SU1749733A1 - Пьезоэлектрический датчик давлени и способ его настройки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  быстропеременных, ударных и акустических давлений. Цель изобретени  - уменьшение погрешностей от воздействи  вибраций и повышение точности настройки во всем частотном диапазоне вибраций. Датчик давлени  содержит корпус 1, за одно целое с которым выполнена воспринимающа  мембрана 2, подушка 3 и рабочий пье- зоэлемент 4. Корпус 1 через основание 5 герметично соединен с помощью сварки с нижним корпусом 6, в котором размещен виброкомпенсирующий узел, который состоит из компенсирующей мембраны 7, виброгруза 8 и компенсирующего пьезоэлемента 9, идентичных соответственно воспринимающей мембране 2, подушке 4 и рабочему пьезоэлементу 4. Компенсирующий пьезоэлемент 9 поджат к компенсирующей мембране 7 с помощью нижнего 2 3 ь , / / (Л С 2 чэ v| OJ со

Description

основани  10 эквивалентно усилию поджа- ти  рабочего пьезоэлемента. Дл  точного задани  усили  на компенсирующий пьезо- элемент 9 введена коническа  винтова  пара , состо ща  из втулки-шестерни 11 и конического винта 12. Настройка датчика по виброкомпенсации осуществл етс  в два этапа. На первом этапе в процессе сборки датчика компенсирующий пьезоэлемент 9 предварительно поджимают к компенсирующей мембране 7 за счет резьбовой втулки- шестерни 11с усилием, эквивалентным

усилию поджати  рабочего пьезоэлемента 4. На втором этапе датчик устанавливают на вибростенд, подключают к нему измерительную аппаратуру и при воздействии на него вибрации определенной величины, регистриру  характеристики, регулируют собственную частоту компенсирующего пьезоэлемента до совпадени  с собственной частотой рабочего пьезоэлемента путем изменени  силы поджати  компенсирующего пьезоэлемента. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при конструировании и -производстве пьезоэлектрических датчиков , предназначенных дл  измерени  быст- ропеременных, ударных и акустических давлений, а также дл  измерени  параметров вибраций.

Известен пьезоэлектрический датчик давлени , содержащий корпус с мембраной и установленный внутри корпуса пьезоэлемент , выполненный в виде цилиндра. В данном устройстве с целью повышени  точности и уменьшени  вли ни  ускорени , опора пьезоэлемента в корпусе расположена в плоскости, раздел ющей цилиндр на две симметричные части 1.

Известен пьезоэлектрический датчик давлени , в котором с целью снижени  вли ни  вибраций на точность измерени  цилиндрический пьезоэлемент разделен кольцевой прорезью на внутреннюю цилиндрическую и внешнюю кольцевую части равной площади, причем на внутренней части пьезоэлемента установлен воспринимающий давление диск.

Недостатком указанных датчиков  вл етс  то, что они до конца не обеспечивают компенсацию паразитного сигнала от вибрации .

Известен пьезоэлектрический датчик давлени , содержащий корпус, в котором выполнены две камеры, в первой из которых размещен рабочий пьезоэлемент, а во второй - компенсирующий. Дл  повышени  виброустойчивости компенсирующий элемент конструктивно изолирован от действи  измер емого давлени .

Недостаток известной конструкции датчика заключаетс  в том, что рабочий пьезоэлемент находитс  в предварительно нагруженном состо нии, а компенсирующий - в ненагруженном. Это ведет к разнице собственных частот рабочего и компенсирующего элементов, к различной

чувствительности их к воздействию вибрации во всем рабочем диапазоне частот и, как следствие этого, погрешность от вибрации оказываетс  достаточно велика.

Известен способ настройки пьезоэлектрического датчика давлени  по виброкомпенсации заключающийс  в том, что пьезоэлемент в конструкции прибора размещают так, что его опора располагаетс  в

плоскости, котора  раздел ет указанный пьезоэлемент на две симметричные части. Вследствие этого, при действии ускорений в направлении оси датчика суммарный выходной сигнал датчика от действи  вибрации стремитс  к нулю, а .при действии поперечных составл ющих ускорений паразитного сигнала не возникает из-за симметрии пьезоэлемента относительно его продольной оси 1.

Недостаток известного способа заключаетс  в том, что освободить компенсирующую часть пьезоэлемента от рабочего давлени  практически до конца никогда не удаетс , а это полностью отражаетс  на точности настройки (снижает ее), кроме того, не удаетс  добитьс  полной симметрии рабочей и компенсирующей частей условно разделенного при закреплении пьезоэлемента. Известен способ настройки пьезоэлектрического датчика быстропеременных дав- лений, заключающийс  в том, что виброкомпенсирующий узел в конструкции прибора размещают отдельно от рабочего пьезоэлемента, исключа  воздействие на

компенсирующий пьезоэлемент быстропе- ременного давлени , а затем поджимают его к опорному основанию с помощью посто нного груза.

Недостатком способа  вл етс  то, что

пьезозлементы оказываютс  нагружены различными усили ми, отсюда разница собственных частот, неравномерность частотных характеристик поджатых пьезоэлементов и, как следствие, их разна 

чувствительность к вибрации.

Цель изобретени  - уменьшение погрешностей от воздействи  вибраций и повышение точности настройки во всем частотном диапазоне вибраций датчика.

Изобретение делает возможным реали- зацию двух совершенно идентичных чувствительных элементов, один из которых (основной - рабочий) воспринимает как давление , так и вибрацию, другой же (дополнительный - компенсирующий) только вибрацию, причем чувствительность к вибрации обоих пьезоэлементов при их окончательном закреплении становитс  равной, а так как между собой пьезоэлементы электрически соединены встречно, вследствие чего сигнал с пьезомодулей складываетс  в противофазе, с выхода измерительной схемы датчика снимаетс  сигнал, пропорциональный только измер емому давлению. Идентичность расположени  и закреплени  чувствительных элементов обеспечиваетс  как конструктивными признаками датчика, так и его методом настройки, обеспечивающим одинаковые усили  поджати  рабочего и компенсирующего пьезоэлементов.;

На фиг, 1 показан пьезоэлектрический датчик, общий вид; на фиг. 2 - схема настройки датчика предлагаемым способам.

Пьезоэлектрический датчик содержит корпус 1, за одно целое с которым выполне- на воспринимающа  мембрана 2, св занна  через подушку 3 с рабочим пьезоэлементом 4. Рабочий пьезоэлемент 4 защемлен между мембраной 2 и основанием 5 с определен нум усилием, завис щим от величины воз- действующего давлени  и конструктивных характеристик устройства. Корпус 1 через основание 5 герметично соединен с помощью сварки с нижним корпусом б, в котором размещен виброкомпенсирующий узел. Виброкомпенсирующий узел состоит из компенсирующей мембраны 7, котора  выполнена идентично воспринимающей мембране 2 и за одно целое с нижним корпусом 6, виброгруза 8 и компенсирующего пьезоэлемента 9, также идентичных соответственно подушке 3 и рабочему пьезоэле- менту 4. Компенсирующий пьезоэлемент 9 поджат к компенсирующей мембране 7с помощью нижнего основани  10 и резьбо- вой конической втулки-шестерни 11с усилием , близким к усилию поджати  рабочего пьеэоэлемента 4.

Дл  более точного задани  усили  на компенсирующий пьезоэлемент 9 и созда- ни  возможности настройки собранного датчика в датчик введен конический винт- шестерн  12. вход щий совместно с втулкой 11 в коническую винтовую пару. Дл  обеспечени  ее нормальной работы коническа 

передача выполнена, исход  из услови : отношение шагов резьб равно передаточному числу конической передачи, т.е. tt Za 12 Zi

где ft и Zi - соответственно шаг резьбы и число зубьев винта-шестерни 12:

t2 и Za - соответственно шаг резьбы и число зубьев втулки-шестерни 11.

Настройка датчика по виброкомпенсации проводитс  в два этапа: первый - этап грубой настройки и второй - этап точной настройки. Груба  настройка осуществл етс  в процессе сборки датчика и заключаетс  в предварительном поджатии компенсирующего пьезоэлемента 9 к компенсирующей мембране 7, за счет резьбовой втулки-шестерни 11с усилием, Эквивалентным усилию поджати  рабочего льезоэлёмента 4. Данное усилие задаётс  определенным моментом зат жки втулки 11, величина которого зависит от усили  поджати  рабочего пьеэоэлемента 4. Второй этап начинаетс  после окончательной сборки датчика. Датчик устанавливают на вибростенд, подключают к нему измерительную аппаратуру и при воздействии на него вибрации определенной величины, регистриру  характеристики с рабочего и компенсирующего пьезоэлементов во всем заданном частотном диапазоне , определ ют конкретную частоту, на которой имеетс  наибольша  амплитудна  разница. Точную настройку осуществл ют на указанной частоте, мен   за Счет поворота винта 12 усилие поджати  на компенсирующий пьезоэлемент 9 так, чтобы разница между сигналами от вибрации с рабочего и компенсирующего элементов была минимальна , После окончательной настройки винт 12 контритс  любым известным способом (сварка, пайка, клейка и т.д.), а рабочий и компенсирующий пьезоэлементы коммутируютс  с помощью электрических выводов 13 в одну общую измерительную схему.

Датчик давлени  работает следующим образом.

При действии на приемную полость датчика измер емого параметра, например бы- стропеременногодавлени ,

воспринимающа  мембрана 2 передает деформацию через подушку 3 на рабочий пьезоэлемент 4, Под действием деформации в указанном пьезоэлементе возникают зар ды , которые снимаютс  с электродов через выводы 13 и подаютс  на вторичную аппаратуру . При одновременном действии измер емого параметра и вибрации сигнал, св занный с возникновением зар дов в рабочем пьезозлементе 4 от действи  вибрации , компенсируетс  встречным сигналом от вибраций, возникающим в компенсирующем пьезоэлементе 9, в св зи с чем с выхода измерительной системы на вторичную аппаратуру (например, усилитель зар да Девиз ) поступает сигнал, пропорциональный только измер емому быстропеременному давлению.

Технико-экономическими преимуществами изобретени   вл етс  следующее: погрешность датчиков от вибрации снижена в 2,5 раза; виброэквивалент уменьшен в 2,25 раза; неравномерность частотной характеристики снижена в 2,4 раза.

Claims (2)

1. Формула изобретени  Пьезоэлектрический датчик давлени , содержащий полый корпус и основание, раздел ющее корпус на верхнюю и нижнюю части, в верхней части корпуса размещены мембрана и рабочий пьезоз емент, поджатый к мембране основанием, а в нижней части корпуса установлен компенсирующий пьезоэлемент, при этом рабочий и компенсирующий пьбзоэлементы включены электрически параллельно, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  погрешностей от воздействи  вибраций, он снабжен компенсирующей мембраной, выполненной за одно целое с нижней частью корпуса, и конической винтовой парой, выполненной в виде резьбовой втулки, сопр женной с внутренней поверхностью нижней части корпуса с возможностью перемещени  по его оси, и винта, установленного в нижней части корпуса и контактирующего с втулкой, при этом компенсирующий пьезоэлемент зажат между компенсирующей мембраной и резьбовой втулкой.
2. 2. Способ настройки пьезоэлектрического датчика давлени , включающий регулировку компенсирующего вибрации

   пьезоэлемента, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности настройки во всем частотном диапазоне вибраций, нагружают компенсирующий пьезоэлемент сосредоточенной силой, эквивалентной усилию поджати  рабочего пьезоэлемента, устанавливают датчик на вибростенд и при действии вибраций в заданном частотном диапазоне регулируют собственную частоту компенсирующего пьезоэлемента до совпадени  с собственной частотой рабочего пьезоэлемента путем изменени  силы поджати  компенсирующего пьезоэлемента .

   1

   п