SU1506310A1

SU1506310A1 - Датчик давлени

Info

Publication number: SU1506310A1
Application number: SU874261159A
Authority: SU
Inventors: Сергей Иванович Жуйков
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1989-09-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике , в частности, к устройствам дл измерени давлени жидкостей и газов, и позвол ет чувствительность при измерении давлени . Датчик состоит из чувствительного элемента 1 и преобразующей части, котора представл ет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двум парами 3, 4 встречно-штыревых преобразователей (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ). В пластине 2 в боковой ее части по оси симметрии выполнено глухое торцовое отверстие 7 диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого наход тс два пьезоэлектрических диска 8 диаметром, равным диаметру отверсти , с возможностью перемещени вдоль него. Чувствительный элемент 1 св зан с пьезоэлектрическими дискам 8 посредством штока 9. Под действием измер емого давлени происходит деформаци чувствительного элемента 1, диски 8 перемещаютс в отверстии 7, что приводит к смещению акустического тракта распространени ПАВ. При этом измен етс частота колебаний автогенераторов, в которые включены излучающие 3 и приемные 4 ВШП, причем благодар предложенной топологии ВШП частота F₂ одного автогенератора увеличиваетс , а частота другого F₁ уменьшаетс и на выходе датчика снимаетс сигнал ΔFΣ, равный разности приращени частот ΔFΣ=ΔF₂-ΔF₁ .

Description

y///w

/

mmwm

V.

ел

о

Од

00

ци чувствительнот о элемента I, диски 8 перемещаютс в отверстии 7, что приводит к смещению акустического тракта распространени ПАВ, При этом измен етс частота кг-лебаний автогенераторов , и Которые включены излучающие 3 и приемные 4 ВП1П, причем

благодар предложенной топологии ВШП частота f одного автогенератора увеличиваетс , а другого - f уменьшаетс и на ныходе датчика снимаетс сигнал &f, ранный разности

приращени частот 3 ил.

df df,- af

15

30

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к устройствам дл измерени давлени жидкостей и газов.

Целью изобретени вл етс повышение чувствительности датчика.

На фиг.1 показан датчик давле- ии , общий вид; на фиг.2 и 3 - возмож-20 ные конструкции преобразующего элемента датчика.

Датчик.содержит чувствительный элемент 1, выполненный, например, в виде мембранного блока, и преобразую- 25 щую часть, котора представл ет собой пластину 2 из пьезоэлектрического материала с расположенными на ней двум парами излучающих 3 и приемных 4 встречно-штыревых преобразователей (ВШП) пов€;рхностных акустичвских волн (ПАВ). Пластина 2 закреплена на корпусе датчика 5 с помощью держателей 6, а в боковой ее части по оси симметрии выполнено торцовое отверстие 7 диаметром, превышающим ее толщину, внутри которого наход тс два пьезоэлектрических диска 3 с диаметром , равным диаметру отверсти , с возможностью перемещени вдоль него, Чувствительньш элемент 1 жестко соединен с пьезоэлектрическими дисками 8 посредством штока 9.

Датчик работает следующим образом.

При отсутствии измер емого давле- д ни пьезоэлектрические диски В толщиной , не превышающей 1,5 мм, и диаметром , равным диаметру отверсти 7, наход тс в определенном начальном положении (например, соответствующем атмосферному давлению). При включении напр жени питани усилителей (не показаны ) в кольце автогенераторов, образованных усилител ми, излучающими 3 и приемными А преобразовател ми, а также пьезоэлектрическими дисками 8, .возникают колебани на частоте V . V

35

40

50

55

01

f«.

распространени ПАВ, „ - шаг электродов ВШП по линии, проход щей через пьезоэлектрические диски 8 и ВШП 3 и 4. Эта лини соответствует напра лению акустического луча ПАВ. Если толщина дисков 8 равна или немного меньше ширины акустического луча, за даваемого топологией излучающих ВШП 3, то вс энерги возбужденных ПАВ достигает через диски 8 приемных ВШП 4k(фиг,2 и 3). Это приводит к устойчивой генерации колебаний автогенераторов на частотах f, и f .j. Возникновение генерации на другой часто те невозможно, поскольку акустические лучи, излучаемые ВШП 3, в этом случае сместились бы вдоль апертуры ВШП и, пройд на другую сторону пластины 2, демпфировались бы в последствии о корпус датчика.

При подаче измер емого давлени во внутреннюю полость чувствительного элемента происходит деформаци мембранного блока. Жесткий центр его св зан со штоком 9, который вл етс направл ющей перемещени и св зующим звеном между чувствительным элементом 1 и пьезоэлектрическим дисками, 8. Последние под воздействием измер емого давлени перемещаютс вдоль глухого торцового отверсти 7 выполненного по оси симметрии пластины 2. Это приводит к соответствующему смещению акустического тракта распространени ПАВ. При этом автогенераторы, образованные соответствующими усилител ми j излучающими 3 и приемными 4 ВШП ПАВ, а также пьезоэлектрическими дисками 8, измен ют частоту колебаний. Пр1-1чем, благодар топологии ВШП, частота f-1 одного автогенератора увели чиваетс , а частота z;pyroro f, уменьшаетс . Поэтому на выходе датчика снимаетс сигнал лГ,, рлвный

сг

где V - скорость . Изменение частоты до5

30

0

25

35

40

0

5

распространени ПАВ, „ - шаг электродов ВШП по линии, проход щей через пьезоэлектрические диски 8 и ВШП 3 и 4. Эта лини соответствует направлению акустического луча ПАВ. Если толщина дисков 8 равна или немного меньше ширины акустического луча, задаваемого топологией излучающих ВШП 3, то вс энерги возбужденных ПАВ достигает через диски 8 приемных ВШП 4k(фиг,2 и 3). Это приводит к устойчивой генерации колебаний автогенераторов на частотах f, и f .j. Возникновение генерации на другой частоте невозможно, поскольку акустические лучи, излучаемые ВШП 3, в этом случае сместились бы вдоль апертуры ВШП и, пройд на другую сторону пластины 2, демпфировались бы в последствии о корпус датчика.

При подаче измер емого давлени во внутреннюю полость чувствительного элемента происходит деформаци мембранного блока. Жесткий центр его св зан со штоком 9, который вл етс направл ющей перемещени и св зующим звеном между чувствительным элементом 1 и пьезоэлектрическими дисками, 8. Последние под воздействием измер емого давлени перемещаютс вдоль глухого торцового отверсти 7 выполненного по оси симметрии пластины 2. Это приводит к соответствующему смещению акустического тракта распространени ПАВ. При этом автогенераторы, образованные соответствующими усилител ми j излучающими 3 и приемными 4 ВШП ПАВ, а также пьезоэлектрическими дисками 8, измен ют частоту колебаний. Пр1-1чем, благодар топологии ВШП, частота f-1 одного автогенератора увеличиваетс , а частота z;pyroro f, уменьшаетс . Поэтому на выходе датчика снимаетс сигнал лГ,, рлвный

. Изменение частоты достнг летс за счет топологии В111Г1 3, Конструкци lilllll 2 шлбрпна ит услови выделени необходимого сигнала из широкого диапазона частот df. Поэтому используютс переменный таг электродов BIIII 3, который увкличинаетс к периферии пластины 2, и разна длина электродов.

На фиг.З показан возможный вари- ант использовани преобразующей части с наклонными электродами ВШП 3. Направление движени ПАВ на пластине показано стрелками. Луч ПЛВ при изменении частоты возбуждени смеща- етс вдоль апертуры В111П 3, обеспечива тем самым плоское сканирование . Начальное положение дисков 8 целесообразно выбирать таким, чтобы результирующа частота стремилась к нулю. При перемегаении пьезоэлектрических дисков 8 (фиг. 2 и 3) вдоль глухого торцового отверсти 7 пластины 2 измен етс длина, а следовательно, и частота акустичес ких волн, пропускаемых пьезоэлектрическими дисками 8 от излучающих ВШП 3 к приемным ВШП , Частота измен етс от значени , прин того за началное при градуировке датчика, до уста повившегос (4f ,f,f(j, ; Л{ f 2 ai Следовательно, в автогенераторах устанавливаютс колебани с частотой соответстБующей пространственному шагу электродов излучающих ВШП 3. По изменению частоты f суд т о величине измер емого давлени .

Claims

Формула изобретени

Датчик давлени , содержащий размещенный в корпусе манометрический чувствительный элемент и закрепленную в корпусе пьезоэлектрическую пластину , на которой расположены первые излучающий и приемный встречно-штыревые преобразователи поверхностных

Q 5 0 5 0 5

0

акустических нолн, Ki iropwe симметрично размещены по обе cTopoMi.i от глухого отверсти , выполненного в пластине по оси ее симметрии со стороны торцовой части, обращенной к чувгт- вительному элементу, при этом чувствительный элемент снабжен соединенным с ним штоком, на котором закреплен пьезоэлектрический диск, расположенный в отверстии пластины с возможностью перемещени вдоль него , причем диаметр d отверсти пластины удовлетвор ет соотнотению l,lh d 7h, где h - толщина пластины, о т- л и ч а ю п и и с трм, что, с целью повышени чувствительности, он снабжен дополнительными излучающим и приемным встречно-щтыревыми преобразовател ми поверхностных акустических волн, расположенными на пьезоэлектрической пластине аналогично первым преобразовател м поверхностных акустических волн, и дополнительным пьезоэлектрическим диском, закрепленным на щтоке и расположенным в отверстии пластины, при этом первые и дополнительные преобразователи поверх- ностных акустических волн расположены симметрично относительно оси симметрии пластины, перпендикул рной оси отверсти , а пьезоэлектри 1еские диски расположены на лини х, прохо- д ших через середины апертуры встреч- но-щтырсвьгх преобразователей, причем у излучающих и приемных встррчно-шты- ревых преобразователей электроды выполнены с переменным И агом, увеличивающимс к периферии пьезоэлектрической пластины по линии, перпендикул рной электродам, кроме того, у излучающих встречно-штыревых преобразователей каждый последующий электрод, начина со второго, по длине не равен предыдущему и уменьшаетс или увеличиваетс к периферии пьезоэлектрической пластины.

.V

±i

Фаз.2

7

Фиг.З