SU1368677A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерительной техники. Цель изобретени  - увеличение точности измерений давлени . Корпус 3 присоедин ют к объекту, где контролируетс  давление . На преобразователь, состо щий из электродов 4 и 5, между которыми находитс  пьезоматериал 8, подают электрический ток. В пьезоматериале 8 возникают сдвиговые упругие смещени , вызывающие упругие смещени  в мембране 1, которые преобразуютс  в преобразователе в выходной электрический сигнал. Под действием измер емого давлени  происходит упруга  деформаци  мембраны 1. Провод  измерени  фазы или времени задержки электрического сигнала, суд т о величине измер емого давлени  газов. 2 ил.

Description

Фиг.1

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  давлени  газов с помощью акустических волн в пластине (мембране ) .

Цель изобретени  - увеличение точности измерений давлени .

На фиг, 1 изображен датчик давлени , разрез; на фиг, 2 - то же, вид сверху.

Датчик давлени  содержит мембрану 1, соединенную посредством св зки 2 с корпусом 3. На поверхности мембраны размещены электроды 4-7, между которыми находитс  пьезоматериал 8, На периферийной части мембраны установлен поглотитель 9.

Мембрана 1 может быть выполнена из диэлектрика с малым коэффициентом линейного расширени  от температуры, например из ситалла, кварда или стекла . Толщина h мембраны выбираетс 

h Ai дл  того, чтобы в ней могла

13

распростран тьс  только сдвигова  акустическа  волна, где Л - длина сдвиговой волны в мембране при максимальной рабочей частоте электроакустического преобразовател . Минимальный диаметр мембраны ограничен размерами электроакустических преобразователей , расположенных на ее поверхности , и размером поглотител  9, От толщины и диаметра мембраны зависит чувствительность и разрешающа  способность предлагаемого устройства Максимальный диаметр мембраны ограничен затуханием сдвиговой волны в мембране , Оптимальньй диаметр мембраны выбираетс  равным не более 100 мм пр толщине мембраны не более 0,15 мм (дл  плавленного кварца) на рабочей частоте сдвиговых электроакустически преобразователей 4 МГц, При использовании других толщин мембраны необходимо рассчитывать рабочую частоту электроакустических преобразователей , исход  из приведенного неравенства.

Мембрана 1 соединена с корпусом датчика давлени  посредством св зки 2, В качестве св зки 2 может быть использован клей.

Корпус 3 может быть выполнен из такого же материала что и мембрана или из металла, обладающего коррозионной стойкостью в контролируемой среде. Корпус 3 датчика давлени 

686772

соедин етс  с контролируемой средой (обьектом, в котором производитс  измерение давлени ),

с Электроды 4-7, между которьми находитс  пьезоматериал 8, представл ют собой электроакустические преобразователи сдвиговых колебаний по толщине, которые предназначены дл 

10 возбуждени  и приема сдвиговых колебаний в мембране. Возбуждающий электроакустический преобразователь (источник ) аналогичен по конструкции приемному преобразователю. Электро15 акустические преобразователи расположены на мембране диаметрально на одной оси. При использовании мембраны с жестко заделанными кра ми целесообразно электроакустические пре20 образователи расположить в той точке по диаметру мембраны, где деформаци  поверхности мен ет знак на противоположный при максимальном измер емом давлении. Эта точка (точка перегиба

25 поверхности) находитс  примерно на рассто нии 0,6 радиуса от центра мембраны. Расположение преобразователей в окрестности точки перегиба поверхности мембраны оптимально дл 

30 реализации наивысшей чувствительности предлагаемого устройства.

Электроакустический преобразователь состоит из металлических электродов 4 и 5, между которыми находит35 с  пьезоматериал 8, Размеры преобразовател  (источника ультразвука) определ ютс  размером пьезоматериала 8 и завис т от рабочей частоты. Оптимальна  длина преобразовател  (парал40 лельно оси вг) составл ет - ЗО-Л, Длина преобразовател  выбрана из услови  оптимального согласовани  с 75-ом- ным кабелем. При использовании преобразовател  меньшей длины возможна

45 дисперси  ультразвука в мембране. Ширина преобразовател  (перпендикул рно оси вг или вдоль оси аб) составл ет не более Л , Толщина преобразовател  вместе с электродами 4 и 6 сос1

тавл ет не более Д

где - длина

сдвиговой волны в электроакустическом преобразователе, Дл  того, чтобы электроакустический преобразователь излучал сдвиговые упругие колебани  используют пьезоматериал с такой пол ризацией , что под действием электрического тока в нем возникают сдви313

говые упругие смещени  (смещени  возникают параллельно оси вг, а упруга  волна распростран етс  по мембране вдоль оси аб).

Поглотитель 9 не должен соприкасатьс  с электроакустическими преобразовател ми , т.е. с той его частью, где находитс  пьезоматериал.

Корпус 3 присоедин ют к объекту, где необходимо контролировать давление (избыточное или отрицательное). На входной электроакустический преобразователь (состо щий из элементов 4, 5 и 8) подают электрический сигнал от генератора высокой частоты. Под действием электрического тока

Токоподвод щие электроды 4-7 могут iо в пьезоматериале 8 возникают сдвигобыть изготовлены пленочными из металлов , имеющих хорошую адгезию к элементам устройства и обладающих хорошей электропроводностью (например.

вые упругие смещени  (параллельно оси вг), которые вызывают сдвиговы упругие смещени  в мембране 1, так как источник акустически св зан с

из никел , серебра, алюмини ). Толщи-15 мембраной. Сдвигова  акустическа 

на электродов составл ет не более 0,05 толщины пьезоматериала 8. Ширина электродов, соприкасающихс  с пье зоматериалом 8, выбираетс  равной ширине пьезоматериала 8, а за предела- ми пьезоматериала может быть такой же или в несколько раз шире дл  того чтобы Токоподвод щие площадки были удобны дл  подсоединени  внешней измерительной схемы. Минимальньй зазор между токоподвод щими электродами (например, 4 и 5), расположенными на мембране (т.е. там, где делаетс  переход электрода 5 с пьезоматериала на мембрану) выбираетс  равным 1-3 толщин пьезоматериала 8.

Приемный электроакустический преобразователь изготовл етс  аналогично излучающему.

Поглотитель 9 предназначен дл  предотвращени  акустических отражений от кра  диаметра мембраны. Поглотитель 9 изготовлен из материала, имеющего хорошую адгезию к мембране

45

и способного поглощать ультразвуковые 40 При выполнении измерений методом Блю- колебани , например, из резины, по- ме можно регистрировать относительное удлинение диаметра мембраны с точностью 10 . Измерени  могут быть выполнены и другими методами, позвол ющими измер ть скорость ультразвука с высокой точностью.

Предлагаемое устройство наиболее эффективно может быть использовано в производствах, где требуетс  измерение давлени  газов. Предлагаемое устройство можно также использовать в качестве образцового средства измерений при поверке монометров, используемых в промышленности.

лиэтилена, с использованием в качестве наполнител  окиси хрома. Поглотитель 9 выполнен в виде усеченного тороидального конуса и имеет в сечении полусферическую форму. Угол между плоскостью мембраны и касательной к сфере в точке соединени  с мембраной находитс  в пределах 120-160 дл  того, чтобы снизить отражение ультразвуковых колебаний от поглотител . Высота поглотител  выбираетс  не более четырех толщин мембраны. Ширина поглотител  выбираетс  равной 6-20 толщин мембраны. Поглотитель 9 располагаетс  над местом соединени  мембраны и св зки 2.

Датчик давлени  работает следующим образом.

50

55

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик давлени , содержащий закрепленную на кольцевом основании плосвые упругие смещени  (параллельно оси вг), которые вызывают сдвиговые упругие смещени  в мембране 1, так как источник акустически св зан с

   5

   волна в мембране распростран етс  вдоль оси аб и попадает в приемный электроакустический преобразователь, где сдвиговые упругие смещени  мембраны преобразуютс  в выходной электрический сигнал. Под действием измер емого давлени  происходит упруга  деформаци  мембраны. Удлин етс  срединна  поверхность мембраны, что приводит к изменению фазы и времени задержки выходного электрического сигнала. Провод  точные изменени  фазы, или времени задержки электрического сигнала можно судить о величине измер емого давлени  газов. Дл  измерений может быть использован, например, метод Блюме. Если в процессе измерений давлени  фаза электрического сигнала измен етс  более чем 5 на 180°, то необходимо подстраивать рабочую частоту f датчика так, чтобы показание фазы было неизменным, а по величине изменени  рабочей частоты &f судить об измер емом давлении.

   0

   45

   40

   50

   55

   Формула изобретени 

   Датчик давлени , содержащий закрепленную на кольцевом основании плоскую мембрану, на поверхности которой размещены симметрично относительно центра электроакустические преобразователи , о тличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности электроакустические преобразователи выполнены в виде плоских стержней из пьезоматериала с электродами на широких гран х, которые расположены длинными сторонами параллельно друг другу и образуют пьезорезонаторы сдвиговых колебаний по толщине, а на периферийной части мембраны установлен введенньй в датчик поглотитель

   колебаний в виде усеченного тороидального кольца, расположенньй над зоной соединени  мембраны и кольцевого основани , при этом толщина мембраны h удовлетвор ет соотношению

   h I , ,

   где 9 - длина сдвиговой волны в

   мембране при максимальной рабочей частоте электроакустического преобразовател .

   Фиг, 2