Пьезоэлектрический датчик давления

ОПИС E

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

3)7929

Союз Советских

Социалистических

Ресоублии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕДЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 04.Ч.1970 (№ 1437818/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 19.Х.1971. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 14.XII.1971

МПК 6 01l 9/08

Комитет по делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

УДК 531.787.91 (088.8) Авторы изобретения

Г. Н. Сунцов, В. А. Браславец и Б. В. Кржеминский

Заявитель

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области измерительной техники и направлено на улучшение метрологических характеристик пьезодатчиков .давления, предназначенных для исследования быстропеременных процессов в ударных трубах и других импульсных испытательных установках.

Известны датчики давления с чувсгвительным элеменгом из одиночной пьезопластины, нижняя обкладка которой плотно соединяется с корпусом датчика, а сигнальный вывод делается от верхней обкладки — электрода, подвергающегося непосредственному действию давления исследуемой среды, а также датчики с мембранными изтибными пьезоэлементами в виде закрепленной в,центре, в точке, мембраны.

Недостатком известных датчиков является плохая защищенность от помех — в потоках плазмы,в ударных и импульсных трубах возникают искажения сигналов датчиков вследствие попадания электрических зарядов из потока на сигнальную обкладку пьезоэлемента. Кроме того, сплошное, плотно-соединение пьезокристалла по всей нижней поверхности с корпусом ,датчика пр иводит к передаче деформаций корпуса к пьезокристаллу и возникновению помех.

Цель изобретения — создание датчика, имеющего уменьшенное время установления показаний, повышенную помехозащищенность и чувствительность, а также уменьшенную восприимчивость к деформациям стенок установки н корпуса датчика, более простую конструкцию и технологию изготовления.

5 Для уменьшения времени установления показаний датчика пьезоэлемент следует закрепить так, чтобы площадь его соприкосновения с корпусом была минимальной (при этом передачи колебаний от корпуса к пьезоэлементу

10 практически не происходит). Высокочастотные колебания сооственно пьезоэлемента мало искажают показания датчика, сигналы от них могут быть ослаблены с помощью фильтров.

Для этого пьезоэлемент изготовляют в виде цилиндра со сплошным проводящим покрытием на одном торце и одним,или несколькими изолирующими, например кольцевыми, промежутками в покрытии на другом торце. На корпусе датчика в месте соединения с пье зоэлементом делается один или несколько выступов одинаковой высоты так, чтобы выступы корпуса приходились на изолированные участки IIOверхности пьезоэлемента, и между краями выступов и электродами оставался небольшой зазор.

Такая схема нанесения электродов и закрепление пьезоэлемента лишь по небольшой части его рабочей площади обеспечивает повышенную частоту собственных колебаний пьезоэле30 мента, отсутствие низкочастотных .изгибных

317929

Подписное

Заказ 7530 Изп. № 1400 Тираж 473

Обпасгная типография К остромского упраапеипя по печати

ЦНИИПИ колебаний, предотвращает возникновение помех от плазмы, позволяет снизить помехи от деформаций корпуса датчика, дает возможность повысить чувствительность датчика, уменьшить его,габариты и улучшить таким образом его метрологические характеристики, а также упростить конструкцию,и технологию изготовления пьезодатчиков давления.

На фиг. 1 схематически изображен вариант предлагаемого датчика с двумя кольцевыми опорами; на фиг. 2 — подключение электродов керамического пьезоэлемента при его переполяризации.

Датчик содержит пьезоэлемент 1, сплошной электрод 2, кольцевые электроды 8, соединяемые вместе выводы 4, 5 от электродов,,кольцевой выступ б на корпусе для прикрепления пьезоэлемента.

Пьезоэлемент 1 представляет собой одиночный пьезокристалл (диск) с нанесенными на его торцы сплошным 2 и кольцевыми 8 электродами.

Высота кристалла, .во избежание возникновения низкочастотных изгибных колебаний, в зависимости от числа опорных колец берется равной h) (0,5 — 0,.2) В„р.

При использовании пьезокерамики для увеличения чувствительности датчика до или после его сборки производится переполяризация пьезоэлемента подачей поляризующего напряжения между верхней обкладкой и местами склейки (один полюс) и кольцевыми электродами (другой полюс) ..Склейка пьезоэлемента с корпусом производится либо непосредственно оголенными участками между основными кольцевыми рабочими электродами, либо с наносимым на часть этого участка вспомогательным электродом для переполяриза,ции. При необходимости повышения прочности склейки в пьезопластине в местах склейки делают небольшие углубления для увеличения поверхности сцепления.

Разность потенциалов, возникающая под действием давления, снижается со сплошного

5 верхнего электрода и вывода от нижних кольцевых и центрального дискового электрода, соединяемых параллельно. Вывод от верхнего электрода при необходимости может .быть подключен к корпусу датчика.

10 Время установления показаний предложенного датчика получается коротким. частота его со|бственных колебаний определяется в основном двойным временем распространения по пьезокристаллу волны деформации, так как пьезокристалл связан с корпусом лишь небольшой частью площади торцовой поверхности.

Волна сжатия в кристалле отражается от задней практически сво бодной поверхности,в противофазе в виде волны разгрузки, т. е. колебания пьезокристалла слабо передаются в корпусе датчика и наоборот. Это дает возможность применять для сокращения цремени установления показаний датчика электрические филь25 тры.

Предмет изобретения

Пьезоэлектрический датчик давления, содержащий,.размещенный в корпусе пьезоэле®0 мент, выполненный в виде одиночного цилиндрического пьезокристалла с выводами, отличаюи1ийся тем, что, с целью повышения чувствительности, помехоустойчивости и уменьшения инерционности показаний, цилиндрический

55 пьезоэлемент выполнен со сплошным проводящим покрытием верхнего торца и по меньшей мере одним изолирующим, например кольцевым, промежутком в покрытии нижнего торца, опора которого в корпусе содержит соответст<0 вующее число выступов,