Датчик давления

Датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус, в .котором закреплена мембрана , связанная через толкатель с пьезопластиной , на которой размещены пьезорезонаторы, о т л .и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции пьезопластина снабжена прорезью , ось которой совпадает с осью симметрии, проходящей вдоль межрезо-. наторного участка, и жестко закреплена по сторонам, параллельшлм указанной оси и по точкам двух других сторон, лежап1им по той же оси, а толкатель размещен в прорези пьезопластины и выполнен с двумя противоположно направленш 1ми плечами, контактирующими соответственно с верхней и нижней поверхностя1«1 пьезопластины , причем толщина пьезопластины удовлетворяет следующему соотношению (, где S;, - расстояние одной из контактирующих поверхностей толка (Л теля до мембраны; Зл расстояние другой из конс тактирукндих поверхностей толкателя до мембраны. ел Сдд СО СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1051395

3(5в G 01 1 9/08,4F

C.",;, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Р;:. .

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ д )5 -52, (21) 3520832/18-10 (22) 13.12.82 (46) 30.10.83. Бюл. У 40 (72) С.З. Иамлн (71) Ереванский политехнический институт им. К. Иаркса (53) 531.787(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .У 595642, кл. Q 01 1 9/08, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 636493, кл. Q Ol L 9/08, 1977 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус, в котором закреплена мембрана, связанная через толкатель с пьезопластиной, на которой размещены пьезорезонаторы, о т л и ч а ю щ и йс л тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конст рукции пьезопластина снабжена прорезью, ось которой совпадает с осью .симметрии, проходящей вдоль межрезонаторного участка, и жестко закреплена по сторонам, параллельным указанной оси и по точкам двух других сторон, лежацим по той же оси, а толкатель размещен в прорези пьезопластины и выполнен с двумя противоположно направленными плечами, контактируюцими соответственно с верхней и нижней поверхностями пьезопластины, причем толцина пьезопластины удовлетворяет следующему соотношению где S — расстояние одной из контак- Ф

1 е тируюцих поверхностей толкателя до мембраны;

S — расстояние другой из кон2 тактирующих поверхностей С» толкателя до мембраны.

Ю\

1051395

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к пьезорезонаторнъм датчикам давления.

Известен датчик давления, содержащий корпус, мембрану, толкатель и пьезорезонаторы 1 ).

Однако чувствительность, термоустойчивость и быстродействие датчика невысоки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является датчик давления, содержащий корпус, в котором закреплена мембрана, связанная че;

1 рез толкатель с пьезопластиной на которой размещены пьезорезонаторы (2$.

Однако в датчике наличие толкателя в виде рамки и балок Z-образной формы, размеры которых определяются размерамн пьеэопластины, приводят к увеличению приведенной массы чувствительных элементов (пьезорезона-. торов), вследствие чего не обеспечивается высокое быстродействие. Значительная часть действующего дав.ления в укаэанном датчике идет на де формацию толкателя в виде рамки и балки Z-образной формы, в связи с чем он не может регистрировать малые массы давления, т.е. имеет определенный порог чувствительности. Чувствительность этого датчика зависит от отношения плеч Z-образной балки.

Для повышения чуствительности в указанной конструкции необходимо увеличить размеры плеч балки, что приведет к дополнительному ухудшению частотных свойств и к уменьшению разрешающей способности и точности датчика. Кроме того, конструция датчика сложна.

Цель изобретения — повышение чувствительности и упрощение конструкции датчика давления. .Поставленная цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус, в котором закреплена мембрана, связанная через толкатель с пьеэопластиной, на которой размещены пьеэорезонаторы, пьезопластина снабжена прорезью, ось которой совпадает с осью симметрии, проходящей вдоль меарезонаторного участка, и жестко закреплена по-сторонам, параллельным укаэанной оси и по точкам двух других сторон, лежащих на той же оси. а толкатель размещен в прорези

10

20 жена прорезью 4, ось которой совпа25

55 пьезопластины и выполнен с двумя противоположными направленными плечами, контактирующими соответственно с верхней и нижней поверхностями пьезопластины, причем толщина пьезопластины удовлетворяет следующему соотношению д)S1 52 где S — расстояние одной из контактирующих поверхностей тол-. кателя до мембраны;

S — расстояние другой из кон2 тактирующих поверхностей толкателя до мембраны.

На фиг. 1 изображен датчик давления ° общий вид; на фиг. 2 — разрез

А-й на фиг. 1.

Пьеэопластина 1, ka которой раз- мещены пьезорезонаторы 2 и 3, снабдает с осью 5 симметрии, проходящей вдоль межреэонаторного участка пьезопластины 1. Пьезопластина 1 жестко закреплена на корпусе 6 по сторонам 7, 8 и по точкам 9 и 10 двух других сторон. В прорези 4 размещен толкатель l l связанный с мембраной 12. Толкатель ll снабжен двумя противоположно направленными плечами 13 и 14. Расстояние между верхней частью плеча 13 и нижней частью плеча 14 меньше толщины пьезопластины 1. Толкатель 11 закреплен в ньезопластине 1. Так как разность между расстояниями контактирующих сторон плеч толкателя до мембраны S -S меньие толщины сГпьеэопластийы 1, то левая н правая части пьезопластины смещены гак, что оси пьезорезонаторов 2 и 3 с осью пьезопластины образуют угол о, т.е..при помощи толкателя 11 обеспечено предварительно напряженное состояние пьезорезонаторов 2 и 3 (оба пьезорезонатора находятся в растянутом состоянии). Пьезарезонаторы 2 и 3 включены в электрическую схему измерения (не показано).

Датчик давления работает следующим образом °

Усилие Ф от действующего давления через мембрану 12 передается толкателю 11. Так -как оба пьезорезонатора 2 и 3 находятся в предварительно растянутом состоянии (пьезорезонатор 2 изогнут вверх, а пьеэорезо-. натор 3 — вниз), то при воздействии усилия на толкатель ll происходит дальнейший изгиб пьезорезонатора 3 з 10 вниз, т.е. растягивающее усилие на пьеэореэонаторе 3 увеличивается на

s .величииу ††вЂ, а предварительная

51n аС деформация пьезорезонатора 2 уменьшается, т.е. растягивающее усилие на пьезореэонаторе 2 уменьшается на величину — †. При этом собственная

s7n ф частота колебаний пьеэорезонатора 3 увеличивается на величину Bf< = а собственная частота колебани пьезорезонатора 2 уменьF шается на величину Nfl = K — ——

Sana(, где К вЂ” коэффициент силовой чувствительности пьезорезонаторов.

Электрический сигнал, получаемый на выходе измерительной;схемы (где подключены пьеэорезонаторы 2 и 3), пропорционален сумме изменений частот собственных колебаний пьезорезонаторов. Суммарное изменение частот пьезорезонаторов составляет.

+4 г=

51П

Чувствительность датчика можно определить из выражения к = - -.= (1)

ЬЕ 2К

Снабжение пьеэопластины прорезью и размещение в ней толкателя, выполненного с двумя противоположно направленными плечами, контактирующими соответственно с верхней и нижней поверхностями пьеэопластины, обеспечивает предварительно напряженное состояние пьезорезонаторов, т.е. дифференциальность измерения, что повышает линейность и точность датчика.

Подбором угла с (т.е. степень предварительного напряженного состояния пьезорезонаторов) можно получить тре буемую чувствительность датчика;

Чувствительность известного датчика К определяется из выражения к„= к, (г)

2 где Е1 и 2 — длины плеч толкателя.

Иэ выражений (1) и (2) видно, что чувствительность датчика превосходит коэффициент силовой чувствительности пьеэорезонаторов в — -g paw причем

Skf1ß

@ может быть сколь угодно малым (порядка долей градуса), чувствительность же известного датчика превосходит силовую чувствительность пьеэорезонаторов в Р„- Я- раз.

Следовательно, для значительного увеличения чувствительности известного датчика необходимо значительное увеличение размеров плеч толкателя, 1 что приводит, как указывалось выше, к ухудшению частотных свойств и уменьшению разрешающей способности и точности датчика.

Размеры толкателя в предлагаемом датчике можно уменьшить независимо от размеров пьезопластины, в результате чего повысятся частотные свойства датчика. A непосредственная передача усилия к пьезорезонаторам без дополнительных деформирующихся элементов упрощает конструкцию дат-чика, дополнительно повышает его час тотные свойства и расширяет порог чувствительности.

51395

Закрепление пьезопластины по стоЗ5 ронам, параллельным оси прорези, и по точкам двух других сторон, лежащих на той же оси, исключает изгиб пьезопластины и связанные с ним колебания, что повышает прочностные

40 и частотные характеристики датчика.

Риг. Я

Составитель А. Соколовский

Редактор Е. Лушникова Техред Т.Фанта Корректор A. Ференц

Заказ 8654/41 Тираж 873 Подписное

ВН16ПШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва 3-35> Раушская наб. д. 4 5 н

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