SU1201696A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий монокристаллическую пьезоэлектрическую пластину с выполненной в ней мембраной и двум  лини ми задержки поверхностных акустических волн с входными и выходными встречно-штыревыми преобразовател ми, два смесител  и первый усилитель, выход которого соединен с первым входом первого смесител  и иэмерителем частоты,а вход- с выходным встречно-штыревым преобразователем первой линии задержки через второй смеситель, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  точности измерени  и упрощени  датчика, в него введены второй усилитель и фильтр нижних частот, при этом втора  лини  задержки также расположена на внешней стороне пьезоэлектрической пластины, причем перва  лини  задержки находитс  на мембране , втора  - вне мембраны, а их продольные оси ориентированы под углом друг к другу, при котором выполн етс  условие uJgoC,oJi-Xi, где uJj частота сигнала на первом входе второго смесител  при нормальном давлении и нормальной температуре окружающей среды, о)-, частота сигнала на выходе второго усилител  при нормельной температуре окружающей среды, S коэффициенты температурной зависимости времени задержки соответственно первой и второй линии задержки, выход первого смесител  соединен с входным встречно-штыревьм преобразователем первой линии задержки, выго ходной встречно-штыревой преобразователь которой подключен к первому входу второго смесител , выход кото- . Од рого соединен с входом первого усисо Од лител  через фильтр нижних частот, при этом генератор образован входным и выходным встречно-штыревыми преобразовател ми второй линии задержки , подключенными соответственно к выходу и входу второго усилител , выход которого подсоединен к вторым входам первого и второго смесителей.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, автоматике и других област х техники. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  и упрощение датчика давлени . На чертежу представлена структурна  Схема п редлагаемого датчика давлени  . V « . Датчик давлейй  содержит соединен ные в кольцо первый усилитель 1, пер вый смеситель 2, первую линию 3 за держки с входным 4 и выходным 5 встречно-штьфевыми преобразовател ми , второй смеситель 6, фильтр 7 нижних частот, выход второго усилител  8 подключен с одной стороны к второй линии 9 задержки, а именно к ее входному встречно-штьтревому преобразователю 10, к вторым входам смесителей 2 и 6. Вход второго усилител  8 соединен с выходньтм встречно-штыревым преобразователем 11 линии 9 задержки, а выход первого усилител  1 подключен к измерителю 12 частоты. Линии 3 и 9 задержки расположены на одной стороне пьезоподложки 13, причем перва  лини  3 задержки находитс  на мембране 14, к которой приложено измер емое давление продольные оси линий 3 и 9 задержки образуют угол, при котором вьшолн етс  условие ujj .i uJt-oCl, где частота колебаний на первом входе второго смесител  6 при номинальном давлении и нормальной температуре окру жающей среды; ц), - частота колебаний на выходе второго усилител  8 при нормальной температуре окружающей среды; tfCj, - температурный коэффициент задержки i-ой линии задержк i Это условие выполн етс  путем опр деленного относительного расположени  линий 3 и 9 задержки благодар  тому, что в: зависимости от направле ни  распространени  поверхностных акустических волн относительно кристаллографических осей пьезоподложки 13 температурный коэффициент времени задержки принимает различные значени . На первом входе второго см сител  6 выдел етс  колебание с частотой tl)j , равной сумме частот колебаний , поступающих на первый и второй входы первого смесител  2. При эт.ом в качестве фильтра, служащего дл  выделени  колебаний с частотой и)., использованы встречно-штыревые преобразователи 4 и 5 линии 3 задержки. На выходе фильтра 7 нижних частот вьщег. л ютс  колебани  с частотой, равной разности частот колебаний, поступаницих соответственно на первый и второй входы второго смесител  6. Частота J вьщел етс  таким образом. cjj - ijj - bJДатчик давлени  работает следующим образом. При номинальном давлении и нормальной температуре окружающей среды to в автоколебательной системе , представл юцей собой соединенные в кольцо первый усилитель 1, первый смеситель 2, первую линию 3 задержки с входным 4 и выходным 5 встречно-штыревыми преобразовател ми , второй однополосный смеситель 6 и фильтр 7 нижних частот, возникают колебани  с частотой tJ после того, как на вторые входы смесителей 2 и 6 поступ т,. колебани  с частотой tj, которые возникают в автогенераторе , образованном соединенными в кольцо-вторым усилителем 8 и второй линией 9 задержки. Соотношение между частотой автоколебаний сО;, и параметрами элементов, вход щих в состав предлагаемого датчика, определ етр  условием баланса фаз в автоколебательной системе, образованной соединенными в кольцо блоками 1-7. Соотношение между частотой «J и параметрами элементов, вход щих в со;став датчика давлени , определ етс  следующим образом. Используютс  следующие обозначени  - полна  фаза колебаний, существующих на выходе усилител  1, и) t+i полна  фаза колебаний, поступающих на вторые входы смесителей 2 и 6. На оснорании введенных обозначений можно записать вьфажени  дл  полных фаз колебаний соответственно на выходе линии 3 задержки и на входе пер вого усилител  1; + ,L - полна  фаза колебаний на выходе линии 3 задержки, y, + t-.J,t,-c4e - причем Ц 0,+Ц,, . полна  фаза колеб НИИ на входе перв го усилител  1, а .. S - задержка сигн ла в фильтре 7 ни них частот. Из последнего выражени  следует, что сдвиг фаз между колебани ми на входе первого усилител  1 и первом входе смесител  2 равен . ( Автоколебательную систему, образованную соединенными в кольцо усилителем 1, первым смесителем 2, первой линией 3 задержки с входным 4 и выходным 5 встречно-штьфевыми преобразовател ми , вторым смесителем 6 и фильтром 7 нижних частот, можно представить в виде усилител  1, охваченного четырехполюсником положительной обратной св зи, входом которого  вл етс  первый вход смесител  2, а выходом - выход фильтра 7 нижних частот. Частота колебаний (J может быть найдена из уравнени  баланса фаз, которое дл  автоколебательной системы, состо щей из блоков 1-7 может быть представлено в виде -cJ,S-6jj1,iTK, - фазовый сдвиг, вносимый уси лителем 1, К - целое число. Из уравнени  (1) находим частоту автоколебаний и} , - f Ч-б По значению ij, измеренному частотомером 12, суд т о величине номинального .давлени . При отклонении давлени  от номинального значени  на величину АР пр нормальной температуре окружающей ср ды to диафрагма 14 деформируетс , в результате чего врем  задержки линии 3 задержки измен етс  на величину дТ, , Приращение частоты AuJx в этом случае равно I 2 или с учетом вьфажени  (2) 0 (4) Фиксиру  приращени  &и) частотомерол 12, можно судить о величине приращени  измер емого давлени  ДР. При одновременном изменении тем- . пературы окрзжающей среды и величины измер емого давлени  датчик работает следующим образом. При изменении температуры окружающей среды на величину л1 и давлени  на величину д Р частота колебаний (J измен етс  на величину с л - Э tj f V 1. ja . .Q uJ, , , --arfl ot где it/, Дб, соответственно изменени  времени задержки линии 3 задержки, времени задержки сигнала в фильтре 7 нижних частот, а также частоты автогенератора, образованного соединенными в кольцо вторым усилителем В и второй линией 9 задержки , при изменении температуры окружающей среды на величину it. Из вьфажений (3) и (5) следует, что и , . г лТ . л В силу того, что нием изменени  задержки сигнала в фильтре нижних частот Д9 можно пренебречь . Поэтому исключа  слагаемое 4- й& , соотношение (6) можно записать в виде -г т К -Ч-тЬ- Изменение.частоты автогенератора, образованного соединенными в кольцо вторым усилителем 8 и второй линией 9 задержки,Аи)при изменении температуры окружающей среды обусловлено изменением времени задержки ij. линии 9 задержки на величину и tj Аналогично выражению (5) можно записать . то же врем  изменение времени задержки i-ой линии задержки, обусловлено изменением температуры .

Claims (1)

1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий монокристаллическую пьезоэлектрическую пластину с выполненной в ней мембраной и двумя линиями задержки поверхностных акустических волн с входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями, два смесителя и первый усилитель, выход которого соединен с первым входом первого смесителя и измерителем частоты, а входс выходным встречно-штыревым преобразователем первой линии задержки через второй смеситель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения датчика, в него введены второй усилитель и фильтр нижних частот, при этом вторая линия задержки также расположена на внешней стороне пьезоэлектрической пластины, причем пер вая линия задержки находится на мембране, вторая - вне мембраны, а их продольные оси ориентированы под углом друг к другу, при котором выполняется условие и9_еоС₄=<«Л«С₂, где о)_£ - частота сигнала на первом входе второго смесителя при нормальном давлении и нормальной температуре окружающей среды,' <*)_г - частота сигнала на выходе второго усилителя при нормельной температуре окружающей среды, сС_ч, — коэффициенты температурной зависимости времени задержки соответственно первой и второй линии задержки, выход первого смесителя соединен с входным встречно-штыревым преобразователем первой линии задержки, выходной встречно-штыревой преобразователь которой подключен к первому входу второго смесителя, выход которого соединен с входом первого усилителя через фильтр нижних частот, при этом генератор образован, входным и выходным встречно-штыревыми преобразователями второй линии задержки, подключенными соответственно к выходу и входу второго усилителя, выход которого подсоединен к вторым входам первого и второго смесителей.

   SU .1201696