Пьезоэлектрический манометр

 

щ ГЩ „80 тфХМН ЯА 1 фи 1котеие. МБА

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»779829

Ф

"Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.11.78 (21) 2683021/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.80. Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 15 . 11 . 80 (51) М. Кл.з

G 01 -L 9/08

Государственный комитет

СССР по делам нзооретеиий и открытий (53) УДК 5 31 . 78 7 (088.8) (72) Авторы изобретения

A. И. Трофимов и О. С. Шмитов

Отделение Р 1 Томского ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАНОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной. техники, в частности к области измерения давлений и перепадов давлений, и может использоваться для связи объектов технологического контроля с управляющими вычислительными комплексами автоматизированных систем управления .

Известны пьезоэлектрические манометры, в которых пьезоэлемент соединен с генератором электрических колебаний и измерительным прибором 11).

Измеряемое. давление прикладывается к пьезоэлементу через демпфирующие прокладки,или через мягкие обо- 15 лочки. Эти манометры позволяют измерять статическое давление.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пьезоэлектрический манометр, содержа- 20 щий корпус, пьезопреобразователь, электрический генератор, измеритель выходного сигнала и воспринимающий давление элемент 2j.

Генератор возбуждает пьезоэлемент 25 на резонансной частоте радиальной моды колебаний . Измеряемое давление через мягкую оболочку сжимает пьезоэлемент, уменьшая амплитуду его механических колебаний и соответствен- 30

2 но выходное напряжение, Фиксируемое измерительным прибором. Данный пьезоэлектрический манометр применяется для измерения динамических и статических давлений .

К недостаткам известного манометра следует отнести то, что манометр имеет аналоговый выход и следовательно для согласования его с ЦВМ в автоматизированных системах необходимы специальные преобразователи .

Кроме того, у известного пьезоэлектрического манометра ограничен диапазон измерения давлений в области больших значений .

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых"давлейий и обеспечение импульсного выходного сигнала.

Для достижения указанной цели в известное устройство введен мультивибратор, выполненный в виде блока из двух шестерен разного диаметра, упругого элемента, взаимодействующего с большей шестерней, и зубчатой рейки, взаимодействующей с меньшей шестерней и шарнирно соединенной с воспринимающим давление элементом, а пьезопреобраэователь выполнен в виде двух пьезоэлементов, жестко сое779829 диненных соответственнО с входными сечениями двух конических концентраторов, точка сочленения вершин которых соединена с упругим элементом мультипликатора.

На чертеже изображена схема пьезоэлектрического манометра.

Устройство содержит герметичныи корпус 1, закрепленные в нем мембранные блоки 2, 3 и кронштейн 4 с двумя установленными в нем коническими концентраторами 5 и 6, к точКе сочленения вершин которых присоединен гибкий упругий элемент 7, контактирующий с зубьями выходной шестерни 8 множительйо-йередаточного — йеханиэма (мультипликатора), входной элемент t5

9 которого входит в зацепление с зуб.чатой рейкой 10, шарнирно соединенной с центрами мембранных блоков 2, 3.

При этом к входным сечениям концентраторов 5, б жестко присоединены пье- 2О зоэлементы 11 и 12, электроды которых включены в схему автогенератора 13.

Устройство работает следующим образом.

Подача измеряемого перепада давле- 25 ния в мембранные блоки 2 и 3 приводит к линейному перемещению рейки 10, которое преобразуется в угловое перемещение входного элемента 9 мультипли- катора, усиливается мультипликатором в соответствии с его передаточным числом и передается на гибкий упругий элемент 7 его выходной .(задающей) шестерней 8 в виде последовательности чередующихся состояний наличия и от— сутствия контакта. Точка сочленения вершин концентраторов 5 и 6, к которой присоединен гибкий упругий элемент

7, является местом максимальной концентрации ультразвуковой энергии, циркулирующей в звуководе включенного 4р в схему автогенератора 13 пьезотрансформатора, образованного пьезоэЛемен- " тами 11, 12 и встречно включенными . концентраторами 5 и б переменного се чения и отличающегося высокой чувстви-45 тельностью к состоянию свободного конца гибкого упругого элемента 7, реализующего операцию "счета" числа зубьев выходной шестерни 8 мультипликатора.

Наличие контакта упругого элемента 7 с задающей шестерней 8 приводит к скачкообразному изменению акустического сопротивления звуковода (то есть к резкому изменению коэффициента трансформации пьезотрансформатора) 55 и к срыву генерации автогенератора

13. В отсутствие контакта генерация Восстанавливается за счет мягкого режима возбуждения автогенератора 13.

Таким образом, на выходе автогенера- д) тора 13 возникает последовательность

"прямоугольных-синусоидально заполненных импульсов, количество которых является мерой контролируемого перепада давлений и фиксируется измерительным прибором.

Использование релейного режима работы пьезоэлектрического преобразова теля существенно снижает требования к стабильности температурных и ваеменных характеристик используемых в устройстве пьезоматериалов и повышению точности измерения .

Наличие практически полной механической развязки пьезоэлементов от точек приложения измерительных усилий позволяет-" существенно расширить диапазон измеряемых перепадов давлений без изменения геометрии пьезопреобразователя, так как диапазон измерения определяется характеристиками мембранных блоков.

Кроме того, наличие импульсного выхода (формирование и нормализация счетных импульсов из прямоугольных синусоидально заполненных, имеющих место на выходе автогенератора 13 в рабочем режиме, легко реализуется стандартными приборными средствами) облегчает сопряжение измерительного прибора с нашедшими в настоящее время широкое применение в автоматизации технологических процессов цифровыми управляющими машинами .

Формула изобретения

Пьезоэлектрический манометр, содержащий корпус, пьезопреобразователь, подключенный к генератору, измеритель выходного сигнала и воспринимающий давление элемент, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давлений и обеспечения импульсного выходного сигнала, в -него введен мультипликатор, выполненный в виде блока из двух шестерен разного диаметра, закрепленных на одной оси, упругого элемента, взаимодействующего с большей шестерней, и зубчатой рейки, кинематически связанной с меньшей шестерней и шарнирно соединенной с воспринимающим давление элементом, а пьезопреобразователь выполнен в виде двух пьезоэлементов, жестко соединенных соответственно с входными сечениями д(Вух конических концентраторов, точка сочленения" вершин которых соединена с упругим элементом мультипликатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 315963, кл. G 01 L 1/16, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 508699, кл .G 01 L 9/08, 1975 (npo

"тотип).

779829

Pg

Составитель И. Петрашень

Редактор М. Кузнецова Техред Т.Маточка . Корректор Г. .Решетник

Эаказ 93 6 Тираж 10 9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r Ужгород, ул . Проектная, 4