Датчик давления

Датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей. Цель - повышение чувствительности и точности , что достигается введением селективной обратной связи автогенератора 12 при помощи акустической цепи, состоящей из пьезопреобразователей 5 и 6, жидкости 4. Пьезопреобразователи размещены соосно, один на упругом чувствительном элементе, другой - на корпусе, между пьезопреибразователями размещена сетка 11, которая подавляет ложные сигналы и повышает селективность обратной связи, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 11/00

ГОСУДАРСТВЕНЙЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

\»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ (21) 4712568/10 (22) 03,07.89 (46) 23.12.91, Бюл. ¹ 47 (72) А.Д,Поваренко и А.И.Токарев (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 297855, кл, G 01 1 9/08; 1978. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей, Ы, „1700401 Al

Цель — повышение чувствительности и точности, что достигается введением селективной обратной связи автогенератора 12 при помощи акустической цепи, состоящей из пьезопреобразователей 5 и 6, жидкости 4.

Пьезопреобразователи размещены соосно, один на упругом чувствительном элементе, другой — на корпусе, между пьезопреобразователями размещена сетка 11, которая подавляет ложные сигналы и повышает селективность обратной связи. 2 ил.

1700401

Л 1 — К2 где г=— и К2

Изобретение относится к приборост роению, а именно к датчикам давления, и может найти применение в контрольно-измерительных устройствах.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

На фиг.1 представлена конструктивная схема датчика давления; на фиг.2 — принци пиальная схема автогенератора.

Датчик давления состоит из корпуса 1, 1, штуцера 2, упругого элемента 3, например мембраны, размещенной на корпусе 1, и образующей с. ним объем, который соединен через штуцер 2 с объемом объекта, где измеряется давление жидкости 4, заполня, ющей объем датчика между пьезоэлектри ческими преобразователями 5 и 6, с пьезопластинами 7 и 8, согласующими сло, ями 9 и 10, толщиной и Л/2, где Л- длина акустической волны в слое; n = 1, 2,..., при этом пьезоэлектрические преобразователи

5 и 6 располагаются соосно напротив друг друга, один на упругом элементе 3, другой на основании корпуса 1. Рассеивающая сетка 11 расположена в корпусе I между пьезоэлектрическими преобразователями 5 и

6. В цепи акустической отрицательной об, ратной связи автогенератора 12 включена в качестве частотно-задающего элемента акустическая цепь (линия задержки), состоящая из пьезоэлектрических пластин 7 и 8, преобразователей 5 и 6 с согласующими слоями 9 и 10, жидкости 4 и упругого элемента 3.

Пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6 могут располагаться как внутри объема, образованную корпусом 1 и мембраной 3, так и на внешних поверхностях соответственно мембраны 3 и корпуса 1. В последнем . случае пьезопластины 7 и 8 преобразователей 5 и 6 находятся непосредственно на внешних поверхностях корпуса и мембраны. В области расположения пьезопластин толщина мембраны 3 и корпуса 1 должна быть равной и Л/2.

Тогда корпус и мембрана в области крепления пьезопластин выполняют функции акустического согласующего слоя„а согласующие слои 9 и 10 отсутствуют.

В качестве автогенератора 12 может быть использован любой усилитель, охваченный положительной обратной связью.

Автогенератор 12 состоит из включенных каскадно резонансного усилителя, реализованного на транзисторе Т1 и эмиттерного повторителя, реализованного на транзисторе Т2, В качестве нагрузки транзистора Т1 использован резонансный контур, 5

45 состоящий из трансформатора Тр и конденсатора СЗ, настроенный на резонансную частоту пьезопластины 8 преобразователя 6.

Резисторы R1 — R6 предназначены для работы транзисторов Т1, Т2 в режимах по постоянному току, С1, С4, С5 — разделительные конденсаторы. Конденсатор С2 образует цепь отрицательной обратной связи по переменному напряжению в резонансном усилителе, Датчик давления работает следующим образом.

После подачи постоянного напряжения от источника питания на автогенератор 12 он возбуждается за счет имеющегося запаса усиления, создаваемого транзистором Т1 и наличия частотно-зависимой запаздывающей акустической обратной связи, которая включает в себя пьезоэлектрические преобразователи 5 и 6 с пьезоэлектрическими пластинами 7 и 8 и согласующими слоями 9 и 10, нагруженными на жидкость 4, При этом частотно-зависимая акустическая цепь представляет собой акустическую линию задержки, в которой преобразователями возбуждаются акустические колебания в жидкости, распространяющиеся от преобразователей 5 к преобразованию 6, многократно переотражаясь. Время однократного прохождения акустической волны между преобразователями равно

t = I l ÷, где I — расстояние между рабочими поверхностями преобразователей;

v — скорость акустической волны в жидкости.

В результате амплитудно-частотная характеристика усилителя, охваченного цепью акустической обратной связи, имеют периодическую структуру с периодом повторения максимумов по частоте 611 = v/a и определяет ее полосу пропускания по нулям частотного отклика. В реальной акусти .åñêîé цепи обратной связи ее полоса пропускания определяется полосой пропускания преобразователей, которая в первом приближении равна

Af2 = f/2г, f — резонансная частота пьезопластины;

К вЂ” коэффициент электромеханической связи пьезопластины.

Для работоспособности датчика давления необходимо возбуждать автогенератор только на одной частоте, ибо только в этом случае создается однозначная зависимость

1700401 между входным сигналом (давлением) и выходным параметром (частотой), В данном датчике давления за счет введения дополнительного пьеэоэлектрического преобразования и расположения пьезоэлектрических преобразователей на расстоянии саосно напротив друг друга соответственно на мембране 3 и дне корпуса

1 образована акустическая цепь обратной связи, которая обеспечивает одночастотный режим работы автогенератора 12 за счет того, что исключено прямое попадание электрического сигнала в измерительную цепь помимо акустической цепи и цепи усилителя, а выбора расстояния между рабочими поверхностями преобразователей осуществляется в соответствии с условием яч1 — К

4f К2 где f — резонансная частота пьезопластины преобразователя;

К вЂ” коэффициент электромеханической связи пьезопластины;

v - скорость звука в жидкости, Это условие означает, что полоса пропускания должна быть меньше или равна частоте повторения, иба только при этом условии будет обеспечено подавление всех максимумов амплитудно-частотной характеристики, кроме одного, т.е. условие одночастотнасти, Частота возбуждения автогенератора

12 будет соответствовать частоте максимума амплитудно-частотной характеристики цепи акустической обратной связи и определяется антирезонансной частотой пьезопластины.

Изменение давления в штуцере 2, соединенном с объемом, в котором измеряется давление, приведет к смещению упругого элемента 3 (мембраны), вследствие чего изменяется время задержки Т прохождения акустической волны между преобразователями 5 и б в цепи обратной связи автогенератора 12.

При этом частота выходного сигнала автогенератора 12, т.е. датчика давления, изменится обратно пропорционально изменению времени задержки, т,е. фазы, а значит и давлению: Л fz = Ь(1/Т). Так как Т

= а/ч, то относительное изменение частоты выходного сигнала равна:

Ь дат 4 l дат I где Лl — смещение мембраны при воздействии на нее давления Л р;

I — расстояние между преобразователями;

1з — резонансная частота колебания автогенератора 12.

Учитывая, что в линейном приближении

10 для сильфона Ьi m Ьр, где m — крэффициент пропорциональности, равный чувствительности упругого элемента, изменение частоты будет пропорционально изменению давления

Ж/fa = п1

Л0

Отсюда чувствительность датчика давления равна:

S = Л1з h p = mf3/I.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащйй корпус, в котором установлены упругий чувствительный элемент и первый пьезоэлектрический преобразователь, причем внутренняя полость корпуса заполнена жидкостью, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены второй пьезоэлектрический преобразователь, автогенератор и рассеивающая звуковые волны сетка, при этом второй пьезоэлектрический преобразователь установлен на упругом чувствительном преобразователе соосно с первым пьезоэлектрическим преобразователем, рассеивающая сетка установлена между первым и вторым пьезоэлектрическими и реобразователями, которые электрически соединены соответственно с входом и выходом цепи обратной связи автогенератора, причем

40 расстояние I между первым и вторым пьезоэлектрическими преобразователями выбрано в соответствии с условием

Xv 1 — К

2 ! = ——

4f К2 где v — скорость звука в жидкости;

f — резонансная частота колебаний пла50 стины пьезопреобразователя;

К вЂ” коэффициент электромеханической связи пьезоэлектрического преобразователя с жидкостью.

1700401

Составитель А,Зосимов

Редактор Н.Химчук Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Заказ 4460 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101