Пьезоэлектрический датчик давления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик) Приоритет ССС по делам изо и открыбретен Оп ковано 30.05.8 Бюллетень(53) УДК 531. .787 (088.8 сания 30,0 ата опубликования Авторыобретения И. Коваленко, А. У. Соломяный, А и В. Е. Панченко(7) Заявител ковский онный институт(5 ДАВЛЕНИЯ ЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДА Изобретение относится к области кон-,трольно-измерительной техники и можетбыть использовано дпя измерения импуль-,сных давлений большой длительности и амплитуды например, в пресс-пушках приударе снаряда о жидкость, в камерах смалым объемом при электрогидравлической обработке, при взрывном прессованиипорошков, где длительности импульсовдостигают 10- 10 с.Измерение импульсов таких дпителькостей представляет значительные трудности,Известны пьезоэлектрические датчики давления, содержащие размещенныйв корпусе пьезоэлектрический элементи акустический волновод, снабженный заодно целое с ним расширителем с рассеивающей поверхностью 1. Такие датчики сложны в изготовлении, громоздки идорогостоящи.Известны также пьезоэлектрическиедатчики, содержащие чувствительныйпьезоэлектрический элемент, соединенный с одним из концов акустического волновода, Акустический волновод имеет постоянные сечение и акустическое сопротивление по длине и выполнен с участком в виде пучка проволок 121.Такие датчики пригодны дпя измерения импульсов большой длительности и малой амплитуды, а также -одиночных или серии коротких импульсов большой амплитуды типа ударных волн.При измерении же импульсов большой длительности и амплитуды происходит потеря устойчивости проволочной связки, что приводит к появлению отраженных продольных и изгибных волн, создающих помехи.Известен также пьезоэлектрический датчик давления, содержащий размещенный в корпусе пьезоэлемент, соединенный с одним из концов акустического волновода с постояиными сечением и акустическим сопротивлением по длине Щ Этот датчик по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому.3 737798 фДлина волновода в таких датчиках На чертеже схематически изображеновыбирается равной, как минимум, полови- предлагаемое устройство, Пьезоэлектрине длины измеряемого импульса давления ческий датчик импульсного давления сов материале волновода, Поэтому при ис- стоит из пьезоэлемента 1, укрепленногоследовании импульсов давления большой на одном конце металлического стержнядпительности необходимы датчики с длин, и набора цилиндров 3, Внутреннийными волноводами и большими габаритами, цилиндр охватывает металлический стерНапример, для измерения импульсов дли- жень 2 с радиальным зазором и прива-ательностью 10 -10 с необходимы рен или другим способом жестко прикрепволноводы длиной 2,5-25 м, что в боль О лен к его концу, На внутренний цилиндршинстве случаев исключает воэможность, одет с зазором другой цилиндр, жесткоих применения на практике ввиду громозд- скрепленный с его свободным торцомкости ит,д.Наряду с этим действие импульса на Устройство работает следующим обволновод проявляется в.потере устойчи разом. При воздействии импульсного даввости последнего при достижении давления ления на пьезоэлемент 1 возникает упв импульсе критической величины, опреде- ругая волна сжатия в стержневой частиляемой зависимостью волновода 2 дойдя до конца которой,она переходит во внутренний цилиндрРЕ 3без отражения в виде волны разреженияФкр. а затем - последовательно в каждыйцилиндр, изменяя при каждом переходегде Е - модуль Юнга; фазу.:5 - осевой момент. инерции волно- При отражении от свободного торцавода; 25 наружного цилин,пра волна противополож 0 - длина волнов ода. ной фазы проделывает обратный путь, возКритическое давление обратно пропор- вращаясь к чувствительному элементу 1,ционально длине волновода. но т. к, время пробега прямой и обратТаким образом длина волновода огра- ной волны, определяемое акустическойничивается амплитудой давления в импуль- зо длиной волновода, больше времени дейсе, что противоречит требованию по дли- ствия измеряемого импульса, наложениятельности. отраженного импульса на исследуемыйЦелью изобретения является повышение не происходит, и, таким образом, не;. точности измерения импульсных давлений создается помеха записи сигнала.большой длительности и амплитуды и умень Изменение фазы измеРЯемого импУльсащение габаритов датчика, Эта цель достигает- давления при прохождении торцов приво "сятем,чтовизвестномдатчикеволноводвы- дит к тому, что весь волновод разделяетполнен с участком в виде набора пустоте- ся на участки, испытывающие сжатие .лыхцилиндров,раэмещенныхкоаксиально с или растяжение. Если число цилиндров и,радиальнымиэаэорами и скрепленных между 4 О то количество таких участков будетсобой последовательно по торцам, при-, И + 1,чем внутренний цилиндр охватывает стерж" Следовательно, эффективная длина волневую часть волновода и скреплен со свсновода, в которой может произойти пободным его концом. теря устойчивости, приводящая к появле 45 нию изгибных волн, уменьшается в и+ 1Допустимая длина волновода выбирает- раз по сравнению с акустической длися из условия сохранения его устойчнвос- .ной волновода, что позволяет значити при действии измеряемого имйульса тельно увеличить амплитуду измерядавления, а количество цилиндров в за- емогО давлении при той же длительвисимости от длительности исследуемого ности, а длительность измеряемогопроцесса принимается из условия предот импульса, определяемая акустическойвращения наложения помех от упругих длиной волновода, зависит от количестваволн, отраженных от конца волновода, на цилиндров и может быть увеличена восновной регистрируемьй импульс. Пло- И + 1 раз при той же амплитуд.щадь сечения каждого цилиндра равна се Таким образом, использование предпачению стержневой части волновода. При- гаемого пьезоэлектрического датчикаменение соосных цилиндров позволяет давления позволяет повысить точностьзначительно сократить размеры волково- измерения импульсов большой длительдд. ности и амплитуды.5 737798 6формула изобретения ально с радиальными зазорами и скрепленных между собой последовательно поПьезоэлектрический датчик давления, торцам, причем внутренний цилиндр оходержщций чувствительный пьезоэлек- ватывает стержневую часть волновода рический элемент, соединенный с одними скреплен со свободным его концом. Составитель О. Пол Абрамова . Техред А, Шепанскарректор Т. Скворцова 2652/23 Тираж 1019 ЦНИИ ПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская набодписное 5 Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 филиал стиз концов акустического волновода с постоянными сечением и акустическим сопротивлением по длине, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения импульсных давлений большой дпительности и амплитуды и " уменьшения габаритов, в нем волновод выполнен с участком в виде набора пустотелых цилиндров, размещенных коаксиИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР10263950, кл. О 01 Ь 23/10 1969,2. Авторское свидетельство СССР537273, кл, Я 01 Ь 9/08, 1975,3. Патент США3336807,кл. 73-398, 1967 (прототип).