SU1210077A1 - Пьезоэлектрический преобразователь - Google Patents

Abstract

Р1зобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено при измерени х давлени , расхода , температуры, микроперемещений, плотности, в зкости и других физических параметров, и позвол ет повысить точность измерени  пьезоэлектрического преобразовател . Дл  этого напр жение с пьезорезонатора (П) 2 проходит дополнительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему запрета 6 и вновь подаетс  на П 2 сдвинутым по фазе на 90°, что обеспечиваетс  соответствующей настройкой фазовращател  5., Вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезо- натор действует гармоническа  сила F, фаза которой сдвинута на 90°от- , носительно фазы колебаний резонатора . Мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний П 2. Во втором .такте измерени  коэффициент затухани  h 2 измен етс  на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилител  4, фазовращател  5, схемы запрета 6, Результат вводитс  в вычислитель 8,1 ил. (Л С СП fH -r-

Description

i

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено при измерени х давлени , рас- кода, температуры, микроперемещений плотности, в зкости и других физических параметров.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений пьезоэлектрического преобразовател .

На чертеже изображена блок-схема пьезоэлектрического измерительного преобразовател .

Преобразователь состоит из генератора 1, соединенного с пьезоэлектрическим резонатором 2, измерительной схемой 3 и последовательно включенными усилител ми 4, фазовращателем 5 и схемой 6 запрета, устройства 7 управлени , выход которого соединен с управл юищми входам вычислите;л  8 и электронного ключа 9, выход которого подключен к входу одновибратора 10.

Преобразователь работает следую- Бщм образом.

Измерение производитс  в два такта . В первом такте сигнал, поступающий от устройства 7 управлени  на управл ющий вход электронного ключа 9, равен нулю, последний разомкнут и на выходе одновибратора 10 присутствует потенциал, запрещающий прохождение сигнала через схему 6 запрета. Пьезорезонатор 2 периодически возбуждаетс  короткими :импуль сами напр жени , поступающими с генератора 1, и под воздействием их совершает затухающие механические колебани  на резонансной частоте. При этом на его выводах вследствие пр мого пьезоэффекта возникает синфазное с механическими колебани ми напр жение, измен ющеес  по закону

Ut.H)(uJt + 4) (1

где Uo - амплитуда напр жени  на пьезорезонаторе в момент начала отсчета; uj и «f - резонансна  частота и

фаза колебаний; с( - определ емый коэффициен

затухани  колебаний; - коэффициент ошибки,

обусловленный изменением параметров пьезоре- зонатора.

Это напр жение подаетс  па. измерительную схему 3, котора  измер ет коэффициент затухани  колебаний

100772

пьезорезонатора в паузах импульсами генератора. Значение результата измерени  V нводитс  в вычислитель 8 и запоминаетс . В общем 5 случае результат измерени  в первом такте содержит мультипликативную погрешность, равную К т.е.

i--SKt o (2)

to где К,, - коэффициент пропорциональности .

Во втором такте устройство 7 управлени  подает на электронный ключ 9 сигнал, вызывающий его замы- 15 кание. После этого первый же импульс генератора 1 усиливаетс  усилителем 4 и, пройд  через электронный ключ 9, задним фронтом запускает одновибратор 10, на выходе 2Q которого по вл етс  потенциал, разрешающий прохождение импульсов через схему 6 запрета.

Таким образом, напр жение с пьезорезонатора 2 проходит допол- 22 нительно через усилитель 4, фазовращатель 5, схему 6 запрета и вновь подаетс  на пьезорезонатор 2

0.

5

0

сдвинутым по фазе на 90 , что обес- « печиваетс  соответствующей настройкой фазовращател  5. При .этом вследствие обратного пьезоэффекта на пьезорезонатор действует гармоническа  F, фаза которой сдвинута на 90° относительно, фазы колебаний резонатора. При этом мгновенное значение этой силы пропорционально скорости колебаний пьезорезонатора. Действительно, так как согласно выражению (1) амплитуда колебаний измен етс  по синусоидальному закону , то дл  мгновенного значени  силы F, можно записать

-Uoe ° s m(uJt 90°; г

F

--и„е ()

(3).

45 или

F.

-Кс(,

4,KWt.4)-:4r-t--. (4)

dt dt где и.(.- мгновенное значение напр жени  на выводах пьезо- иластины. Действие на колеблющеес  тело силы,, пропорциональной скорости колебаний , вызывает изменение коэффициента затухани  на величину, определ ющуюс  параметрами тела и величиной этой сипы.

Таким образом, во втором такте измерени  коэффициент затухани 

пьезорезонатора i измен етс  на некоторую эталонную величину, пропорциональную его параметрам и эквивалентному коэффициенту передачи усилител  4, фазовращател  5 и схемы 6 запрета. При этом измерительна  схема: 3 измер ет и заносит в вычислитель 8 значение результата измерени  Y равное

,К((),

где о. - значение дополнительно внесенного коэффициента затухани , завис щее от параметров усилител  4, фазовращател  5 и схемы 6 запрета.

Результат измерени  во втором такте также вводитс  в вычислитель 8, который, в свою очередь, производит обработку результатов измерени  первого и второго тактов по алгоритму

° V,-v/,

п(.

(6)

следующему из совместного решени  уравнений (2) и (5). Из формулы (6) видно, что в выражение дл  результата измерени  коэффициента затухани  с(о не входит значение коэффициента «, обусловленного собственными параметрами пьезорезонатора , что позвол ет повысить точность преобразовани .

Значение дополнительно вносимого коэффициента затухани  определ етс  заранее экспериментальным путем.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет периодического изменени  коэффициента затухани  пьезорезонатора на эталонную величину исключаетс  вли ние изменени  собственных параметров пьезорезонатора на результат измерени  и, как

Редактор О. Юрковецка 

512/52

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна ,4

121

2100774

следствие, повышаетс  точность из- epeни .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Пьезоэлектрический преобразова

   ,

   ненныи с пьезоэлектрическим резонатором , к которому подключена измерительна  схема, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены устройство управлени , -одно- вибратор, электронный ключ, схема запрета, фазовращатель, усилитель и вычислитель, реализующий алгоритм

   Y

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   О Y у °

   л г где of-Q- коэффициент затухани 

   пьезоэлемента; ,1.

   сх - значение дополнительного

   коэффициента затухани , завис щее от параметров усилител , фазовращател  и схемы запрета,

   V - результат измерени  измерительной схемы в первом такте измерений,

   Y,- результат измерений во втором такте,

   при этом усилитель подключен своим выходом через фазовращатель к входу схемы запрета, выход которой соединен с входами усилител  и измерительной схемы, а управл ющий вход подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен через электронный ключ с выходом усилител , а выход устройства управлени  подключен к управл ющим входам электронного ключа и вычислител , вход которого соединен с измерительной схемой.

   Составитеигь А, Зосимов

   Техред А.Бойко . Корректор В.Бут га