Датчик импульсного давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения импульсного давления,В настоящее время известны пьезоэлектрические датцики для измерения импульсного давления, содержащие основнойпьезоэлемент, преобразующий давление, икомпенсирующий пьезоэлемент, генерирующий сигнал, пропорциональный тольковиброускорениям, действующим на датчикодновременно с измеряемым импульснымдавлением,5 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, М 317928, содержащий ос 30 новной и компенсирующий виброускорение пьезоэлементы, включенные электрически встречно, расположенные в различных плоскостях и выполненные идентицными, Ука 35 занный прототип имеет следующие недостатки;- на практике в связи с технологическими неточностями изготовления и закрепле 40 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 сниже 45 нию эффективности виброкомпенсации навысоких частотах. 50 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 тоцности измерения импульсного дав 55"Проектирование датчиков для измерениямеханических величин" под ред, Е.П.Осадчего, М.: Машиностроение. 1978 и в изобреления за счет виброкомпенсации в болеешироком диапазоне частот.Цель достигается тем, что в датчике импульсного давления, содержащем корпус,внутри которого размещены основной икомпенсирующий пьезоэлементы, электрически включенные встречно, и закрепленную в корпусе мембрану, пьезоэлементырасположены в одной плоскости, параллельной мембране, контактируют с ней ивыполнены из различных по плотности исоставу пьезоэлектрических материалов.Расположение пьезоэлементов в однойплоскости, параллельной мембране, позволяет уменьшить фазовые искажения и осуществить виброкомпенсацию в болеешироком диапазоне частот по сравнению сизвестными аналогами.Выполнение пьезоэлементов из различных по плотности и составу материалов необходимо для того, чтобы чувствительностьдатчика к давлению была отлична от нуля. "Указанные признаки отсутствуют у всехизвестных заявителю устройств аналогичного назначения, следовательно, предлагаемое техническое решение удовлетворяеткритерию "существенные отличия".На чертеже схематицески изображендатчик, общий вид.Датчик содержит основной 1 и компенсирующий 2 пьезоэлементы, электрическивключенные встрецно и расположенныемежду мембраной 3 и изолятором 4 в корпусе 5. Пьезоэлементы расположены в однойплоскости, параллельной мембране, контактируют с ней и выполнены из различных поплотности и составу пьезоэлектрическихматериалов. Токовыводы 6 подключены кэлектродам пьезоэлементов 7, электрически параллельно соединенным между собой, как показано на чертеже,В качестве пьезоэлектрических материалов можно, например, использовать кварцХ-среза и ниобат лития Е-среза, имеющиеразличную плотность, соответствен но 2,65.и 4,63 Мг/куб.м. Размеры пьезоэлементовподбирают из условия равенства нулю сумФмарного заряда при воздействии ускорениявдоль оси датчика, При этом соотношениемежду площадями электродов пьезоэлементов задается формулой:еЯг - 51 б 1(2 ройо+ рФ)/бг(2 ройо+ ргЬ),(1)где рт, 31, б 1 - плотность материала, площадь электрода и пьезомодуль основногопьезоэлемента;рг, Зг, бг - то же, для компенсирующегопьезоэлемента;и - толщина основного и компенсирующего пьезоэлементов;1778573 Составитель О,Палев Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Редактор Заказ 4185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ро, Ьо - 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 условия 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(31 б 1 - 32 о 2), (2)где Р - давление, действующее на мембрану;31, б 1 - площадь электрода и пьеэомодуль пьезоэлемента 1; 32, б 2 - то же, для пьезоэлемента 2, С учетом формулы (2) и соотношения (1)получим:0 = Р 31 с 11 Ь(р 2-р 1)/ (2 рЬ+ р 2 Ь) (3) 5 Из полученной формулы (3) следует, чтопри воздействии на мембрану давления Р сигнал 0 на выходе датчика не равен нулю.Предлагаемая конструкция датчика позволяет повысить точность измерения им пульсного давления в более широкомдиапазоне частот по сравнению с известными аналогами.Формула изобретения Датчик импульсного давления, содер жащий корпус, внутри которого размещеныосновной и компенсирующий пьезоэлементы, электрически включенные встречно, и закрепленную в корпусе мембрану, о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точно сти измерения, в нем пьезоэлементы расположены в одной плоскости, параллельной мембране, контактируют с ней и выполнены из различных по плотности и составу пьезоэлектрических материалов.