Пьезоэлектрический датчик давления

(504 001 ь 9 АНИЕ ИЗ ЕТЕНИЯ ие динамичес- расшире и уменьш обретения диапазонамерений. П давления ние погрешноснии измеряемоьного грубый и откло т номин и ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Харьковский авиационный институт им. Н, Е, Жуковского(56) Авторское свидетельство СССРУ 983474, кл, 0 01 1 9/08, 1982.Авторское свидетельство СССР9 1186976, кл, 0 01 1 9/08, 1984,(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель отсчет величины измеряемого давления осуществляется измерителем 20 частоты при подключении его коммутатором 19 к выходу автогенератора 1, а точный - при подключении измерителя 20 частоты к выходу усилителя 18. Величина измеряемого давления не связана с величиной прямолинейного участка амплитудно-частотной характеристики компенсационного пьезорезонатора 2, что расширяет диапазон измеряемого давления, чувствительность же возрастает благодаря применению фазовых методов сравнения сигналов при получении управляющего напряжения на управляемом входе параметрического двух-полюсника 14, а также в связи с тем, что частота возбуждения не выходит за пределы полосы пьезорезонатора 2.вращателя, образованного пьезорезонатором 2, параметрическим двухполюсником 14 и резистором нагрузки 10, находится на линейном участке характеристики управления. Колебания с основного 3 и дополнительного 5 электродов пьезорезонатора 2 с одинаковой фазой поступают на вторые входы смесителей 15 и 16 соответственно благодаря установке соответствующего фазового сдвига на управляемом фазовращателе 17 (при калибровке устройства перед измерениями), управление которым осуществляется подачей калибровочного напряжения Б. Широкополосный усилитель 18 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 15 и 16, образует замкнутый контур, в котором существуют автоколебания частоты, если выполняетсяаусловие баланса амплитуд - коэффициент передачи по контуру, образованному блоками 15, 16 и 18 больше единицы (и баланса Фаз), суммарный фазовый сдвиг в данном контуре равен 2 Д . Широкополосный усилитель 18 выполнен неинвертирующим и создает практически постоянную задержку усиливаемого сигнала во всем диапазоне определяемой условием баланса Фаз иравной при номинальном давлении Ха Е 1/, где- время задержкиЗ 5 сигнала в усилителе 18. При отклонении измеряемого давления от номинального, частота Г автогенератора 1 изменяется на величину щ -ЬГ. Знак отклонения частотыавто генератора 1 относительно номинального значения определяется знаком отклонения измеряемого давления относительно его номинальной величины. При этом, на выходе частотного детектора 6 появляется постоянное или медленно меняющееся управляющее напряжение,которое через Фильтр 9 низких частот, поступает на управляемый вход реактивного двухполюсника 8, обеспечивая возбуждение пьезорезонатора на 2 на частоте о, близкой, но не равной его резонансной частоте, Тогда фаза колебаний на первых входах сумматоров 12 и 12 изменится по отношению к колебанию на вторых их входах на величину 1 ЬЮ. Это приводит к изменению амплитуд напряжений на выходах сумматоров 12 и 12 и появлению управляюще 1 1307255 2Изобретение относится к контрольно-измерительной технике,Целью изобретения является расширение динамического диапазона работыи уменьшение погрешности измерений,На чертеже представлена функциональная блок-схема устройства.Устройство содержит автогенератор1, два пьезорезонатора 2 и 2 с двумя основными 3, 4 и 3, 4 электродами и дополнительными электродами 5,5 и 5" частотный детектор 6, буферный усилитель 7, реактивный управляемый двухполюсник 8, фильтр 9 низкихчастот, резисторы 10, 10 и 10 "Фазовращатели 11 и 11, сумматоры 12и 12 , амплитудный детектор 13, управляемый параметрический двухполюсник 14, балансные смесители 15 и 16,управляемый Фазовращатель 17, широкополосный усилитель 18, коммутатор19 и измеритель 20 частоты.Датчик давления содержит корпус ссилопередающим элементом, который точечными контактами скреплен с рабочим пьезорезонатором 2.Устройство работает следующим образом.При номинальном измеряемом давлении автогенератор 1, в частотно-задающую цепь которого включен резонатор измеРения частоты автоколебаний2 своими основными электродами 3 и 4,генерирует колебания с частотой.С выхода автогенератора 1 колебанияпоступают на частотный детектор 6,а также через буферный усилитель 7 иреактивный двухполюсиик 8 на основные электроды 3 и 4 компенсационного пьезорезонатора 2 и возбуждаютгего на частоте 1 равной частоте возбуждения пьезорезонатора 2. ПротивоФазные колебания с дополнительныхэлектродов 5 и 5 пьезорезонатора 2ипоступают на Фазовращатели 11 и 11которые изменяют фазу колебаний на 45Г/2, С выходов фазовращателей 11 и11 колебания поступают на входы сумматоров 12 и 12 , на первые входы которых поступают колебания с выходабуферного усилителя 7. Суммарные ко Олебания с выходов сумматоров 12 и 12поступают соответственно на первый ивторой входы амплитудного детектора13, на выходе которого формируетсяуправляющее напряжение, поступающее 55на вход параметрического двухполюсника 14.При номинальном давлении рабочаяточка управляемого кварцевого Фазо13072 Формула изобретения Составитель Т. НовожиловаТехред.В.КадарРедактор Т, Парфенова Корректор С. Черни Заказ 1621/39 Тираж 777 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 го напряжения на выходе амплитудного детектора 13 и соответственно к изме.нению частоты колебаний 1 в замкнутом контуре, состоящем из блоков 15, 16 и 18. Выход автогенератора 1 через 5 коммутатор 19 подключен к измерителю 20 частоты.Таким образом, при отклонении измеряемого давления от номинального грубый отсчет величины измеряемого 10 давления осуществляется измерителем 20 частоты при подключении его коммутатором 19 к выходу автогенератора 1, а точный - при подключении измерителя 20 частоты к выходу усилителя 18, 15В предлагаемом устройстве величина измеряемого давления не связана с величиной прямолинейного участка амплитудно-частотной характеристики ком пенсационного резонатора 2, благодаря чему значительно расширяется диапазон измеряемого давления. Чувствительность же возрастает благодаря применению фазовых методов сравнения25 сигналов при получении управляющего напряжения на управляемом входе параметрического двухполюсника 14, а также благодаря тому, что частота возбуждения не выходит за пределы поло- ЗО сы пьезорезонатора 2. При этом используется самый крутой участок фазо.частотной характеристики пьезорезонатора 2.35 Пьезоэлектрический датчик давления, содержащий автогенератор, выхо дами подключенный к буферному усилителю, рабочий и компенсационный трех- электродные пьезорезонаторы, а также соединенные в кольцевую схему два однополосных смесителя и широкополос ный усилитель, измеритель, частоты, амплитудный детектор, управляемые фазовращатель и параметрический двух 55 4полюсник, причем рабочий пьеэорезонатор основными электродами подключенв частотно-задающую цепь автогенератора и одним из них через фазовращатель - к второму входу первого смесителя и первому входу параметрического двухполюсника, а третьим электродом - к вторым входам параметрического двухполюсника и второго смесителя, первый выход буферного усилителя подключен к одному из основныхэлектродов компенсационного пьезорезонатора, при этом третьи электродыпьезорезонаторов через резисторы соединены с общей шиной, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона работыи уменьшения погрешности измерений,в него дополнительно введены два фазовращателя, два сумматора, коммутатор и последовательно соединенныечастотный детектор, фильтр низкойчастоты и реактивный двухполюсник,при этом рабочий пьезорезонатор выполнен с дополнительным электродом,через резистор подключенным к общейшине, а амплитудный детектор выполнен двухтактным с симметричными входами и выходом, подключенным к управляющему входу параметрического двухполюсника, каждый из дополнительныхэлектродов рабочего пьезорезонатораподключен к соответствующему входуамплитудного детектора через парупоследовательно соединенных фазовра"щателя и сумматора, вторые входы сумматоров подключены к второму выходубуферного усилителя и второму входуреактивного двухполюсника, выходом :подключенного к второму основномуэлектроду компенсационного пьезорезонатора, а выход широкополосногоусилителя подключен к измерителю частоты через коммутатор, подключенныйвторым входом к входу частотного детектора, при этом первый основнойэлектрод рабочего пьезорезонатораподключен к общей шине,