SU1296871A1 - Piezocrystal pressure transducer - Google Patents
Piezocrystal pressure transducer Download PDFInfo
- Publication number
- SU1296871A1 SU1296871A1 SU853900194A SU3900194A SU1296871A1 SU 1296871 A1 SU1296871 A1 SU 1296871A1 SU 853900194 A SU853900194 A SU 853900194A SU 3900194 A SU3900194 A SU 3900194A SU 1296871 A1 SU1296871 A1 SU 1296871A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- frequency
- piezoresonator
- electrodes
- membrane
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и позвол ет повысить чувствительность и точность измерений. Внутри рамки упругого элемента 3 размещен пьезоэлемент 4 в виде многоугольника, в центральной области которого выполнен точечный пьезорезонатор 7. Тонкопленочные электроды 5 пьезоэлемен- та 4, выполненные в виде сегментов, и электроды 8 пьезорезонатора 7 включены в схему автогенератора. Действующее на мембрану 2 измер емое давление приводит к всестороннему сжатию пьезоэлемента 4. Автогенератор обеспечивает одновременную генерацию сигналов с частотами, равными собственным частотам периферийной и центральной областей пьезоэлемента 4. На информационную разностную частоту не вли ет изменение температуры окружающей среды благодар выполнению обоих пьезорезонаторов в единой пьезопластине. 3 ил. Р (ЛThe invention relates to instrumentation engineering and makes it possible to increase the sensitivity and accuracy of measurements. Inside the frame of the elastic element 3 is placed a piezoelectric element 4 in the form of a polygon, in the central region of which a point piezoresonator 7 is made. The thin-film electrodes 5 of the piezoelectric element 4, made in the form of segments, and the electrodes 8 of the piezoresonator 7 are included in the auto-oscillator circuit. The measured pressure acting on the membrane 2 leads to a comprehensive compression of the piezoelectric element 4. The autogenerator provides simultaneous generation of signals with frequencies equal to the eigenfrequencies of the peripheral and central regions of the piezoelectric element 4. The information difference frequency is not affected by the change in ambient temperature due to the performance of both piezoresonators in a single piezoplastin . 3 il. R (L
Description
1one
Изобретение относитс к контрольно-измерительной- технике, в частности к пьезорезонансным датчикам давлени .The invention relates to an instrumentation engineering, in particular to piezoresonance pressure sensors.
Цель изобретени - повьпиение чувствительности и точности измерений.The purpose of the invention is to demonstrate the sensitivity and accuracy of measurements.
На фиг. 1 изображена конструкци пьезокварцевого датчика; на фиг. 2 зависимость коэффициента сггповой чуствительности собственной частоты точечного кварцевого пьезорезонатор от угла об приложенного силового воздействи относительно кристаллографческих осей пьезокварца; на фиг. 3- схема автогенератора датчика давлени ,FIG. 1 shows the piezoquartz sensor design; in fig. 2 the dependence of the coefficient of the crush sensitivity of the natural frequency of a point quartz piezoresonator on the angle about the applied force action relative to the crystallographic axes of the piezoquartz; in fig. 3 is a diagram of the autogenerator of the pressure sensor,
Пьезокварцевьй датчик давлени сдержит корпус 1 с размещенной в нем мембраной 2, между мембраной и корпсом установлен упругий элемент 3 в виде рамки. Внутри рамки помещен пь зоэлемент 4, выполненный в виде многоугольника и скрепленный с рамкой своими углами. Тонкопленочные 3|лек- троды 5 пьезоэлемента, выполненные в виде сегментов, включены в схему автогенератора 6, а в центральной области пьезоэлемента выполнен точечный пьезорезонатор 7, тонкопленочные электроды 8 которого также включены в схему автогенератора 6, Контур точечного пьезорезонатора ограничен двум прорез ми 9, расположенными симметрично относительно ос симметрии пьезоэлемента, проход щих через точки скреплени этого пьезоэлемента с упругим элементом. При этом перемычки 10, соедин ющие тело точечного пьезорезонатора с телом пьезоэлемента, лежат на оси симметрии пьезоэлемента, совпадающей с осью максимальной отрицательной силовой чувствительности точечного пьезорезонатора. Дл скреплени пьезоэлемента с упругим элементом и упругого элемента с корпусом датчик имеет винты 11 и 12, которые позвол ют также регулировать степень под жати этого пьезоэлемента, а значит и осуществл ть регулирование частот как основного пьезорезонатора пьезоThe piezoquartz pressure sensor will hold the housing 1 with a membrane 2 placed in it, and an elastic element 3 in the form of a frame is installed between the membrane and the body. Inside the frame is placed a po zoelement 4, made in the form of a polygon and fastened to the frame with its corners. Thin-film 3 lectrodes 5 of the piezoelectric element, made in the form of segments, are included in the circuit of the autogenerator 6, and in the central area of the piezoelectric element a piezo-resonator 7 is made, the thin-film electrodes 8 of which are also included in the circuit of the autogenerator 6, located symmetrically with respect to the symmetry of the piezoelement, passing through the bonding points of this piezoelectric element with an elastic element. The bridges 10 connecting the body of the point piezoresonator with the body of the piezoelectric element lie on the axis of symmetry of the piezoelectric element coinciding with the axis of maximum negative power sensitivity of the point piezoresonator. To fasten the piezoelectric element with the elastic element and the elastic element with the housing, the sensor has screws 11 and 12, which also allow you to adjust the degree of compression of this piezoelectric element, and therefore adjust the frequencies as the main piezoelectric resonator
элемента, так и расположенного в центре последнего дополнительного точечного пьезорезонатора.element, and located in the center of the last additional point piezoresonator.
Предлагаемый пьезокварцевый датчик давлени работает следующим образом.The proposed piezoquartz pressure sensor operates as follows.
Дл реализации возможности дифференциального измерени , воздействую0To realize differential measurement capability, 0
5five
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
щего на предлагаемый датчик давлени Р, и обеспечени минимальной погрешности этих измерений необходимо в системе чувствительный элемент - автогенератор обеспечить одновременную генерацию двух частотных сигналов, частоты которых обладали бы разными по знаку частотными коэффициентами силовой чувствительности, а по абсолютной величине были бы близкими. В предлагаемом устройстве это достигаетс за счет выбора специальной кон- .It is necessary to ensure in the system a sensitive element - an autogenerator to simultaneously generate two frequency signals, the frequencies of which would have different frequency coefficients of power sensitivity, and in absolute value would be close. In the proposed device, this is achieved by selecting a special con.
струкции чувствительного элемента и использовани двухчастотного автогенератора , обеспечивающего одновременную генерацию двух информационных частот,, кажда из которых определенным образом зависит от воздействующего на датчик давлени Р. Перва из генерируем1лх частот С0 вл етс ангармонической модой основного колебани , используемого в пьезоэле- менте известного устройства. Причем используетс ангармоническа мода основного колебани вида 1, 2, Л, зоны деформаций которой располагаютс в периферийных област х пьезоэлемента 4 в местах расположени секто-. ров тонкопленочных электродов 5 и не занимают центральную зону этого пьезоэлемента. Дл обеспечени высокой активности этой ангармонической моды основного толщинно-сдвиго- вого колебани каждый из двух электродов 5 пьезорезонатора пьезоэле- мент 4 выполнен в виде двух секторов, располагаемых в зонах максимашьных деформаций пьезоэлемента 4 при работе его основного пьезорезонатора на моде 1, 2, 1 с частотой СО,. Это обеспечивает значительное возрастание амплитуды колебаний возбуждаемой ангармонической моды по сравнению с другими модами толщинно-сдвиговых колебаний, а также по сравнению с основным колебанием пьезорезонатора.The structure of the sensitive element and the use of a two-frequency auto-generator, which simultaneously generate two information frequencies, each of which depends in a certain way on the pressure acting on the pressure sensor P. The first C0 from the generated frequencies is the anharmonic mode of the fundamental oscillation used in the piezoelectric element of the known device. Moreover, anharmonic mode of the main oscillation of the type 1, 2, L is used, the deformation zones of which are located in the peripheral regions of the piezoelectric element 4 at the locations of the sector-. the moat of thin-film electrodes 5 and do not occupy the central zone of this piezoelectric element. To ensure high activity of this anharmonic mode of the main thickness-shear oscillations, each of the two electrodes 5 of the piezoresonator piezoelectric element 4 is made in the form of two sectors located in the zones of maximum deformations of the piezoelectric element 4 when its main piezo resonator operates on mode 1, 2, 1 s the frequency of CO ,. This provides a significant increase in the amplitude of the oscillations of the anharmonic mode being excited in comparison with other modes of thickness-shear oscillations, as well as in comparison with the main oscillation of the piezoresonator.
Благодар использованию такого режима работы основного пьезорезонатора злемента 4 вс энерги колебаний с частотой со, ока1,ываетс сконцентрированной в области расположени электродов 5, выполненных в виде двух сегментов, а зоны пьезоэлемента 4 вблизи точек скреплени пьезоэлемента с упругим элементом 3 оказываютс свободными от деформаций, что позвол ет зн&чительно повысить добротность основного пьезорезонатораDue to the use of such a mode of operation of the primary piezoresonator of the element 4, the entire oscillation energy with a frequency co, about 1 is concentrated in the area of the electrodes 5, made in two segments, and the zones of the piezoelectric element 4 near the points of the piezoelectric element 3 with the elastic element 3 are free from deformations, which allows to significantly increase the quality factor of the main piezoresonator
и улучшить стабильность частоты генерируемых колебаний по сравнению с известным устройствомand improve the frequency stability of the generated oscillations compared with the known device
При воздействии на мембрану 2 измер емого давлени Р мембрана 2 деформируетс и деформирует упругий элемент 3. В результате этого пьезо- элемент 4 оказываетс нагруженньм по углам и подвергаетс всестороннему сжатию, в св зи с чем чувствительность собственной частоты о к воздействию давлени Р определ етс интегральной силовой чувствительностью основного пьезорезонатора пьезо- элемента 4. Определить эту чувствительность можно из зависимости Kp(ei) приведенной на фиг, 16, вычислив интеграл следующего вида -гWhen the measured pressure P influences the membrane 2, the membrane 2 deforms and deforms the elastic element 3. As a result, the piezoelectric element 4 is angularly stressed and subjected to full compression, which is why the natural frequency sensitivity to pressure P is integral. the power sensitivity of the piezoresonator's piezoelectric element 4. This sensitivity can be determined from the dependence Kp (ei) given in FIG. 16 by calculating the following integral:
Кр ао Kp(oi,)doi,Kp ao Kp (oi,) doi,
(1)(one)
где а - коэффициент, учитывающий упругие свойства мембраны 2 и коэффициент передачи механического усили упругим элементом 3,where a is the coefficient taking into account the elastic properties of the membrane 2 and the transfer coefficient of the mechanical force by the elastic element 3,
В результате дл зависимости час- оси Z , тоты со, от воздействующего давлени Р получим следующую зависимость:As a result, for the dependence of the Z-axis, tots, from, on the acting pressure P, we obtain the following dependence:
СО,(Р)ОО,+КР, (Р-РО), (2) где cOj, - начальное значение частотыCO, (P) OO, + KR, (P-PO), (2) where cOj, is the initial frequency value
20 -коэффициент чувствительности по давлению Р частоты СО причем Кр - коэффициент силовой чувствительности точечного пьезорезонатора 7 при его нагружении вдоль20 is the coefficient of sensitivity for pressure P of the frequency of CO, and Kp is the coefficient of force sensitivity of the point piezoresonator 7 when it is loaded along
В результате дл разностной частоты сигнала, снимаемого с выхода автогенератора 6, получим следующее выражение:As a result, for the difference frequency of the signal removed from the output of the oscillator 6, we obtain the following expression:
СО, при начальном значении измер емого р(Р) (о,(Р)-и(Р) ( + (Кр +Kp,j )«CO, with the initial value of the measured p (P) (o, (P) -and (P) (+ (Kp + Kp, j) "
давлени , т,е, при ..pressure, t, e, at ..
иand
Благ одар тому, что основной пьезорезонатор пьезоэлемента 4 работает на ангармонической моде основного колебани вида 1, 2, 1, свободной от толщинно-сдвиговых колебаний оказываетс не только периферийна часть пьезоэлемента 4, но и центральна его область. Вследствие этого возмож (Р-РО). (4)Due to the fact that the basic piezoresonator of the piezoelectric element 4 operates on the anharmonic mode of the basic oscillation of type 1, 2, 1, free from thickness-shear vibrations is not only the peripheral part of the piezoelectric element 4, but also its central region. As a consequence, it is possible (R-RO). (four)
Подбира площадь электродов 5 основного пьезорезонатора пьезоэлемента 4, можно обеспечить равенство 35 коэффициентов чувствительности по давлению Кр и Кр , т,е, Кр Kpj,Kp и можно записатьSelecting the area of the electrodes 5 of the main piezoresonator of the piezoelectric element 4, it is possible to ensure the equality of 35 pressure sensitivity factors Kp and Kp, t, e, Kp Kpj, Kp and you can write
Qp(P) (cOo,-Woa)+2Kp(P-P). (5) Поскольку оба пьезорезонатора пьезоно в этой области выполнить дополни- элемента 4 выполнены в единой пьезо- тальный точечный пьезорезонатор 7, кварцевой пластине, информационна собственна частота которого (j3 близка к частоте О), и отличаетс от последней на значение разностной часчастота сОр (Р) практически не зави45Qp (P) (co, -Woa) + 2Kp (PP). (5) Since both piezot piezoresonators in this area perform additional element 4, they are made into a single piezotal piezoresonator 7, a quartz plate, the information natural frequency of which (j3 is close to frequency O), and differs from the latter by the value of the difference frequency cf ( P) practically does not depend
сит от изменении температуры окружающей датчик среды.sieve from changing ambient temperature sensor.
4545
тоты сОр G3,-C02, котора при значени х частот СО, и cOj пор дка 5-10 МГц составл ет 100-150 кГц,the cp of G3, -C02, which, at frequencies of CO, and cOj in the order of 5-10 MHz, is 100-150 kHz,
Тонкопленочные электроды 8 точечного пьезорезонатора 7, как и электроды 5 основного пьезорезонатора 50 .пьезоэлемента 4, включены в базовую цепь автогенератора 6, который обеспечивает в многочастотном режиме работы одновременную генерацию сигналовThe thin-film electrodes of the 8-point piezoresonator 7, as well as the electrodes 5 of the main piezoresonator 50. Piezoelectric element 4, are included in the basic circuit of the auto-oscillator 6, which provides simultaneous generation of signals in the multi-frequency mode
с частотами СО, и Og. Дл обеспечени 55 элемент выполнен в виде многоуголь- высокой устойчивости режима генера- ника, скрепленного по углам с упру- ции двухчастотного колебани в схему рим элементом, отличающий- многочастотного автогенератора 6 вве- с тем, что, с целью повышени with frequencies of CO, and Og. To ensure 55, the element is designed as a multi-high stability of the mode of the generator, fastened at the corners with the elastic two-frequency oscillations in the circuit with a Roman element that differs with the multi-frequency auto-oscillator 6, in order to increase
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU853900194A SU1296871A1 (en) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | Piezocrystal pressure transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU853900194A SU1296871A1 (en) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | Piezocrystal pressure transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1296871A1 true SU1296871A1 (en) | 1987-03-15 |
Family
ID=21178912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU853900194A SU1296871A1 (en) | 1985-05-24 | 1985-05-24 | Piezocrystal pressure transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1296871A1 (en) |
-
1985
- 1985-05-24 SU SU853900194A patent/SU1296871A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 862000, кл. G 01 L 9/08, 1980. Авторское свидетельство СССР Р 631793, кл. С 01 L 9/08, 1977. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4550610A (en) | Resonator pressure transducer | |
US4306456A (en) | Elastic wave accelerometer | |
US4644804A (en) | Quartz resonating force and pressure transducer | |
US4592663A (en) | Resonator temperature transducer | |
CN109883602B (en) | Self-compensating silicon micro-resonant pressure sensitive chip based on SOI | |
JPS60105917A (en) | Resonance conversion system, resonance-force conversion system and method of determining force or other parameter and temperature | |
JPH0367210B2 (en) | ||
US3983744A (en) | Method and apparatus for measuring the density of a dirty fluid | |
Wang et al. | A thickness-shear quartz resonator force sensor with dual-mode temperature compensation | |
SU1296871A1 (en) | Piezocrystal pressure transducer | |
CA1273821A (en) | At-cut crystal resonator presssure transducer | |
SU667840A1 (en) | Frequency-output pressure pickup | |
SU530209A1 (en) | Differential pressure sensor | |
SU1000805A1 (en) | Frequency-type pickup of pressure | |
SU1339423A1 (en) | Pressure transducer | |
SU1345076A1 (en) | Pressure transducer | |
SU1312415A1 (en) | Pressure transducer with frequency output | |
SU998874A1 (en) | Device for measuring temperature and mechanical forces | |
SU823910A2 (en) | Pressure gauge | |
SU690345A1 (en) | Frequency-output pressure transducer | |
SU847094A1 (en) | Piezoelectric manometer | |
SU1161828A1 (en) | Device for determining unbalance of branches of quartz crystal vibrator tuning fork | |
SU1291829A1 (en) | Device for measuring pressure | |
SU567970A1 (en) | Pressure pickup | |
SU1262307A1 (en) | Piezoelectric converter |