SU1553858A1 - Piezoresonance pressure pickup - Google Patents
Piezoresonance pressure pickup Download PDFInfo
- Publication number
- SU1553858A1 SU1553858A1 SU884438530A SU4438530A SU1553858A1 SU 1553858 A1 SU1553858 A1 SU 1553858A1 SU 884438530 A SU884438530 A SU 884438530A SU 4438530 A SU4438530 A SU 4438530A SU 1553858 A1 SU1553858 A1 SU 1553858A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- force
- piezoelectric elements
- transmitting
- cantilever beam
- rocker arms
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к пьезорезонансным датчикам давлени и может быть использовано дл измерени абсолютного и разностного давлений с повышенной точностью. Датчик (Д) отличаетс повышенной термостабильностью и виброударной устойчивостью и малым гистерезисом. Корпус 1 Д выполнен заодно целое с консольной балкой 2, снабженной пьезоэлементами 7, 8, и с силопередающей и силоуравновешивающей системами. Два коромысла 14, 15 силоуравновешивающей системы имеют упругие опоры 16, 17 в виде двусторонне вырезанных стержней, выполненных нацело с корпусом 1 в противоположных его стенках. Коромысла 14, 15 выполненные нацело с опорами 16, 17, на одном конце имеют передвигаемые балансировочные грузы 20, 21. Другие концы коромыслов выполнены заодно с силопередающими штоками 10, 13, расположенными выше и ниже рамной контсрукции пьезоэлементов 7, 8, и каждый шток имеет двусторонние вырезы дл повышени их податливости. Действие измр емого давлени через мембрану 9 и силопередающие штоки передаетс на консольную балку 2, вызыва деформации раст жени - сжати пьезоэлементов 7, 8. Деформаци пьезоэлементов преобразуетс в частоту и на выходе датчика получаетс выходной сигнал в виде разности двух частот, пропорциональной давлению. 2 ил.The invention relates to piezoresonance pressure sensors and can be used to measure absolute and differential pressures with increased accuracy. Sensor (D) is characterized by increased thermal stability and vibro-impact resistance and low hysteresis. Case 1 D is made at the same time the whole with a cantilever beam 2, equipped with piezoelectric elements 7, 8, and with a power-transmitting and balancing systems. Two rocker arms 14, 15 of the force-balancing system have elastic supports 16, 17 in the form of two-sidedly cut rods, made entirely with the body 1 in its opposite walls. The rocker arms 14, 15 are made entirely with supports 16, 17, have one end balancing weights 20, 21 at one end. The other ends of the rocker arms are made integral with the force-transmitting rods 10, 13 located above and below the frame konstruktrukie piezoelectric elements 7, 8, and each rod has double-sided cuts to improve flexibility. The action of the measured pressure through the membrane 9 and the force-transmitting rods is transmitted to the cantilever beam 2, causing strain elongation - compression of the piezoelectric elements 7, 8. The deformation of the piezoelectric elements is transformed into a frequency and the output signal in the form of a difference of two frequencies proportional to pressure is obtained at the sensor output. 2 Il.
Description
тивоположных его стенках. Коромысла 1, 15, выполненные за одно целое с опорами 16, 17, на одном конце имеют передвигаемые балансировочные грузы 20, 21. Другие концы коромысе выполнены за одно целое с силопере- дакщими штоками 10, 13, расположенными выше и ниже рамной конструкции пьезоэлементов 7, 8, и каждый шток имеет двусторонние вырезы дл повыits opposite walls. The rocker arms 1, 15, made in one piece with the supports 16, 17, have at one end movable balancing weights 20, 21. The other ends of the rocker arms are made in one piece with the force-guiding rods 10, 13 located above and below the frame of the piezoelectric elements 7 , 8, and each stem has double-sided cutouts for
шени их податливости. Действие измер емого давлени через мембрану 9 и силопередающие штоки передаетс на консольную балку 2, вызыва деформации раст жени - сжати пьезоэлементов 7, 8. Деформаци пьезоэлементов преобразуетс в частоту и на выходе датчика получаетс выходной сигнал в виде разности двух частот, пропорциональной давлению. 2 ил.their compliance. The action of the measured pressure through the membrane 9 and the force-sending rods is transmitted to the cantilever beam 2, causing strain elongation - compression of the piezoelectric elements 7, 8. The deformation of the piezoelectric elements is transformed into a frequency and the output signal in the form of a difference of two frequencies proportional to pressure is obtained at the sensor output. 2 Il.
Изобретение относитс к контрольно измери-тельной технике и, в частности , к датчикам, предназначенным дл измерени абсолютного давлени .The invention relates to a control technology and, in particular, to sensors for measuring absolute pressure.
Целью изобретени вл етс уменьшение погрешности измерени путем повышени термостабильности и виброударной устойчивости.The aim of the invention is to reduce the measurement error by improving thermal stability and vibro-impact resistance.
На фиг.1 изображен пьезорезонанс- ный датчик; на фиг42 - блок-схема измерени .Figure 1 shows a piezoresonance sensor; Fig. 42 is a block diagram of the measurement.
Датчик содержит корпус 1, в котором на выполненной за одно целое с ним консольной балке 2 через кварцевые бруски 3 6 закреплены пьезо- элементы 7 и 8-. Выводные концы пьезоэлементов подключены к выводам гер- моввода (не показан), прикрепленного к корпусу 1. В корпусе 1 установлена мембрана 9 с жестким центром, св занна через шток 10 с концом балки 2. Шток 10 имеет двусторонне выполненные вырезы 11, 12, повышающие его податливость. К противоположной стороне балки 2 присоединен дополнительный шток 13, также имеющий вырезы . Силоуравновешивающа система выполнена в виде двух коромысел И и 15, которые через упругие опоры 16, 17 оперты на выступы 18, 19, нацело изготовленные в корпусе 1. Силоурав- новешивающие коромысла на концах имеют балансировочные грузы 20 и 21, месторасположение которых устанавливаетс экспериментальным путем. Давление через штуцер 22 передаетс мембране 9 с жестким центром. На фиг.1 показаны технологичные отверсти , необходимые дл изготовлени в процессе фрезеровки, Силопередающие штоки 10, 13, консольна балка 2, коромысла 1, 15, упругие опоры 16, 17 выполнены за одно целое с корпусом 1 из единой заготовки.The sensor includes a housing 1 in which piezo elements 7 and 8 are fixed to a cantilever beam 2, which is made in one piece with it, a cantilever beam 2 through quartz bars 3 6. The lead ends of the piezoelectric elements are connected to the leads of a hermetic lead (not shown) attached to the housing 1. The housing 1 has a membrane 9 with a rigid center connected through the rod 10 to the end of the beam 2. The stem 10 has bilaterally cut-outs 11, 12 that increase his malleability. To the opposite side of the beam 2 is attached an additional rod 13, also having cutouts. The force balancing system is made in the form of two arms And and 15, which are supported on the projections 18, 19, resiliently supported by supports 16, 17, which are entirely made in the housing 1. The balance arms on the ends have balancing weights 20 and 21, the location of which is established experimentally. The pressure through the nozzle 22 is transferred to the membrane 9 with a rigid center. Fig. 1 shows the technological holes required for manufacturing in the milling process, Alignment rods 10, 13, cantilever beam 2, rocker arms 1, 15, elastic supports 16, 17 are made in one piece with the body 1 of a single blank.
00
5five
Пьезоэлементы 7 и 8 вход т в схему автогенераторов 23, 2k (фиг.2). Дл повышени чувствительности включены умножители 25 и 26 частоты, вы- Q ходные сигналы которых с частотами f;, и f, подаютс смесителю 27. На выходе смесител сигнал имеет частоту f/|-f2.The piezoelectric elements 7 and 8 are included in the circuit of the autogenerators 23, 2k (Fig.2). To increase the sensitivity, frequency multipliers 25 and 26 are included, the output signals of which with frequencies f; and f are fed to mixer 27. At the output of the mixer, the signal has a frequency f / | -f2.
Датчик работает следующим образом. 5 Действие давлени Р через мембрану 9 с жестким центром передаетс в виде усилий через штоки 10 и 13 к концу балки 2. Если из-за деформации балки пьезоэлемент 7 раст гиваетс и увеличивает свою частоту на величину +ДЈ, то пьезоэлемент 8 сжимаетс , уменьша свою частоту на величину -&f.The sensor works as follows. 5 The pressure P is transmitted through the rigid center membrane 9 as a force through the rods 10 and 13 to the end of beam 2. If, due to beam deformation, piezoelectric element 7 expands and increases its frequency by + DЈ, then piezoelectric element 8 compresses, reducing its frequency by magnitude - & f.
После умножителей 25 и 26 частоты автогенераторов станов тс n(f0+Af) и n(f0-&O (частота автогенераторов прин та равной Јо ), где п - коэффициент умножени . После смесител 27 частота выходного сигнала будет +n2uf. Дл получени возможности измерени как давлени , так и разрежени первоначальные частоты автогене- раторбв должны несколько отличатьс одна от другой.After multipliers 25 and 26, the frequency of the autogenerators becomes n (f0 + Af) and n (f0- & O (the frequency of the autogenerators is taken to be Јо), where n is the multiplication factor. After the mixer 27, the output signal frequency will be + n2uf. The possibilities of measuring both the pressure and the rarefaction of the initial frequencies of autogenerators should differ somewhat from one another.
Дл повышени термостабильности передние и задние стенки датчика закрывают крышками и по периметру сваривают с корпусом. После этого в замкнутом объеме пьезорезонансного датчика создаетс вакуум величиной 0 - мм рт.ст.To increase thermal stability, the front and rear walls of the sensor are covered with lids and welded around the perimeter with the housing. After that, a vacuum of 0 - mm Hg is created in the closed volume of the piezoresonance sensor.
На фиг.1 пунктиром показана втора аналогична мембрана с жестким центром , прикрепленна к корпусу и закрыта крышкой, содержащей штуцер. 5 Така конструкци уже вл етс датчиком разности давлений.In Fig. 1, the dotted line shows a second, similar membrane with a rigid center, attached to the body and closed with a lid containing a fitting. 5 This design is already a differential pressure sensor.
В предложенном датчике значительно выше термостабильность. Это обус0In the proposed sensor is much higher thermal stability. This is obus0
5five
ловлено тем, что силоуравновешиваю- щие системы в виде коромысел с балансировочными грузами имеют симметричное расположение выше и ниже балки с присоединением каждого коромысла через опоры к противоположным стенкам корпуса. Если из-за изменени температуры произойдет изменение конструктивных размеров элементов, расположенных выше и ниже пьезоэле- ментов, то деформации будут одинаковыми и это не приведет к по влению ложных выходных сигналов.This is due to the fact that force-balancing systems in the form of rocker arms with balancing weights have a symmetrical arrangement above and below the beam, connecting each rocker arm through the supports to the opposite walls of the body. If, due to the temperature change, the structural dimensions of the elements located above and below the piezoelectric elements change, the deformations will be the same and this will not lead to the appearance of spurious output signals.
II
Полна симметри силопередающей,Full of force-transmitting symmetry,
силоуравновешивающей систем по отношению к рамочной конструкции пьезо- элементов позвол ет получить устойчивое виброударное состо ние без по влени ложных выходных сигналов.A force-balancing system with respect to the piezo-element frame design allows a stable vibro-shock state to be obtained without the appearance of false output signals.
Выполнение механической части датчика из одного куска металла позвол ет исключить взаимно сдвигаемые элементы конструкции, т.е. созданна монолитность конструкции позвол ет значительно уменьшить возможный гистерезис . Так как рамочна конструкци с прикрепленными пьезоэлементами позвол ет получить достаточно высокую чувствительность, необходимость деформации мембраны с жестким центром незначительна и не превышает дес ти микрон, то возникающий гистерезис невелик и практически им можно пренебречь . При необходимости вместо гофрированной мембраны можно применить мембрану, выполненную из аморфной кварцевой пластины. В предложенной конструкции отсутствие несдвигае- до ми имеют двусторонние вырезы.Performing the mechanical part of the sensor from one piece of metal makes it possible to exclude mutually shifting structural elements, i.e. the created monolithic structure allows to significantly reduce the possible hysteresis. Since the frame structure with attached piezoelectric elements allows to obtain a sufficiently high sensitivity, the need for deformation of the membrane with a rigid center is insignificant and does not exceed ten microns, the resulting hysteresis is small and practically can be neglected. If necessary, a membrane made of an amorphous quartz plate can be used instead of a corrugated membrane. In the proposed design, the absence of shifts has double-sided cuts.
00
5five
мых деталей конструкции позвол ет значительно уменьшить возможные соответствующие погрешности.This allows us to significantly reduce the possible corresponding errors.
Предложенна конструкци изготовл етс фрезеровкой.The proposed construction is made by milling.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884438530A SU1553858A1 (en) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | Piezoresonance pressure pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884438530A SU1553858A1 (en) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | Piezoresonance pressure pickup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1553858A1 true SU1553858A1 (en) | 1990-03-30 |
Family
ID=21380490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884438530A SU1553858A1 (en) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | Piezoresonance pressure pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1553858A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5447071A (en) * | 1992-12-16 | 1995-09-05 | Hanson; Richard A. | Direct coupled pressure sensing device |
-
1988
- 1988-06-08 SU SU884438530A patent/SU1553858A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Налов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энерги , с, 176. ( ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5447071A (en) * | 1992-12-16 | 1995-09-05 | Hanson; Richard A. | Direct coupled pressure sensing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4751849A (en) | Force-sensitive resonator load cell | |
US8297124B2 (en) | Pressure sensor | |
US4838369A (en) | Load cell having digital output | |
US4479385A (en) | Double resonator cantilever accelerometer | |
US4306456A (en) | Elastic wave accelerometer | |
EP0419596B1 (en) | Accelerometer with coplanar push-pull force transducers | |
CA1232775A (en) | Fluid density measurement apparatus and method | |
US4382385A (en) | Digital differential pressure transducer | |
EP0128737A2 (en) | Vibrating quartz diaphragm pressure sensor | |
KR20030097874A (en) | Accelerometer strain relief structure | |
JPH03501531A (en) | Integrated push-pull force transducer | |
JP2004132913A (en) | Pressure-sensitive element, and pressure sensor using the same | |
US5109175A (en) | Monolithic resonator for vibrating beam force sensors | |
Ueda et al. | Precision force transducers using mechanical resonators | |
EP0855583B1 (en) | Device for measuring a pressure | |
US7444883B2 (en) | Vibrating beam force transducer | |
SU1553858A1 (en) | Piezoresonance pressure pickup | |
US4258572A (en) | Single axis crystal constrained temperature compensated digital accelerometer | |
US5663531A (en) | Electronic weighing apparatus utilizing surface acoustic waves | |
Paros | Precision Digital Pressure | |
WO2001051934A1 (en) | Temperature compensated oscillating accelerometer with force multiplier | |
CN113740560B (en) | Weakly coupled resonant acceleration sensor | |
Tilmans et al. | A novel design of a highly sensitive low differential-pressure sensor using built-in resonant strain gauges | |
JPS5856428B2 (en) | Pressure sensor using a crystal oscillator | |
Taïbi et al. | SWaP reduction for high dynamic navigation grade accelerometer based on quartz VBA technology |