Пьезоэлектрический датчик давления

Союз Советскик Соцнапистических РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕКИЯ нц 885843 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22 Заявлено 25.1279 (21 2857905/18-10с присоединением заявки Йо -(51)М. Кл.з 6 01 1. 9/08 С 01 1 23/10 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения турбулентных пульсаций давления на обтекаемой жидкой средой поверхности.Известны датчики давления, предназначенные для измерения турбулентных пульсаций давления, в которых в качестве чувствительного элемента использован цилиндрический пьезоэлемент 1.Недостатком указанных датчиков является сильное влияние на их работу вибрационных и акустических помех, снижающих точность измерения турбулентных пульсаций давления.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство датчика, содержащего корпус, внутри которого размещен вкладыш с установленным в нем заподлицо с рабочей поверхностью цилиндрическим пьезоэлементом. Причем датчик виброизолирован от стенок поверхности, обтекаемой потоком исследуемой жидкости 2,Недостаток такого устройства - сложность и громоздкость узла виброизоляции и его низкая эффективность во всем частотном диапазоне измеряемых турбулентных пульсаций давления. Кроме того, отсутствие защиты от акустических тмов снижает точность измерения турбулентных пульсаций давления.Цель изобретения - повышение точности измерений турбулентных пульсаций давления в условиях воздействиявибрационных и акустических помех.Указанная цель достигается тем,что вкладыШ снабжен вторым идентичным первому пьезоэлементам, установленным параллельно ему и соединеннымс ним электрически встречно, причем 15 торец второго пьезоэлемента удален отрабочей поверхности вкладыша на расстояние, обратно пропорциональноеволновому числу турбулентности, соответствующему заданной нижней часто те измеряемого спектра пульсацийдавления среды,а вкладыш выполнен изматериала с таким же, как у измеряемой среды, акустическим сопротив"лением.25 На фиг. 1 изображен пьезоэлектрический датчик давления; на фиг, 2 зависимость ослабления спектральной плотности мощности турбулентных пуль саций давления от безразмерной частоты при различных значениях безразмерной толщины разделительного слоя,Пьезоэлектрический датчик давления состоит из корпуса 1 со вклады"шем 2 из материала с таким же, каку измеряемой среды, акустическим сопротивлением, например из резины, вкотором установлены два идентичных.пьезоэлемента 3 и 4 параллельно другдругу и выполнены в виде цилиндров,причем торец рабочего пьезоэлемента3 находится заподлицо с обтекаемойповерхностью 5 датчика, а верхнийторец компенсационного пьезоэлемента4 расположен ниже обтекаемой поверхности датчика на расстоянии д(фиг,1).Устройство работает следующим образом.Турбулентные пульсации давлениянепосредственно воспринимаются рабочим пьезоэлементом 3. Компенсационный пьезоэлемент 4, находящийся подразделительным слоем д от обтекаемойповерхности 5 датчика, воспринимаеттурбулентные пульсации давления ослабленными. Чем толще разделительныйслой Й,.тем более ослабленные турбулентные пульсации давления воспринимает компенсационный пьезоэлемент 4и тем меньшую ошибку он вносит в результаты измерений турбулентных пульсаций давления, осуществляемых рабочим пьезоэлементом 3. Степень ослабления спектральной плотности турбулентных пульсаций давления ф/ф представлена на фиг. 2 в зависимости отбезразмерной частоты В при различных безразмерных толщинах разделительного слоя О,где % = 2 й Ь 10 с3:0 сгде ф - измеренный спектр мощности турбулентных пульсацийдавления;ф - истинный спектр мощноститурбулентных пульсаций давления;фазовая скорость движениявихрей в турбулентном пограничном слое 1Е - частота;г -. радиус цилиндра пьезоэлемента,.На фиг. 2 номера кривых п = 1"5соответствуют значениям безразмернойвеличины разделительного слоя Р = 0;0,2 р 1,0 р 3,0 у 5,0 соответственно.При постоянном Р величина ослабления турбулентных пульсаций давлениятем больше, чем выше безразмернаячастота В. С понижением частоты ослабление турбулентных пульсаций давления снижается и стремится к некоторому постоянному значению. Требуе"мому ослаблению спектральной плотности мощности турбулентных пульса"ций давления ф/ ф соответствует определенное значение толщины раэде с щс (2 И=э(к,25 ЗО 35 формула изобретения Пьезоэлектрический датчик давления, содержащий корпус, внутри ко 40 45 50 55 60 лительного слоя О, Абсолютная величина толщины разделительного слоя й,обеспечивающая требуемое ослаблениеспектра мощности турбулентных пульсаций давления, определяется выражением где К=2%2/У- волновое число турбулентности.Фазовая скорость У движения вихрей в турбулентном пограничном слое яв-, ляется частотно-зависимой величиной и меняется в пределах 0,8-0,б от скорости потока исследуемой среды, омывающей поверхность 5 датчика.Таким образом, толщина разделительного слоя й является величиной обратно пропорциональной волновому числу турбулентности. Выбор необходимой величины разделительного слоя Й для заглубления компенсационного пьезоэлемента 4 датчика в зависимости от волнового числа турбулентности К, соответствующего заданной нижней частоте измеряемого спектра турбулентных пульсаций давления, дает воэможность наилучшим образом согласовать параметры датчика и характеристики измеряемых с его помощью турбулентных пульсаций давления, а также обеспечить проведение измерений с необходимой точностью, пользуясь зависимостями фиг. 2. Поскольку рабочий 3 и компенсационный 4 пьезоэлементы идентичны по параметрам, расположены параллельно друг другу и соединены электрически встречно, то вибрационные помехибу" дут скомпенсированы. По той же причине, а также в силу того, что пьезоэлементы 3 и 4 установлены во вкладыше, изготовленном из материала с таким же, как у измеряемой среды, акустическим сопротивлением, то будут скомпенсированы также и акустические помехи. Эффективность снижения влияния вибрационных и акустических помех на результаты измерений турбулентных пульсаций давления в диапазо- не .частот 20 ГцкГц составляет 20-30 Дб.Использование предлагаемого пьезоэлектрического датчика давления при исследовайии полей турбулентных пульсаций давления повышает точность измерений благодаря эффективному снижению влияния вибрационных и акустических помех на его работу.ик Составитель Н, КизиловТехред Т. Мата;ка Корректор Редакт род каз 10531/б Тираж 910 Подпи сн оеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб.,д. 4/5 Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проект торого размещен вкладыш с установленным в нем заподлицо с раббчей поверхностью цилиндрическим пьезоэлементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерений турбулентных пульсаций давления в условиях воздействия вибрационных и акустических помех, вкладыш снабжен вторым идентичным первому пьезоэлементом, установленнымпараллельно ему и соединенным с нимэлектрически встречно, причем торецвторого пьезоэлемента удален от рабочей поверхности вкладыша на расстояние, обратно пропорциональноеволновому числу турбулентности, соответствующему заданной нижней частоте измеряемого спектра пульсаций.давления среды,а вкладыш выполнен из.материала с таким жекак у измеряемойсреды, акустическим. сопротивлением.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Камолкин В.В. Малогабаритныйдатчик пульсаций давленияМетоды исредства. измерений в гидротехнических исследованиях. Сборник. Л.,Энергия, 1976, с. 47-48.2. Ю 111 ваг 1 Ь И.Ю., Уагщ С.Я., Юа 11- ргевяцге Й 1 цс 1 ца 11 опя ЬепеаЮ цгЪц 1 еп 1 Ьоцпйагу 1 ауегв оп а й 1 а р 1 а 1 еапй а су 13.пдег.-доцгпа 1 оЙ Г 1 ШЙМесЬап 1 ся, 1970, чо 1. 41, рагг. 1,15 р.р. 47-80 (прототип),