SU1712803A1 - Пьезорезонансный датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к пьезорезонанс- ным датчикам, и может быть использовано дл  измерени  абсолютного давлени . Целью' изобретени   вл етс  повышение чувствительности и термостабильности. Дл  этого в датчике силопередающа  система состоит из двух мембран 2 и 10 с жестким центром.выполненных заодно с корпусом 1, и сило- передающей 3 и компенсационной 11 балок. Одними концами балки соединены с мембранами, а другими - с основанием корпуса через упругие шарниры 4 и 12. Равноплечее коромысло 7 также выполнено за одно целое через упругие шарниры 6 и 14 с балками. Центр коромысла 7 через упругий шарнир 8 соединен со стержнем 9 основани  корпуса, где со смещением от центра этой опоры с ее обеих сторон установлены два идентичных пьезоэлемента 15 и 16, которые включены в схемы автогенераторов. Работа датчика основана на преобразовании давлени  в деформацию пьезозлемен- тов, один из которых работает на сжатие, а другой - на раст жение, и преобразовании деформации пьезоэлементов в частотный выходной сигнал в виде разности двух частот. 1 ил.>&^^25U/ f5 /7 ff//ucr\ \\ \ гт/--/ -- ^' ff ^/ 22 '5 Л 25Щи г. /

Description

Изобретение относитс  к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам , предназначенным дл  измерени  абсолютного давлени . Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и термостабильности. На фиг. 1 изображен пьезорезонансный датчик, разрез; на фиг. 2 - блок-схема измерени . Корпус 1 пьезорезонансного датчика (фиг. 1) имеет форму пр моугольной призмы-коробки и содержит узлы, выполненные за одно целое с ним. Силопередающа  система состоит из первой мембраны 2 с жестким центром, силопередающей балки 3, котора  через упругий шарнир 4 соединена со стойкой 5, опирающейс  на основание корпуса 1. Балка 3 через упругий шарнир 6 соединена с концом равноплечего коромысла 7, опирающегос  через упругий шарнир 8 на стержень 9, выполненный в основании корпуса. Аналогично с силопередающей системой изготавливаетс  компенсационна  силоуравновешивающа  система, состо ща  из изготовленных за одно целое с корпусом второй мембраны 10 с жестким центром,компенсационной балки 11,одним концом выполненной за одно целое с мембраной 10. Второй конец балки 11 через упругий шарнир 12 соединен с жесткой стойкой 13, опирающейс  на основание корпуса 1. Балка 11 через упругий шарнир 14 соединена с вторым концом равноплечего коромысла 7. Р дом со стержнем 9 левее и правее оси шарнира 8 с одинаковым смещением прикреплены два одинаковых пьезоэлемента 15 и 16, опирающиес  на основание корпуса, и коромысло 7. Пьезоэлементы 15 и 16 к корпусу и коромыслу прикреплены черезкварцевые бруски 17-24. Дл  получени  термоизол ции с основанием корпуса с зазором закрепл етс  (свариваетс ) крышка 25. Давление к мембране 2 передаетс  через штуцер крышки 26. Дл  исключени  вли ни  давлени  на вторую мембрану 10 применена наглухо закрыта  крышка 27. Внутри корпуса 1 закреплена шпилька 2831 (другие не показаны), на которые прикреплены две печатные платы 32 и 33, на которых собираетс  схема измерени . Передние и задние стенки корпуса 1 закрываютс  дополнительными крышками и после окончательной настройки схемы измерени  по периметрам свариваютс  с ним. Через штуцер гермовода (не показан) внутри датчика создаетс  вакуум величиной 10 + 10 мм рт.ст. дл  повышени  термостабильности . Дл  этой цели создан вакуум в полости между крышкой 27 и мембраной 10. и Пьезоэлементы 15 и 16 вход т в схему автогенераторов 34 и 35 (фиг. 2). Дл  еще большего увеличени  чувствительности включены умножители 36 и 37 частоты, выходные сигналы которых с частотами fi и f2 подаютс  к смесителю 38. На выходе смесител  сигнал имеет частоту f i - fa. Датчик работает следующим образом. Действие давлени  Р через мембрану 2 с жестком центром в виде усили  через силопередающую балку 3 и через конец коромысла 7 передаетс  пьезоэлементам 15 и 16. Если из-за деформации пьезоэлемент 15 сжимаетс , уменьша  свою частоту на величину-Af , то пьезоэлемент 16, раст гива сь, увеличивает свою частоту на величину ч- Af. После умножителей 36 и 37 частоты автогенераторов станов тс  n(fo - А f) и n(fo + +Af) (было прин то, что частоты автогенераторов равны fo), где п - коэффициент умножени . После смесител  38 частота выходного сигнала будет ± nSAf. Дл  получени  возможности измерени  как давлени , так и разр жени  первоначальные частоты автогенераторов должны несколько отличатьс  друг от друга. Замена крышки 27 (фиг. 1) крышкой со штуцером (как это выполнено дл  крышки 26) превращает датчик в датчик разности давлений. В предлагаемом датчике чувствительность увеличиваетс  по двойному эффекту усилени  передачи усилий к пьезоэлементам 15 и 16. Коэффициент трансформации Ктр входного сигнала F, приложенного к концу балки 3 через жесткий центр мембраны 2 к пьезоэлементу 15 или 16 в виде Грез., когда в передаче участвуют плечи И, 1о, балки и плечи 12,1о2, коромысла определ етс  из KT, KT,,KTp. HJ.i где И, 1о1 и 12,1о2-длины, показанные на фиг. 1. Коэффициент трансформации в среднем можно вз ть равным 25-36 (5-6 дл  Ктр,1, и 5-6 дл  Ктр.а), сохран   приемлемые габариты датчика. В предлагаемом датчике значительно выше термостабильность. Это обуславливаетс  тем, что при изменении температуры за счет монолитности конструкции и его полной симметрии по отношению к опоре коромысла Пьезоэлементы одинаково измен ют свою частоту и на выходе не возникает ложный сигнал разностной частоты. Дополнительному повышению термостабильности способствуют также получение термоизол ционной рубашки, полученной между сило

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Пьезорезонансный датчик давления, содержащий вакуумируемый корпус с пер вой и второй мембранами и основанием, равноплечее коромысло, снабженное упругой опорой, связанной с корпусом, два пьезоэлемента, закрепленные симметрично с двух сторон упругой опоры параллельно ее оси между коромыслом и основанием корпуса, и крышку со штуцером, закрывающую вторую мембрану, причем корпус, коромысло, упругая опора и мембраны выполнены за одно целое, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и термостабильности, он снабжен силопередающей и компенсационной балками, двумя стойками, четырьмя упругими шарнирами и прикрепленной к корпусу с зазором.со стороны основания крышкой, при этом силопередающая балка одним концом связана с первой мембраной, вторым через первый упругий шарнир соединена с первой стойкой, связанной с основанием корпуса, и через второй упругий шарнир, смещенный в сторону мембраны, соединена с одним из концов коромысла, а компенсационная балка одним концом связана с второй мембраной, вторым через третий упругий шарнир соединена с второй стойкой, связанной с основанием корпуса, и через четвертый упругий шарнир, смещенный в сторону второй мембраны, соединена с вторым концом коромысла, при этом силопередающая и компенсационная балки, упругие шарниры и стойки выполнены за одно целое с мембранами, коромыслом и корпусом.