SU640154A1 - Датчик давлени с частотным выходом - Google Patents

Description

ственных изгибных колебаний упругой пластины, и электроды емкостных систем возбуждени  и регистрации колебаний, свободна  часть упругой пластины и расположенна  внутри нее жестко закрепленна  часть имеют общую ось поворотной симметрии пор дка 2 и 2п проход щих через эту ось плоскостей симметрии, а электроды емкостных систем возбуждени  и регистрации колебаний выполнены в виде 4« секторов с теми же элементами симметрии. На фиг. 1 показан предлагаемый датчик в разрезе; на фиг. 2 дано сечение А-А на фиг..1; на фиг. 3 изображена конфигураци  плоского упругого резонатора; на фиг. 4 приведена принципиальна  электрическа  схема датчика с системой самовозбуждени ; на фиг. 5 показан датчик, второй вариант; на фиг. 6, а, б представлены варианты выполнени  керамических дисков. Датчик содержит резонатор 1, выполненный в виде круглой плоской упругой пластины малой толщины с центральным отверстием 2 и с четырьм  крестообразно расположенными вырезами 3, размещенной между плоскими калибровочными шайбами 4 и керамическими дисками 5, которые вместе с пружинными прижимными щайбами 6 надеты на калиброванный участок ст жного винта 7 с центральным отверстием 8 и скреплены с помощью щтуцера 9, выполн ющего одновременно функцию ст жной пайки. Ст жной винт 7 устанавливаетс  при сборке таким образом, чтобы боковые отверсти  10 располагались против имеющихс  в резонаторе вырезов 3, через которые осуществл етс  подвод контролируемой газовой среды в рабочие камеры (капилл ры ) 11 датчика. После окончательной сборки узла чувствительного элемента выполн етс  неразъемное сочленение ст жного винта 7 и штуцера 9 с помощью сварного (лнбо па ного) щва 12. Бокова  поверхность собранного узла чувствительного элемента (т. е. керамики и резонатора) обрабатываетс  в сборе, причем в процессе этой обработки создаетс  небольшое заглубление кромки 13 резонатора относительно боковой поверхности керамических дисков 5. Благодар  этому исключаетс  возможность механического контакта свободной кромки 13 резонатора в процессе его колебаний с боковой стенкой защитного кожуха 14. В собранном узле просверливаютс  также отверсти  15, служащие дл  прокладки проводников 16, с помощью которых электроды 17 систем возбуждени  и регистрации колебаний резонатора включаютс  в электрическую схему датчика. Электроды 17, имеющие в плане форму секторов (фиг. 2), нанос тс  в виде провод щего покрыти  на внешние стороны керамических дисков 5. При сборке узла чувствительного элемента керамические диски 5 ориентируютс  относительно резонатора 1 таким образом, чтобы изол ционные просветы 18 между электродами 17 располагались против вырезов 3 (фиг. 3) резонатора 1, Узел чувствительного элемента в сборе монтируетс  внутри защитного кожуха 14, с которым он сочлен етс  с помощью сварного шва 19. Кожух 14 закрываетс  крышкой 20 с двум  гермовводами 21, с помощью которых датчик включаетс  в электрическую схему системы самовозбуждени . Сочленение кожуха 14 с крышкой 20 также осуществл етс  с помощью сварного шва 22. Описанна  конструкци  датчика характеризуетс  числом /г 2 узловых диаметров и имеет одну общую ось поворотной симметрии четвертого пор дка (2п 4) и четыре плоскости симметрии. Принципиальна  электрическа  схема датчика с системой самовозбуждени  изображена на фиг. 4. Электроды 17 через высокоомные сопротивлени  23 соедин ютс  с источником 24 посто нного смещени , а через разделительные емкости 25 - с входом 26 и выходом 27 усилител  (электронного блока) 28 системы самовозбуждени . Величина сопротивлений 23 выбираетс  таким образом, чтобы посто нна  времени RC-цепочки , включающей одно из сопротивлений 23и емкость, образованную группой из четырех параллельно подключенных к этому сопротивлению электродов 17 и резонатором 1, была значительно больще полупериода колебаний резонатора. Назначение разделительных емкостей 25 состоит в предохранении усилител  28 от попадани  на его вход 26 и выход 27 относительно высокого посто нного напр жени  UQ от источника 24посто нного смещени . Датчик с системой самовозбуждени  представл ет собой электромеханическую автоколебательную систему с частотой, близкой к собственной частоте веерной формы изгибных колебаний резонатора с двум  узловыми диаметрами. В рассматриваемом случае собственна  частота веерной формы изгибных колебаний определ етс  по формулам Eh I Кр Кр -(-f+-f + V LI /-2 / ( + /); .}; -f Е - модуль упругости магде териала резонатора; h. - толщина резонатора;

р - массова  плотность материала резонатора; RI - внешний радиус резонатора;

- радиус окружности защемлени  резонатора; Р - измер емое давление; V - объем рабочей камеры

датчика;

5 - площадь резонатора; КЕ,, Кр - безразмерные коэффициенты , завис щие от отношени  LI/LZ и от коэффициента Пуассона |х материала резонатора .

Система возбуждени  колебаний резонатора образована четырьм  накрестлежащимп электродами 17 (по два с каждой стороны резонатора), подключенными (через разделительную емкость 25) к выходу 27 усилител  системы самовозбуждени  28.

При подаче на эти электроды переменного напр жени  они создают перпендикул рную к плоскости резонатора распределенную возбуждающую силу, направление которой измен етс  на обратное при переходе через каждый из четырех узловых радиусов . Указа11на  сила вызывает раскачку изгибных колебаний резонатора. При этом на других четырех электродах системы съема (образующих такую же накрестлежащую Конфигурацию, как и электроды системы возбуждени , но повернутую на угол 90°) возникает электрический сигнал той же частоты с амплитудой, пропорциональной амплитуде механических колебаний резонатора . Этот сигнал поступает (через разделительную емкость) на вход 26 усилител  28 системы самовозбуждени . С выхода 27 этого усилител  усиленный сигнал вновь подаетс  (через другую разделительную емкость) на группу из четырех возбуждающих электродов 17, обеспечива  тем самым незатухающие колебани  резонатора.

Датчик, показанный на фиг. 5, отличаетс  от датчика, изображенного на фиг. 1, отсутствием герметичного корпуса. В этом варианте герметизаци  рабочих камер 11 датчика осуществл етс  с помощью цилиндрической обоймы 29, котора  соедин етс  с керамическими дисками 5 посредством па ных швов 30. Датчик включаетс  в электрическую схему системы самовозбуждени  с помощью электрических выводов 31, подпа нных к электродам 17. В отличие от предыдущего варианта в данном случае отверстие 8 ст жного винта 7  вл етс  глухим .

На фиг. 6 представлены возможные конфигурации обращенной к резонатору поверхности керамических дисков 5, пригодные дл  обоих вариантов конструкции датчика .

Теоретически более предпочтительной  вл етс  конфигураци , показанна  на фиг. б, а, однако в технологическом отнощении втора  конфигураци  (с плоской поверхностью ) значительно проще. Дл  увеличени  крутизны осуществл емых электродами 17

10 системы самовозбуждени  преобразований «перемещение резонатора - электрический сигнал и «электрический сигнал - возбуждающа  сила керамические диски 5 следует изготавливать из керамики с высокой

5 диэлектрической проницаемостью (например , из титаната бари ).

Возбуждение в резонаторе датчика динамически сбалансированной формы колебаний при условии закреплени  резонатора

0 в окрестности естественной узловой точки позвол ет существенно повысить добротность его коле.бательной системы и практически полностью устранить чувствительность датчика к воздействию вибрационных

5 ускорений.

Таким образом, значительно расшир етс  диапазон внешних условий, в которых может использоватьс  описываемый датчик.

Claims (2)

1. QФормула изобретени 

   Датчик давлени  с частотным выходом, содержащий резонатор в виде плоской упругой пластины, жестко закрепленной по части поверхности и раздел ющей внутренНИИ объем датчика на две сообщающиес  с контролируемой газовой средой зеркально симметричные пневмокамеры, с посто нными времени, превышающими полупериод собственных изгибных колебаний упругой

   0 пластины, и электроды емкостных систем возбул дени  и регистрации колебаний, о тличающийс  тем, что, с целью обеспечени  динамической сбалансированности датчика и устойчивости его к вибрации пу5 тем возбуладени  веерных изгибных колебаний резонатора с числом п узловых диаметров , свободна  часть упругой пластины и расположенна  внутри нее жестко за- кренленна  часть нмеют общую ось поворотной симметрни пор дка 2 и 2п проход щих через эту ось плоскостей симметрии, а электроды емкостных систем возбуждени  и регистрации колебаний вынолнены в виде 4/г секторов с теми же элементами симмет5 рии.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 427256, кл. G OIL 11/00, 1966.

   0
2. 2. Авторское свидетельство СССР № 228992, кл. G OIL 11/00, 1972.

   6 3 20Ю fS

   I I

   12

   /4

   fS

   Фиг.з

   28

   25

   Фиг. 25

   / // 56

   .5

   а)