP3255401B1 (de) * | 2016-06-07 | 2021-03-31 | Piezocryst Advanced Sensorics GmbH | Piezoelektrischer drucksensor zum messen hoher drücke |
| RU2781537C1 (ru) * | 2021-12-20 | 2022-10-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Пьезоэлектрический герметичный датчик импульсных давлений |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3031591A (en) | Pressure measuring gage | |
| US4413202A (en) | Transducer with a flexible sensor element for measurement of mechanical values | |
| US3698249A (en) | Fluid pressure monitoring system | |
| US5209125A (en) | Piezoelectric pressure sensor | |
| Shotton et al. | A PVDF membrane hydrophone for operation in the range 0.5 MHz to 15 MHz | |
| EP0221467A1 (en) | Vibrating type transducer | |
| JPH0454165B2 (ru) | ||
| US3232114A (en) | Pressure transducer | |
| RU238299U1 (ru) | Разборный пьезоэлектрический датчик давления | |
| RU2709430C1 (ru) | Датчик изгибающего момента для вихревых расходомеров | |
| US3244006A (en) | Film cooled combustion pressure transducer | |
| US5161200A (en) | Microphone | |
| RU2737074C1 (ru) | Высокотемпературный датчик изгибающего момента для вихревых расходомеров | |
| US3954015A (en) | Method of determining piezoelectric constants of ceramic rings | |
| Liu et al. | A MEMS piezoelectric hydrophone with high sensitivity and wide bandwidth | |
| EP3399294A1 (en) | Pressure sensor | |
| US20230176158A1 (en) | Micro-electromechanical Systems (MEMS) Directional Acoustic Sensors for Underwater Operation | |
| JP2003315233A (ja) | 水晶振動子用測定セル | |
| RU2743633C1 (ru) | Пьезоэлектрический датчик давления | |
| US20060157133A1 (en) | Combustion transducer apparatus employing pressure restriction means | |
| Massey et al. | A miniature pressure transducer | |
| RU2279638C2 (ru) | Вихревой расходомер | |
| RU2776043C1 (ru) | Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь | |
| CN117872460B (zh) | 一种谐振高灵敏检测声压水听器及其实现方法 | |
| Zakar et al. | Fabrication and testing of a PZT thin film high-pressure sensor |