SU1700401A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  давлени  газов и жидкостей. Цель - повышение чувствительности и точности , что достигаетс  введением селективной обратной св зи автогенератора 12 при помощи акустической цепи, состо щей из пьезопреобразователей 5 и 6, жидкости 4. Пьезопреобразователи размещены соосно, один на упругом чувствительном элементе, другой - на корпусе, между пьезопреибра- зовател ми размещена сетка 11, котора  подавл ет ложные сигналы и повышает селективность обратной св зи, 2 ил.

Description

фигЛ

Изобретение относитс  к приборостроению , а именно к датчикам давлени , и может найти применение в контрольно-измерительных устройствах.

Цель изобретени  - повышение чувствительности .

На фиг.1 представлена конструктивна  схема датчика давлени ; на фиг.2 - принципиальна  схема автогенератора.

Датчик давлени  состоит из корпуса 1, штуцера 2, упругого элемента 3, например мембраны, размещенной на корпусе 1, и образующей с ним объем, который соединен через штуцер 2 с объемом объекта, где измер етс  давление жидкости 4, заполн ющей объем датчика между пьезоэлектрическими преобразовател ми 5 и 6, с пьезопластинами 7 и 8, согласующими сло ми 9 и 10, толщиной п А/2, где А- длина

акустической волны в слое; п 1, 2при

этом пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6 располагаютс  соосно напротив друг- друга, один на упругом элементе 3, другой на основании корпуса 1. Рассеивающа  сетка 11 расположена в корпусе 1 между пьезоэлектрическими преобразовател ми 5 и 6. В цепи акустической отрицательной обратной св зи автогенератора 12 включена в качестве частотно-задающего элемента акустическа  цепь (лини  задержки), состо ща  из пьезоэлектрических пластин 7 и 8, преобразователей 5 и 6 с согласующими сло ми 9 и 10, жидкости 4 и упругого элемента 3,

Пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6 могут располагатьс  как внутри объема, образованную корпусом 1 и мембраной 3, так и на внешних поверхност х соответственно мембраны 3 и корпуса 1. В последнем случае пьезопластины 7 и 8 преобразователей 5 и б наход тс  непосредственно на внешних поверхност х корпуса и мембраны . В области расположени  пьезопластин толщина мембраны 3 и корпуса 1 должна быть равной

пЯ/2.

Тогда корпус и мембрана в области креплени  пьезопластин выполн ют функции акустического согласующего сло , а согласующие слои 9 и 10 отсутствуют.

В качестве автогенератора 12 может быть использован любой усилитель, охваченный положительной обратной св зью. Автогенератор 12 состоит из включенных каскадно резонансного усилител , ре ализо- ванного на транзисторе Т1, и эмиггерного повторител , реализованного на транзисторе Т2, В качестве нагрузки транзистора Т1 использован резонансный контур,

состо щий из трансформатора Тр и конденсатора СЗ, настроенный на резонансную частоту пьезопластины 8 преобразовател  6. Резисторы R1-R6 предназначены дл 

работы транзисторов Т1, Т2 в режимах по посто нному току, С1, С4, С5- разделительные конденсаторы. Конденсатор С2 образует цепь отрицательной обратной св зи по переменному напр жению в резонансном

усилителе.

Датчик давлени  работает следующим образом.

После подачи посто нного напр жени  от источника питани  на автогенератор 12

он возбуждаетс  за счет имеющегос  запаса усилени ,создаваемого транзистором Т1 и наличи  частотно-зависимой запаздывающей акустической обратной св зи, котора  включает в себ  пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6 с пьезоэлектрическими пластинами 7 и 8 и согласующими сло ми 9 и 10, нагруженными на жидкость 4.

При этом частотно-зависима  акустическа  цепь представл ет собой акустическую

линию задержки, в которой преобразовател ми возбуждаютс  акустические колебани  в жидкости, распростран ющиес  от преобразователей 5 к преобразованию 6, многократно переотража сь, Врем  однократного прохождени  акустической волны между преобразовател ми равно

,

где I - рассто ние между рабочими поверхност ми преобразователей;

v - скорость акустической волны в жидкости .

В результате амплитудно-частотна  характеристика усилител , охваченного цепью акустической обратной св зи, имеют

периодическую структуру с периодом повторени  максимумов по частоте Afi v/a и определ ет ее полосу пропускани  по нул м частотного отклика. В реальной акустической цепи обратной св зи ее полоса

пропускани  определ етс  полосой пропускани  преобразователей, котора  в первом приближении равна

Af2 f/2r,

где г

п 8

к2 ,

f - резонансна  частота пьезопластины;

К - коэффициент электромеханической св зи пьезопластины.

Дл  работоспособности датчика давлени  необходимо возбуждать автогенератор только на одной частоте, ибо только в этом случае создаетс  однозначна  зависимость

между входным сигналом (давлением) и выходным параметром (частотой)

В данном датчике давлени  за счет введени  дополнительного пьезоэлектрического преобразовани  и расположени  пьезоэлектрических преобразователей на рассто нии соосно напротив друг друга соответственно на мембране 3 и дне корпуса 1 образована акустическа  цепь обратной св зи, котора  обеспечивает одночастот- ный режим работы автогенератора 12 за счет того, что исключено пр мое попадание электрического сигнала в измерительную цепь помимо акустической цепи и цепи усилител , а выбора рассто ни  между рабочими поверхност ми преобразователей осуществл етс  в соответствии с условием 7rv1-K2

9

где f - резонансна  частота пьезопластины преобразовател ;

К - коэффициент электромеханической св зи пьезопластины;

v - скорость звука в жидкости.

Это условие означает, что полоса пропускани  должна быть меньше или равна частоте повторени , ибо только при этом условии будет обеспечено подавление всех максимумов амплитудно-частотной характеристики , кроме одного, т.е. условие одно- частотности.

Частота возбуждени  автогенератора 12 будет соответствовать частоте максимума амплитудно-частотной характеристики цепи акустической обратной св зи и определ етс  антирезонансной частотой пьезопластины .

Изменение давлени  в штуцере 2, соединенном с объемом, в котором измер етс  давление, приведет к смещению упругого элемента 3 (мембраны), вследствие чего измен етс  врем  задержки Т прохождени  акустической волны между преобразовател ми 5 и 6 в цепи обратной св зи автогенератора 12.

При этом частота выходного сигнала автогенератора 12, т.е. датчика давлени , изменитс  обратно пропорционально изменению времени задержки, т.е. фазы, а значит и давлению: Д тз А(1 /Т). Так как Т a/v, то относительное изменение частоты выходного сигнала равно:

Д{дат АI ТдатI

где AI - смещение мембраны при воздействии на нее давлени  Др; I - рассто ние между преобразовател ми;

тз - резонансна  частота колебани  автогенератора 12.

Учитыва , что в линейном приближении дл  сильфона Д m Др, где m - крэффици- ент пропорциональности, равный чувствительности упругого элемента, изменение частоты будет пропорционально изменению давлени 

Af/fe-m .

з

Отсюда чувствительность датчика давлени  равна:

S Дтз/Др глтз/.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик давлени , содержащий корпус, в котором установлены упругий чувствительный элемент и первый пьезоэлектрический преобразователь, причем внутренн   полость корпуса заполнена жидкостью, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности, в него введены второй пьезоэлектрический преобразователь, автогенератор и рассеивающа  звуковые

   волны сетка, при этом второй пьезоэлектрический преобразователь установлен на упругом чувствительном преобразователе соосно с первым пьезоэлектрическим1 преобразователем, рассеивающа  сетка установлена между первым и вторым пьезоэлектрическими преобразовател ми , которые электрически соединены соответственно с входом и выходом цепи обратной св зи автогенератора, причем

   рассто ние I между первым и вторым пьезоэлектрическими преобразовател ми выбрано в соответствии с условием

   I   v 1 - К 2

   4 f

   К

   где v - скорость звука в жидкости;

   f - резонансна  частота колебаний пла- стины пьезопреобразовател ;

   К - коэффициент электромеханической св зи пьезоэлектрического преобразовател  с жидкостью.

   Мдстическа  цепь АС фце Ј