Резонансный сенсор давления

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям давления на основе резонаторов, выполненных из кристаллического материала, в частности кристаллического кварца. Технический результат - повышение точности резонансного сенсора давления при одновременном упрощении конструкции за счет непосредственного преобразования измеряемого давления в деформацию резонаторов упругих колебаний без применения дополнительных передаточных конструктивных элементов. Резонансный сенсор давления содержит выполненные заедино из кристаллического материала мембрану и резонаторы упругих колебаний, при этом в теле мембраны, в областях с отличными от нуля механическими напряжениями, вызванными измеряемым параметром, между поверхностями, ограничивающими толщину мембраны, формируют, по крайней мере, одну полость, в дне которой выполнены резонаторы упругих колебаний посредством формирования сквозных отверстий, при этом полость снабжена герметичной крышкой, размещенной со стороны воздействия давления.

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям давления на основе резонаторов, выполненных из кристаллического материала, в частности кристаллического кварца.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является резонансный сенсор давления (патент РФ 2379638, МПК G01L 9/08, 2010 г.), выбранный в качестве прототипа.

Устройство-прототип содержит выполненные заедино из кристаллического материала мембрану и резонаторы упругих колебаний. На поверхности мембраны формируют выполненную заедино с мембраной консоль, в теле которой выполняют резонаторы, причем консоль имеет форму пластины и объединена с мембраной одной из боковых граней, или областями одной из боковых граней, или областями одной из больших граней.

Недостатком устройства-прототипа является то, что мембрана и резонатор разнесены между собой, выполнены в разных плоскостях и соединяются друг с другом одной из граней консоли, в теле которой выполнен резонатор, поэтому деформации, возникающие в теле мембраны, передаются резонатору лишь по одной из граней консоли, накапливая тем самым ошибку преобразования измеряемого давления в деформацию резонатора. При этом резонатор деформируется неравномерно, что приводит к ухудшению его тензочувствительности и падению добротности. Вследствие этого сенсор имеет недостаточно высокую точность, что и является его недостатком.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности резонансного сенсора давления при одновременном упрощении конструкции за счет непосредственного преобразования измеряемого давления в деформацию резонаторов упругих колебаний без применения дополнительных передаточных конструктивных элементов.

Сущность полезной модели заключается в том, что в резонансном сенсоре давления, содержащем выполненные заедино из кристаллического материала мембрану и резонаторы упругих колебаний, в отличие от прототипа, в теле мембраны, в областях с отличными от нуля механическими напряжениями, вызванными измеряемым параметром, между поверхностями, ограничивающими толщину мембраны, формируют, по крайней мере, одну полость, в дне которой выполнены резонаторы упругих колебаний посредством формирования сквозных отверстий, при этом полость снабжена герметичной крышкой, размещенной со стороны воздействия давления.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображена конструкция сенсора давления.

Резонансный сенсор давления содержит выполненные заедино из кристаллического материала мембрану 1 и резонаторы упругих колебаний 2. В теле мембраны 1, в областях с отличными от нуля механическими напряжениями, вызванными измеряемым параметром, между поверхностями 3 и 4, ограничивающими толщину мембраны, формируют, по крайней мере, одну полость 5. В дне 6 полости 5 выполнены резонаторы упругих колебаний 2 посредством формирования сквозных отверстий 7. При этом полость 5 снабжена герметичной крышкой 8, размещенной со стороны воздействия давления.

Пленочные электроды, выполняемые на внутренней поверхности мембраны для возбуждения колебаний резонатора, не показаны.

Резонансный сенсор давления работает следующим образом.

Измеряемый параметр (на чертеже не показано) воздействует на мембрану 1 и расположенные в ней резонаторы 2, вызывая в них механические напряжения (так как полость с резонаторами расположена в областях с отличными от нуля механическими напряжениями). Резонансная частота резонаторов изменяется. Это изменение фиксируется электронной схемой (на чертеже не показано), подключенной к резонатору посредством электродов (на чертеже не показано).

Расположение резонаторов непосредственно в теле мембраны приводит к тому, что происходит непосредственное преобразование измеряемого давления в деформацию резонаторов как части мембраны. Исключение дополнительных передаточных звеньев (консоли - в прототипе) в преобразовании измеряемого параметра в выходную величину позволяет устранить накапливаемую в этих передаточных звеньях погрешность. Изготовление резонаторов заедино с мембраной приводит к уменьшению утечки энергии на демпфирование колебаний в областях заделки (места крепления резонаторов к мембране), что повышает добротность резонаторов. Это приводит к повышению точности резонансного сенсора давления.

Полость мембраны, содержащую резонаторы, герметично закрывают крышкой со стороны воздействия давления, что обеспечивает равномерный прогиб мембраны под воздействием на нее давления и повышает точность сенсора давления.

Предложенная конструкция более проста в изготовлении, чем прототип, поскольку не содержит сложных по геометрической форме деталей.

Таким образом, предложенное конструктивное решение позволяет создать резонансный сенсор давления, обеспечивающий по сравнению с прототипом повышение точности сенсора давления при одновременном упрощении конструкции за счет непосредственного преобразования измеряемого давления в деформацию резонаторов упругих колебаний без применения дополнительных передаточных конструктивных элементов.

Резонансный сенсор давления, содержащий выполненные заедино из кристаллического материала мембрану и резонаторы упругих колебаний, отличающийся тем, что в теле мембраны, в областях с отличными от нуля механическими напряжениями, вызванными измеряемым параметром, между поверхностями, ограничивающими толщину мембраны, формируют, по крайней мере, одну полость, в дне которой выполнены резонаторы упругих колебаний посредством формирования сквозных отверстий, при этом полость снабжена герметичной крышкой, размещенной со стороны воздействия давления.