Пьезоэлектрический манометр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 04.11. 78 (21) 2683021/18-10с присоединением заявки Мо -(23) ПриоритетОпубликовано 15.11.80. Бюллетень Мо 42Дата опубликования описания 15. 11.80 КзО 01 9/08 Государственный комитет СССР по делам нзооретеиий и открытий(72) Авторы изобретения А. И. Трофимов и О. С. Шмитов Отделение Р 1 Томского ордена Октябрьской Революциии ордена Трудового Красного Знамени политехническогоинститута им. С. М, Кирова(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАНОМЕТР Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к области измерения давлений и перепадов давлений, и может использоваться фдля связи объектов технологического контроля с управляющими вычислительными комплексами автоматизированных систем управления .Известны пьезоэлектрические манометры, в которых пьезоэлемент соеди нен с генератором электрических колебаний и измерительным прибором 11.Измеряемое. давление прикладывается к пьезоэлементу через демпфирующие прокладки,или через мягкие обо лочки. Эти манометры позволяют измерять статическое давление.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пьезоэлектрический манометр, содержа щий корпус, пьезопреобразователь, электрический генератор, измеритель выходного сигналаи воспринимающий давление элемент 21.Генератор возбуждает пьезоэлемент 25 на резонансной частоте радиальной моды колебаний . Измеряемое давление через мягкую оболочку сжимает пьезоэлемент, уменьшая амплитуду его механических колебаний и соответствен 2но выходное напряжение, Фиксируемоеизмерительным прибором. Данный пьезоэлектрический манометр применяетсядля измерения динамических и статических давлений .К недостаткам известного манометра следует отнестито, что манометримеет аналоговый выход и следовательно для согласования егос ЦВМ в автоматизированных системах необходимыспециальные преобразователи .Кроме того, у известного пьезоэлектрического манометра ограничендиапазон измерения давлений в области больших значений .Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых"давлейийи обеспечение импульсного выходногосигнала,Для достижения указанной цели визвестное устройство введен мультивибратор, выполненный в виде блокаиз двух шестерен разного диаметра,упругого элемента, взаимодействующего с большей шестерней, и зубчатойрейки, взаимодействующей с меньшейшестерней и шарнирно соединенной своспринимающим давление элементом,а пьезопреобраэователь выполнен ввиде двух пьезоэлементов, жестко соединенных соответственнО с входнымисечениями двух конических концентраторов, точка сочленения вершин которых соединена с упругим элементоммультипликатора.На чертеже изображена схема пьезоэлектрического манометра,Устройство содержит герметичныикорпус 1, закрепленные в нем мембранные блоки 2, 3 и кронштейн 4 с двумяустановленными в нем коническимиконцентраторами 5 и 6, к точКе сочленения вершин которых присоединен гибкий упругий элемент 7, контактирующий с зубьями выходной шестерни 8(мультипликатора), входной элемент 359 которого входит в зацепление с зубчатой рейкой 10,шарнирно соединеннойс центрами мембранных блоков 2, 3При этом к входным сечениям концентраторов 5, б жестко присоединены пье Озоэлементы 11 и 12, электроды которых включены в схему автогенератора 13.Устройство работает следующим образом.Подача измеряемого перепададавления в мембранные блоки 2 и 3 приводитк линейному перемещению рейки 10, которое преобразуется в угловое перемещение входного элемента 9 мультипли-катора, усиливается мультипликаторомв соответствии с его передаточным.числом и передается на гибкий упругийэлемент 7 его выходной .(задающей)шестерней 8 в виде последовательностичередующихся состояний наличия и отсутствия контакта, Точка сочленения З 5вершин концентраторов 5 и б, к которой присоединен гибкий упругий элемент7, является местом максимальной концентрации ультразвуковой энергии,циркулирующей в звуководе включенного 40в схему автогенератора 13 пьезотрансформатора, образованного пьезоэЛемен- "тами 11, 12 и встречно включенными. концентраторами 5 и б переменного сечения и отличающегося высокой чувстви тельностью к состоянию свободногоконца гибкого упругого элемента 7,реализующего операцию "счета" числазубьев выходной шестерни 8 мультипликатора.Наличие контакта упругого элемента 7 с задающейшестерней 8 приводитк скачкообразному изменению акустического сопротивления звуковода(тоесть к резкому изменению коэффицйентатрансформации пьезотрансформатора) 55и к срыву генерации автогенератора13. В отсутствие контакта генерация"восстанавливается" за счет мягкого режима возбуждения автогенератора 13.Таким образом, навыходе автогенератора 13 возникает последовательность"прямоугольных-синусойдально заполнен ных импульсов, количество которых является мерой контролируемого перепада давлений и фиксируется измерительным прибором.Использование релейного режима работы пьезоэлектрического преобразова теля существенно снижает требования к стабильности температурных и временных харакТеристик используемых в устройстве пьезоматериалов и повьыейию точности измерения .Наличие практически полной механи. ческой развязки пьезоэлементов от точек приложения измерительных усилий позволяет-" существенно расширить диапазон измеряемых перепадов давлений без изменения геометрии пьезопреобразователя, так как диапазон измерения определяется характеристиками мембранных блоковКроме того, наличие импульсного выхода (формирование и нормализация счетных импульсов из прямоугольных синусоидально заполненных, имеющих место на выходе автогенератора 13 в рабочем режиме, легко реализуется стандартными приборными средствами) облегчает сопряжение измерительного прибора с нашедшими в настоящее время широкое применение в автоматизации технологических процессов цифровыми управляющими машинами . Формула изобретения 60 Пьезоэлектрический манометр, содержащий корпус, пьезопреобразователь,подключенный к генератору, измерительвыходного сигнала и воспринимающийдавление элемент, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазойа измеряемых давленийи обеспечения импульсного выходногосигнала, в-него введен мультипликатор,выполненный в виде блока из двух шестерен разного диаметра, закрепленныхна одной оси; упругого элемента,взаимодействующего с большей шестерней, и зубчатой рейки, кинематическисвязанной с меньшей шестерней и шарнирно соединенной с воспринимающимдавление элементом, а пьезопреобразователь выполнен в виде двух пьезоэлементов, жестко соединенных соответственно с входными сечениями ДВухконических концентраторов, точка сочленения"вершин которых соединена супругим элементом мультипликатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Автбрское свидетельство СССР9 315963, кл. С 011/16, 1970.2. Авторское свидетельство СССРР 508699, кл .О 019/08, 1975 (прототип).779829 Составитель И. ПетрашеньКузнецова Техред,Т.Маточка. Корректор тник кт Эаказ н 3035,Проектная, 4 П г. Ужг филиал П 6 Тираж 10 9 ИИПИ Государственного по делам изобретений Москва, Ж, Раушска Подпкомитета СССРи открытийя наб., д. 4/