Датчик давления
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
G 01 1 9/08 с присоединением заявок 9 2128868, 2313085 2360699 (23) Приоритет 2316352
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открыти й
Опубликовано 15.0680. Бюллетень ¹ 22
Дата опубликования описания 20. 06. 80 (53) УДК 531. 787 (088. 8) (72) Авторы изобретения
В. Р. Варданян и С. 3. Мамян
Ереванский политехнический институт им. К. Маркса (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к датчикам давления.
Известны датчики давления, содержащие корпус, мембрану и пьезоэлемен- 5 ты (1) . Недостатком датчиков является большая погрешность при регистрации медленно протекающих процессов.
Известны также датчики давления, содержащие корпус, силопередакщую систему в виде мембраны с жестким центром, выполненного за одно целое с ним толкателя и полки, а также электромеханические преобразователи деформации в элекгрический сигнал, зажатые между корпусом и полкой с обеих ее сторон и выполненные в виде упругих цилиндров с тенэорезисторами (2). Эти датчики являются аналоговыми преобразователями и не обеспечивают высокой точности. Из-за низtcoA. собственной частоты упругих цилиндров быстродействие датчиков недостаточно.
В предлагаемом датчике с целью повышения точности измерений и быстродействия электромеханические преобразователи деформации в электрический сигнал выполнены в виде пьезоре- 39 зонаторных преобразователей, а полка жестко соединена с толкателем. Кроме того, полка может быть выполнена за одно целое с толкателем. Пьеэореэонаторные преобразователи выполнены в виде пьезопластин, распределенных на пары, в каждой из которых они расположены с противоположных сторон полки и контактируют узкими гранями с упорными стойками, размещенными на полке. Одна из пьезопластин. каждой пары включена во времяэадающую цепь автогенератора, а другая — последовательно с выходом автогенератора. С целью повышения чувствительности с одной из сторон полки между пьеэопластинами и корпусом закреплена дополнительная полка и пара пьезопластин, контактирующая с дополнительной полкой и корпусом противоположными узкими гранями. Кроме того, пьезорезонаторные преобразователи выполнены в виде размещенных с обеих сторон полки пар упругих кольцевых элементов с закрепленными внутри в диаметральной плоскости пьезореэонаторами, причем в каждой паре плоскость одного из пьезорезонаторов параллельна а плоскость другого перпендикулярна плоскости мембраны.
741077
На фиг. 1 представлен датчик давления в разрезе; на фиг. 2 и 3 приведены схемы включения пьезорезонаторов в радиотехническую схему; на фиг. 4 — вариант датчика повышенной чувствительности; на фиг. 5 — вариант датчика с электромеханическими преS обраэователями в виде упругих кольцевых элементов, содержащих пьезорезонаторы.
Датчик содержит корпус 1 и силопередающую систему в виде мембраны
2 с жестким центром, выполненным за одно целое с толкателем 3, и полки
4. Полка 4 жестко соединена с толкателем 3 и может быть выполнена за одно целое с ним. 15
Между корпусом 1 и полкой 4 с обеих ее сторон с помощью шайбы 5 и втулки 6 зажаты электромеханические преобразователи деформации в электрический сигнал, выполненные в виде 20 пье зоре зонаторных преобразователей.
Пьезорезанаторные преобразователи могут представлять .собой пластины, распределенные на пары 7, 8 и 9, 10, в кажцой из которых они расположены с противоположных сторон полки и контактируют узкими противоплож-ными гранями с полкой и корпусом.
Плоскости пластин, разделенных пол-. кой, перпендикулярны. На полке 4 с обеих ее сторон размещены пары упор- 39 ных стоек 11, одна из которых выполнена с винтом 12. Пластины контактируют со стойками другими узкими гранями. Между стойками ll и пластиной
8 установлены изоляторы 13. К кор- 35 пусу прикреплена плата 14 с радиотехнической схемой, размещенная в экране .
В варианте включения на фиг. 2 одна из пластин кажцой пары 7 и 9 присоединена к времязадающим цепям автогенераторов 15, 16 соответствеино, а другие-8 и 10 включены последовательно с выходами автогенераторов в цепи пьезоэлектрических фильтров с резисторами 17, 18. Выходы
45 фильтров 19 и 20 соединены с балансным усилителем 21 и регистратором 22.
Пье зоре зонаторные преобразователи р имеют подстроечные конденсаторы С, -С, В варианте включения на фиг. 3 пластины включены в схемы автогенераторов 2 3-26 выходы которых. попарно .соединены со смесителями 27, 28. Смесители 27, 28 включены на вход оконеч ного смесителя 29, соединенного с частотным дискриминатором 30 и регистратором 31.
В варианте датчика повышенной чувствительности на фиг. 4 между пьезо- 46 пластинами 8, 10 и шайбой 5 закреплена дополнительная полка 32 и пара пьезопластин 33, 34. Пьезопластины включены в систему измерений по диффе ре нци аль но и схеме . 65
В варианте датчика на фиг. 5 пьезорезонаторные преобразователи выпол нены в виде пар упругих кольцевых элементов 35, 36 и 37, 38 с закрепленными внутри в диаметральной плоскости пьезорезонаторами 39, 40 и 41, 42 сОответственно. В каждой паре плоскость одного из пьезорезонаторов параллельна, а плоскость другого перпендикулярна плоскости мембраны 2.
Датчик давления работает следующим образом.
С помощью винтов 12 производят настройку частоты пьезорезонаторов.
При действии давления мембрана 2 через толкатель и полку вызывает деформации противоположного знака у пьезорезонаторов каждой пары, в результате чего изменяются их собственные частоты. В датчике, включенном по схеме на фиг.
2, сигналы автогенераторов 15, 16 с зависящей от величины давления. частотой модулируются по амплитуде при прохождении через пьезоэлектрические фильтры, детектируются с помощью детекторов, усиливаются в балансном усилителе 21 и фиксируются регистратором 22.
В датчике, включенном по схеме на фиг. 3, изменения частоты пьезорезонаторов суммируются при помощи смесителей 27 — 29., преобразуются в частотном дискриминаторе 30 и регистрируются прибором 31, Датчик обеспечивает высокую чувствительность, которую можно регулировать изменением числа пьезорезонаторов.
Повышению быстродействия способствует непосредственная передача действующей нагрузки от силопередающей системы к пьезорезонатору без промежуточных звеньев и жесткая конструкция силопередающей системы. Выполне ние пьезорезонаторов с упругими кольцевыми элементами упрощает сборку и настройку датчика.
Формула изобретения
1. Датчик давления, содержащий корпус, силопередающую систему в виде мембраны С жестким центром, выполненного за одно целое с ним толкателя и полки, а также электромеханические преОбразователи деформации в электрический сигнал, зажатые между корпусом и полкой с обеих ее сторон, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения "".î÷íîñòè измерений и быстродействия датчика, электромеханические преобразователи деформации в электрический сигнал выполнены В виде пьезорезонаторных преобразователей, а полка жестко соединена с толкателем.
2. Датчик по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что полка выполнена за одно целое с толкателем.
3. Датчик по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что пьезорезонаторные
741077
15 преобразователи .выполнены в виде пьеэопластин, распределенных на пары, в каждой иэ которых о и расположены с противоположных сторон полки и контактируют узкими гранями с упорными стойками, размещенными на полке.
4. Датчик по п, 3, о т л и ч а ю шийся тем, что одна из пьезопластин каждой пары включена во времязадающую цепь aeToreHepaTopa, а другая — последовательно с выходом авто генератора.
5. Датчик по п. 3, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, с одной из сторон полки между пьезопластинами и корпусом закреплена дополнительная полка и пара пьезопластин, контактирующая с дополнительной полкой и корпусом противоположными узкими гранями.
6.Датчик поп.1,отличао шийся тем, что пьезорезонаторные преобразователи выполнены в виде размещенных с обеих "торон полки пар упругих кольцевых элементов с закрепленными внутри в диаметральной плоскости пьезорезонаторами, причем в каждой паре плоскость одного иэ пьезорезонаторов параллельна, а плоскость другого перпендикулярна плоскости мембраны, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Агейкин Д. М, и др ° Датчики контроля и регулирования. М. Машиностроение, 1965, с. 619.
2. Агейкин Д. И. и др, Датчики контроля и регулирования. М., Машиностроение, 1965, с. 65-66 (прототип).
