Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл измерени давлени и его первой производнрй, т.е. скоростиизменени давлени () при испытании поршневых машин,например двигателей внутреннего сгорани . Известны пьезоэлектрические датчи ки давлени дл регистрации быстромен ющихс давлений в цилиндрах порш невых машин l . Дл измерени скорости измерени давлени между датчиком давлени и выходным узлом измерительного устройства включают активные дифференциаторыс Наиболее близким к предлаг аемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс пьезоэлектр ческий дат;чик дл измерени пульси-, рующих давлений, содержащий разделительную мембрану, пьезоэлемент, токосъемники и корпус, имещий внутреннюю полость 2 . Однако известный датчик не обеспе чивает одновременно с измерением дав лени возможности-измерени скорости изменени давлени . Цель изобретени - расширение функциональных возможностей датчика путем одновременного измерени скорости изменени давлени . Поставленна цель достигаетс тем что пьезоэлектрический датчик давлени , содержащий корпус с внутренней полостью, сообщенной каналом с источником компенсирующего давлени , и размещенные в корпусе разделительную мембрану, установленную между дв м полусферическими решетками, чувст вительный пьезоэлемент и токосъемники , снабжен сильфоном, который установлен в полости корпуса, обращен своим дном в сторону разделительной мембраны и контактирует с решеткой, а чувствительный пьезоэлемент установлен внутри сильфона и выполнен в виде набора вертикально установлен ных пьезопластин, поджатых к дну сил фона, образующих два автономных пьез электрический преобразовател , подключенных к соответствующим токосъемникам , причем центральный общий электрод преобразователей соединен с корпусом, а между корпусом и одним из токосъемников включен резистор. На чертеже представлен пьезоэлект рический датчик давлени , общий вид Датчик содержит корпус 1, внутри которого размещена разделительна мембрана 2, зажата между решетками 3 и 4, сильфон 5 соединенный с верхней решеткой k и опорой 6, зажимное кольцо 7 и чувствительный элемент, состо щий из корпуса 8, центрирующей гильзу 9, четырех пьезокварцевых пластин 10 и медных прокладок 11 с припа нными к ним токосъемниками 12, причем средн прокладка, расположенна между второй и третьей пьезокварцевыми пластинами, соединена с корпусом датчика. Корпус 8 чувствительного элемента ввернут в опору 6 так, что изолирующа гильза 9с пьезопластинами 10 через проставку 13 прижимаетс к верхней решетке 4 и раст гивает сильфон 5 до упора в решетку t. Этим обеспечиваетс предварительный нат г пьезокварцевых пластин. Компенсирующее давление воздуха от внешнего источника подводитс через серьГУ 1, прижатую гайкой 15 к опоре 6, имеющей каналы дл подачи воздуха в компенсирующую полость между мембраной 2 и сильфоном 5. Датчик давлени работает следующим образом. Измер емое быстромен ющеес давление через нижнюю решетку 3 воздействует на разделительную мембрану 2, котора передает приложенную к ней силу на верхнюю ре;иетку Л. Последн через проставку 13 и изолирующую гильзу 9 передает усилие пьезокварцевым пластинкам 10. При этом происходит их сжатие, в результате чего на боковых гран х пьезокварцевых пластин, обладающих поперечным пьезоэффектом (т.е. пол ризованных в направлении V среза), образуетс электрический зар д, пропорциональный при-, ложенной силе или подводимому давле .нию. Кварцевые пластины вложены в изолирующую гильзу 9 так, что на токосъемниках 12 относительно корпуса датчика образуютс зар ды противоположной пол рности. Отрицательный зар д Q по соответствующему токосъемнику подаетс к выходу датчика, к котьрому может быть подключен измерительный усилитель (не показан). Этим обеспечиваетс возможность измерени и регистрации мгновенных значений давлени , быстромен ющегос во времени, т.е. QH f(p) p(t). Положительный зар д Ц по другому токосъемнику подаетс к выходу датчика, к которому может быть подключей такой же измерительный усилитель , причем между этим токосъемником и корпусом датчика включен резистор утечки (не показан), осуществл ющий совместно с емкостью пьезопластин дифференцирование по времени зар да , Этим обеспечиваетс возможность измерени и регистрации мгновенных значений скорости из (Менени быстромен ющегос давлени ,т. Q (jf(dP/dt). Таким: образом, пьезоэлектрический датчик давлени обеспечивает возможность одновременного измерени быстромен ющегос давлени и скорости его нарастани . Если на пути зар да QW дифференцирующий резистор не установлен (таковым может быть внешний регул тор в цепи нагрузки многофункционального датчика), то Q f(P), т.е. в этом случае дат чик превращаетс в преобразователь давлени с двупол риым выходным сигналом . Такой преобразователь по двух мостовой схеме может быть подключен к дифференциальному измерительному усилителю, выходной сигнал которого пропорционален разности входных сигналов; При этом вдвое повышаетс чувствительность, резко снижаетс , вли ние .аддитивных помех, т.е. повышаетс точность измерени давлени Компенсирующа полость, образован на -пространством между разделительной мембраной и сильфоном, обеспечивает возможность проведени калибровки (градуировки) датчика по давлению непосредственно на объекте установки датчика и, что существенно, в процессе выполнени измерений, т.е., осу ществл ть процедуры измерени и гра дуировки при одном и том же тепловом и м ханическом состо нии объекта (например поршневой машины) .Это также способствует повышению точности измерений. Компенсирующее давление воздуха от внешнего источника через серьгу k и отверсти в кольце 7 и в опоре 6, воздейству на сильфон 5, сжимает его, вызыва по вление на боковых гран х пьезопластин зар да пропорционального компенсирующему давлению. Одновременно компенсирующее давление через верхнюю решетку Н отжимает резделительную мембрану 2, разгружа ее от действи измер емого давлени на величину, равную компенсирующему давлению. Таким образом, чувствительный элемент датчика в этом случае воспринимает не полное измер емое давление Р,, подводимое к нижней решетке 3, а только его часть, а именно РК РП - РК , где Р. - величина компенсирующего давлени ; йР - величина потери давлени , определ ема жесткостью разделительной мембраны 2. Использу мембрану, выполненную из материала с модулем упругости,, близким к нулю, можно создать услови , пом,которых , так как разделительна мембрана,зажата между решетками 3 и ,прогиба практически не . Дл устранени фазовой погрешности между сигналами давлени и сигналом скорости изменени давлени (т.е. между Q и Q ) возможно осуществление одновременной калибровки датчика в динамическом.режиме и по давлению , и по скорости нарастани давлени . С этой целью датчик подвергаетс действию переменного давлени , измен ющегос по синусоидальному закону , а выходы и через соответствующие усилители подсоедин ютс к двухлучевому осциллографу. Калибровка в этом случае сводитс к установке таких значений коэффициентов усилени усилителей и резистора утечки (или эквивалентного ему внешнего регу 1 тора), при которых сигналы, пропорциональные Q и . во всем диапазоне частот переменных давлений равны по-амплитуде и сдвинуты по фазе на угол 90. Технико-экономическа эффективность от использовани пьезоэлектрического датчика давлени выражаетс в том, что он обеспечивает возмож.ность одновременного измерени быстромен ющегос давлени и скорости его изменени , что сокращает врем проведени экспериментов при испытани х поршневых машин и благодар устранению необходимости применени методов дифференцировани снижает трудоемкость испытаний. Кроме того, такой датчик позвол ет осуществл ть градуировку и калибровку измеритель .ного тракта непосредственно на объекте в ходе проведени измерений, что повышает их точность и достоверность.The invention relates to instrumentation technology and can be used to measure pressure and its first derivative, i.e. rate of change of pressure () when testing piston machines, such as internal combustion engines. Piezoelectric pressure sensors are known for detecting fast-changing pressures in cylinders of piston machines l. To measure the rate of pressure measurement between the pressure sensor and the output node of the measuring device include active differentiators. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a piezoelectric date; a pulse for measuring pulsating pressures containing a separation membrane, a piezoelectric element, current collectors and housing having an internal cavity 2. However, the known sensor does not provide simultaneously with the measurement of pressure the possibility of measuring the rate of change of pressure. The purpose of the invention is to enhance the functionality of the sensor by simultaneously measuring the rate of change of pressure. The goal is achieved by the fact that a piezoelectric pressure sensor, comprising a housing with an internal cavity communicated by a channel with a source of compensating pressure, and a separation membrane placed in the housing, installed between two hemispherical grids, is a sensitive piezoelectric element and current collectors equipped with a bellows that is installed in the cavity , turned its bottom towards the separation membrane and is in contact with the grid, and the sensitive piezoelectric element is installed inside the bellows and is made in the form of abortions of vertically mounted piezoplates, pressed against the bottom of the background forces, forming two autonomous piez electric converters connected to the respective current collectors, the central common electrode of the transducers connected to the housing, and a resistor is connected between the housing and one of the current collectors. The drawing shows a piezoelectric pressure sensor, a general view. The sensor includes a housing 1, inside which a separation membrane 2 is placed, clamped between grids 3 and 4, a bellows 5 connected to the upper grid k and a support 6, a clamping ring 7 and a sensing element consisting of the housing 8, the centering sleeve 9, the four piezoquartz plates 10 and the copper gaskets 11 with current collectors 12 attached to them, the middle gasket located between the second and third piezoquartz plates connected to the sensor housing. The housing 8 of the sensing element is screwed into the support 6 so that the insulating sleeve 9c of the piezoelectric plates 10 is pressed against the upper grid 4 through the spacer 13 and stretches the bellows 5 against the rest of the grid t. This provides pre-tensioning of piezoquartz plates. Compensating air pressure from an external source is supplied through the earplug 1, pressed by a nut 15 to the support 6, which has channels for supplying air to the compensating cavity between the membrane 2 and the bellows 5. The pressure sensor works as follows. The measured rapid pressure through the lower grid 3 acts on the separating membrane 2, which transfers the force applied to it to the upper re; the grid L. Last through the spacer 13 and the insulating sleeve 9 transmits the force to the piezoquartz plates 10. As a result, they are compressed, as a result On the side faces of piezoquartz plates with transverse piezoelectric effect (i.e., polarized in the V direction of the slice), an electric charge is formed that is proportional to the applied force or applied pressure. The quartz plates are embedded in the insulating sleeve 9 so that on the current collectors 12 relative to the sensor body, charges of opposite polarity are formed. A negative charge Q is applied to the corresponding current collector to the output of the sensor, to which a measuring amplifier (not shown) can be connected. This makes it possible to measure and record instantaneous values of pressure, which is quick in time, i.e. QH f (p) p (t). A positive charge C for the other current collector is supplied to the output of the sensor, to which the same measuring amplifier can be connected, and a leakage resistor (not shown) is connected between this current collector and the sensor body, which, together with the capacity of piezoplates, differentiates by charge time, it is possible to measure and record the instantaneous speed values from (Fast pressure change, t. Q (jf (dP / dt)). In this way, the piezoelectric pressure sensor provides one time measurement of the rapid pressure and the rate of its rise. If the differentiating resistor is not installed on the QW charging path (this can be an external regulator in the load circuit of the multifunctional sensor), then Q f (P), i.e. in this case the sensor turns into a pressure transducer with a bipolar output signal. Such a two bridge converter can be connected to a differential measuring amplifier, the output of which is proportional to the difference of the input signals; At the same time, the sensitivity increases sharply, the influence of additive interference, i.e. The pressure measurement accuracy is improved. The compensating cavity, formed in the space between the separation membrane and the bellows, makes it possible to calibrate (calibrate) the pressure sensor directly at the sensor installation object and, significantly, during the measurement, i.e. measurement and calibration procedures for the same thermal and mechanical state of the object (for example, a piston machine). This also contributes to an increase in the accuracy of measurements. The compensating air pressure from the external source through the shackle k and the holes in the ring 7 and in the support 6, acting on the bellows 5, compresses it, causing the lateral faces of piezoplates to be proportional to the compensating pressure. At the same time, the compensating pressure through the upper grid H presses the separating membrane 2, unloading it from the action of the measured pressure by an amount equal to the compensating pressure. Thus, the sensitive element of the sensor in this case perceives not the total measured pressure P ,, supplied to the lower grid 3, but only a part of it, namely the RC RP - RC, where R. is the value of the compensating pressure; rp is the amount of pressure loss determined by the stiffness of the separation membrane 2. Using a membrane made of a material with a modulus of elasticity close to zero, it is possible to create conditions which, since the separation membrane, is clamped between the grids 3 and, the deflection is almost not . To eliminate the phase error between the pressure signals and the signal of the rate of pressure change (i.e., between Q and Q), it is possible to simultaneously calibrate the sensor in a dynamic mode and in terms of pressure and pressure rise rate. For this purpose, the sensor is subjected to a variable pressure, varying in a sinusoidal manner, and the outputs and through the appropriate amplifiers are connected to a two-beam oscilloscope. Calibration in this case is reduced to setting such values of the gain factors of the amplifiers and the leakage resistor (or its equivalent external regulator 1 torus) at which the signals are proportional to Q and. over the entire frequency range, variable pressures are equal in amplitude and phase shifted by an angle of 90. The technical and economic efficiency of using a piezoelectric pressure sensor is expressed in that it provides the possibility of simultaneously measuring rapid pressure and the rate of its change, which shortens the time conducting experiments in testing piston machines and, by eliminating the need to use differentiation techniques, reduces the labor intensity of the tests. In addition, such a sensor allows calibration and calibration of the meter. Tract directly on the object during the measurement, which increases their accuracy and reliability.
////