SU883681A1 - Датчик давлени с частотным выходом - Google Patents

Description

.V .

Изобретение относитс  к информационно-измерительной технике и предназначено дл  измерений абсолютных давлений газовых сред.

Известны датчики Давлени , содержащие колебательную систему в виде упругой мембраны, котора  установлена в корпусных детал х и расположена между двух электростатических преобразователей, служащих дл  возбуждени  и съема колебаний мембраны 1 ..

Недостатком указанных датчиков  вл етс  сильное взаимодействие ко- лебательной системы с корпусными детал ми и возбувдение в последних побочных механических резонансов, снижающих точность измерени  давлени .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому  вл етс  устройство датчика давлени , содержащее корпус с установленным в нем пьезоэлектрическим резонатором с электродами, выполненным в виде пластины, закрепленной в узлах сто чей волны собственных изгибных колебаний , систему возбуждени  колебаний 2 .

Недостатком известного технического решени   вл етс  нелинейность . функциональной зависимости квадрата частоты датч,ика от измер емого давлени , снижгиоща  точность измерений, Целью изобретени   вл етс  повы :Шение точности измерений.

Указанна  цель достигаетс за счет того, что между поверхност to ми пьезоэлектрического резонатора и внутренними поверхност ми корпуса образован целевой зазор/ величина которого выбрана из вьо ажени 

А 2-f7/ir ,

15

где (Л - величина зазора;

V кинематический коэффициент

в зкости газовой среды; f - рабоча  частота.

20 Дьезоэлектрический резонатор размещен на подложке, толщина которой выбираетс  из услови  .(СЩ ), ,где h - толщина подложки;

Сщ - скорость звука в газовой сре25 де;

С - скорость распространени  njioдо дольных колебаний в материале подложки. На фиг. 1 и 2 изображен чувстви30 тельный элемент, содержащий пьезоэлектрический резонатор; на фиг.З схема его подключени  к системе воз буждени  колебаний датчика.

Пьезоэлектрический резонатор содержит подложку 1, элементы креплени  2, корпусную рамку 3, электроды 4 и 5, проводники б и 7, пьезопреобразователи 8. Элементы креплени  2 изготовлены за одно целое с подложкой 1 и корпусной рамкой 3 из материала со стабильными механическими свойствами, например цз сита1Лла или кварца, и расположены на лини х , соответствующих узлам сто чей волны собственных изгибных коле баний пьезоэлектрического резо .натора (на фиг.1 пунктирные линии дл  1-ой моды изгибных Колебаний ). Проводники 9 и 10 служат дл  подсоединени  пьезоэлектрического резонатора к системе возбуждени  и. съема колебаний датчика (фиг.З).

Пьезоэлектрический резонатор установлен в чвствительном элементе датчика (фиг.2) между корпусными детал ми 11, противолежащие поверхности которых образуют внутренний объем датчика, состо щий из щелевых эазоров JL12 и канала 13, опо сывающего подложку 1 резонатора по периметру . Внутренний объем датчика сообщаетс  с измер емой средой с помощью вставок 14, выполненных из проницаемого дл  газовой среды материала , например из пористой керамики или стекла. Отдельньое элементы Чувствительного элемента соединены между собой, например склейкой или пайкой.:

Чувствительный элемент датчика может быть помещен в герметичный корпус (не показан), снабженный штуцером дл  .подсоединени  к исследуемому газовому объему, а также содержащий электрические гермовыводы дл  соединени  проводников 9 и 10 со схемой возбуждени  и съема колебани датчика.

Схема возбуждени  и съема колебаний (фиг.З)  вл етс  схемой автогенератора , в цепь обратной св зи которого включен пьезоэлектрический, резонатор. Пьезопреобразователи 8 с помощью внешних проводников 10 подключены один ко входу, а другой к входу «усилител  15 с высоким входным .сопрртивлением. Выход усилител  15 |подкЛючен также ко входу схемы ав .тометйгческой регулировки усилени  1 усилител  15, выход которой, в свою очередь, подключен к управл ющему входу усилител  15. Внешние проводники 9 пьезопреобразователей 8 соединены электрически с корпусом датчика . Блок питани  17 обеспечивает электропитание всей схемы. Выходной частотный сигнал датчика снимаетс  выхода усилител  15.

Работа датчика происходит следующим образом.

При в лючении напр жени  питани  происходит самовозбуждение датчика на частоте собственных резонансных колебаний чувствительного элемента. При этом сигнал с приемного электрода 5 одного из п.ьезопреобразователей 8 через проводники 9 и 10 поступает на усилитель 15, где усиливаетс  в необходимое число раз и поступает на возбуждение изгибных колебаний подложки 1 через противоположную пару проводников 9 и 10 на электрод 5 другого пьезопреобразовател  8. Одновременно с этим сигнал с выхода усилител  15 поступает на вход схемы 16, где формируетс  управл ющий сигнал дл  регулировки коэффициента усилени  усилител  15, в соответствии с условием самовозбуждени , что обеспечивает генерирование колебаний в пределах динамического диапазона этого усилител  и исключает нелинейное ограничение выходного сигнала датчика.

Изменение давлени  в контролируемой газовой среде, проника  сквозь пористые вставки 14, приводит к изменению резонансной частоты колебаний пьезоэлектрического резонатора и, соответственно, частоты выходного сигнала датчика.

Размеры подложки 1 выбраны из услови  превышени  скорости изгибных колебаний в ней над скоростью звука в газовой среде щелевого зазора, что приводит к следующей формуле определени  толщины подложки: 2.

Ь7Т/3

где h С

толщина подложки; скорость звука в газовой среш , де; С

скорость распространени  продольных колебаний в материале подложки; рабоча  частота.

f При выполнении этого услови  процессы сжати -разр жени  газовой среды в зазорах 12 под действием изгибных колебаний пьезорезонатора оказыВсцотс  одномерными (в направлении колебаний подложки).

При изготовлении щелевых зазоров 12 размером пор дка толщины сло  в зкого трени  и, в частности, в пределах удвоенной глубины проникани  в зкой волны, также обеспечиваетс  одномерность процесса сжатийразр жений газовой среды в зазорах 12 при колебани х пьезоэлектрического резонатора. Дл  этого величина щелевого зазора 12 необходимо выбирать из выражени 

Claims (2)

1. € где d величина зазбра; V - кинематический коэффициент I в зкости газовой среды; f 4 рабоча  чатота. Выполнение рекомендаций по выбору толщины подложки 1 пьезоэлектрического резонатора : и величины щелевых зазоров 12 позвол ет обеспечить одномерность процесса сжатийразр жений газового объема а контро лируемой среды как на низких,так и высоких частотах/ что значительно расшир ет диапазон измер емых давле ний и повышаетс  точность их измере ний . Описанный датчик обеспечивает исключение искажений функциональной зависимости выходной частоты от измер емого давлени  за счет отсутстви  воздействий колебающейс  подлож ки 1 на корпусные детали, и, как следствие, повышение точности измерений . Формула изобретени  1. Датчик давлени  с частотным в . ходом, содержащий корпус с установленным в нем пьезоэлектрическим резонатором с электродами, выполненны : . в виде пластины, закрепленной в узлах сто чей волны собственных изгибных колебаний, систему возбуждени  колебаний, отлича)ощий. - с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, между поверхност ми пьезоэлектрического резонатора и внутренними поверхност ми корпуса образован щелевой зазор, величина которого выбрана из выражени  где / - величина зазора; V - кинематический коэффициент в зкости газовой среды; f - рабоча  частота, а пьезоэлектрический резонатор размещен на подложке, толщина которой выбираетс  из услови : . где h - толщина подложки; Сц. - скорость звука в газовой среС - скорость распространени  продольных колебаний в материале подложки. Источники информации, прин тые во .внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 691705, кл. G 01 L 11/60, от 20.06.77.
2. 2.Авторское свидетельство СССР Щ 647568, кл. q 01 L 9/08, 01.06,77 (прототип).