Датчик импульсного давления

 

Использование: изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения импульсного давления с повышенной точностью за счет виброкомпенсации в более широком диапазоне частот. Для этого в датчике импульсного давления, содержащем корпус 5, внутри которого размещены основной 1 и компенсирующий 2 пьезоэлементы, электрически включенные встречно, и закрепленную в корпусе мембрану 3, пьезоэлементы расположены в одной плоскости, параллельной мембране; контактируют с ней и выполнены из различных по плотности и составу пьезоэлектрических материалов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

rsi>s G 01 1 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР МЧр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ """"®- вв щ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 1 (21) 4850526/10 (22) 24.04.90 (46) 30.11,92. Бюл. М 44 (71) Научно-исследовательский институт машиностроения (72) Ю.Н.Полуэктов и В.А,Пестов (56) Авторское свидетельство СССР

М 317928, кл. 6 01 L 9/08, 1971, Осадчий Е,П. Проектирование датчиков для измерения механических величин; МА

Машиностроение, 1979, с. 201; рис. 8.17. (54) ДАТЧИК ИМПУЛЬСНОГО ДАВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к области измерительной техники и может

„„5U„„1778573 А1 быть использовано для измерения импульсного давления с повышенной точностью за счет виброкомпенсации в более широком диапазоне частот. Для этого в датчике импульсного давления, содержащем корпус 5, внутри которого размещены основной 1 и компенсирующий 2 пьезоэлементы, электрически включенные встречно, и закрепленную в корпусе мембрану 3, пьезоэлементы расположены в одной плоскости, параллельной мембране контактируют с ней и выполнены из различных по плотности и составу пьезоэлектрических материалов. 1 ил, 1778573

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения импульсного давления, В настоящее время известны пьезоэлектрические датчики для измерения импульсного давления. содержащие основной пьезоэлемент, преобразующий давление, и компенсирующий пьезоэлемент, генерирующий сигнал, пропорциональный тОлькО виброускорениям, действующим на датчик одновременно с измеряемым импульсным давлением.

10

Описания аналогов приведены в книге тении "Пьезоэлектрический датчик давления" по авт,св. М 317928.

Основной и компенсирующий пьезоэлементы расположены в различных плоскостях, перпендикулярных оси датчика, и

20 включены электрически встречно так, что заряды, пропорциональные виброускорениям, компенсируются. Компенсирующий

25 пьезоэлемент изолирован от воздействия давления и выполнен идентичным основному пьезоэлементу.

Из описанных аналогов наиболее близок к заявляемому объекту по технической сущности пьезоэлектрический датчик давления по авт.св, N 317928, содержащий ос30

НоВКоА и компенсирующий виброускорение пьезоэлементы, включенные электрически встречно, расположенные в различных плоскостях и выполненные идентичными, Ука35 занный прототип имеет следующие недостатки: — на практике в связи с технологическими неточностями изготовления и закрепле40 ния основного и компенсирующего пьезоэлементов их частотные характеристики оказываются различными и осуществить вибро,омпенсацию в широком диапазоне частот не удается; — расположение основного и компенсирующего пьезоэлементов в различных плоскостях, перпендикулярных оси датчика, приводит к фазовым искажениям и к сниже45 нию эффективности- виброкомпенсации на высоких частотах.

Перечисленные недостатки снижают точность измерения импульсного давления и отмечены в статье "Способы снижения погрешности измерения переменного давления от виброускорения" авторов О.Н.Сеновой и И,В.Плотникова.ж. Измерительная техника, 1985, М 8. с. 43.

Целью изобретения является повышение точности измерения импульсного дав55

"Проектирование датчиков для измерения механических величин" под ред, Е.П.Осад- 15 чего, M.: Машиностроение. 1978 и в изобреления за счет виброкомпенсации в более широком диапазоне частот.

Цель достигается тем, что в датчике импульсного давления, содержащем корпус, внутри которого размещены основной и компенсирующий пьезоэлементы, электрически включенные встречно, и закрепленную в корпусе мембрану, пьезоэлементы расположены в одной плоскости, параллельной мембране, контактируют с ней и выполнены из различных по плотности и составу пьезоэлектрических материалов.

Расположение пьезоэлементов в одной плоскости, параллельной мембране, позволяет уменьшить фазовые искажения и осуществить виброкомпенсацию в более широком диапазоне частот по сравнению с известными аналогами.

Выполнение пьезоэлементов из различных по плотности и составу материалов необходимо для того, чтобы чувствительность датчика к давлению была отлична от нуля.

Указанные признаки отсутствуют у всех известных заявителю устройств аналогичного назначения, следовательно, предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

На чертеже схематически изображен датчик, общий вид.

Датчик содержит основной 1 и компенсирующий 2 пьезоэлементы, электрически включенные встречно и расположенные между мембраной 3 и изолятором 4 в корпусе 5. Пьезоэлементы расположены в одной плоскости, параллельной мембране, контактируют с ней и выполнены из различных по плотности и составу пьезоэлектрических материалов. Токовыводы 6 подключены к электродам пьезоэлементов 7, электрически параллельно соединенным между собой, как показано на чертеже, В качестве пьезоэлектрических материалов можно, например, использовать кварц

Х-среза и ниобат лития 2-среза, имеющие различную плотность, соответствен но 2,65и 4,63 Мг/куб.м. Размеры пьезоэлементов подбирают из условия равенства нулю сум0 марного заряда при воздействии ускорения вдоль оси датчика, При этом соотношение между площадями электродов пьезоэлементов задается формулой:

Зг - S>d)(2poho+ рФ)/dz(2poho+ pzh),(1) где р, Si, d1 — плотность материала, площадь электрода и пьезомодуль основного пьезоэлемента; р2, S2, б2 — то же, для компенсирующего пьезоэлемента;

h — толщина основного и компенсирующего пьезоэлементов;

1778573

Составитель О.Палев

Техред М.Моргентал

Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор

Заказ 4185 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

po, ho — плотность материала и толщина мембраны.

Основной и компенсирующий пьезоэлементы могут быть выполнены в виде сегментов диска, как показано на чертеже, или кольца и размещенного в его отверстии диска.

Датчик работает следующим образом, При воздействии на датчик вибрационных ускорений роль инерционной массы кроме мембраны выполняют также пьезоэлементы 1 и 2, Размеры мембраны и пьезоэлементов 1 и 2 подбирают из услрвия равенства нулю суммарного заряда при воздействии ускорения вдоль оси датчика.

Сказанное поясняется следующими расчетами.

Электрический заряд на выходе датчика можно оценить по формуле:

0 = Р($1б1 $202) (2) где P — давление, действующее на мембрану;

$1, d> — площадь электрода и пьеэомодуль пьезоэлемента 1;

$р, d2 — то же, для пьезоэлемента 2, С учетом формулы (2) и соотношения (1) получим:

0 = PS)d)h(pz-pi)/ (2poho+ p2h) (3)

5 Из полученной формулы (3) следует, что при воздействии на мембрану давления P сигнал Q на выходе датчика не равен нулю.

Предлагаемая конструкция датчика позволяет повысить точность измерения им10 пульсного давления в более широком диапазоне частот по сравнению с известными аналогами.

Формула изобретения

Датчик импульсного давления, содер15 жащий корпус, внутри которого размещены основной и компенсирующий пьезоэлементы, электрически включенные встречно, и закрепленную в корпусе мембрану, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точно20 сти измерения, в нем пьезоэлементы расположены в одной плоскости, параллельной мембране, контактируют с ней и выполнены из различных по плотности и составу пьезоэлектрических материалов.