Датчик давления

А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН З(5 6 01 1. 9 1фс САНИ ТЕЛЬСТВ АВТОРСКО 8 нсние одной и х поверхнос де 51 сс контай толк тирующтеля о мембраны;лние другойукпщих поверхеля до мембр расс такт 5 з конс лк ны а Риз ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельствоУ 595642, кл. Я 01 1. 9/08, 1976.2, Авторское свидетельство ССР 636493, кл. Я О9/08, 977(54) (57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИИ, содержащий корпус, в котором закреплена мембрана, связанная через толкатель с пьезопластиной, на которой размещены пьезорезонаторы, о т л .и ч а ю щ и йс л тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции пьезопластина снабжена про,ЯО 1051395 резью, ось которой совпадает с осью симметрии, проходящей вдоль межрезонаторного участка, и жестко закреппе. на по сторонам, параллельным указанной оси и по точкам двух других сторон, лежацим по той же оси, а толкатель размещен в прорези пьезопластины и выполнен с двумя противоположно направленными плечами, контактируюцими соответственно с верхней и нижней поверхностями пьезопластины, причем толцина пьезопластины удовлетворяет следующему соотношениюд) 51-52, 1051395Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к пьезорезонаторнъм датчикам давления.Известен датчик давления, содержащий корпус, мембрану, толкатель ипьеэореэонаторы С 1 3.Однако чувствительность, термоустойчивость и быстродействие датчика невысоки,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является датЧик давления, содержащий корпус, в которомзакреплена мембрана, связанная че;1реэ толкатель с пьезопластиной накоторой размещены пьезорезонаторы 1.2.Однако в датчике наличие толкателя в виде рамки и балок 2"образнойФормы, размеры которых определяютсяразмерамн пьеэопластины, приводят кувеличению приведенной массы Чувствительных элементов (пьезорезона-.торов), вследствие чего не обеспечивается высокое быстродействие. Значительная часть действующего дав,ления в укаэанном датчике идет на деФормацию толкателя в виде рамки ибалки Е-образной Формы, в связи счем он не может регистрировать малыемассы давления, т.е. имеет определенный порог чувствительности. Чувствительность этого датчика зависитот отношения плеч Е-образной балки.Для повышения чуствительности в указанной конструкции необходимо увеличитьразмеры плеч балки, что приведет к дополнительному ухудшению частотных свойств и к уменьшению разрешающей способности и точности датчи"ка. Кроме того, конструция датчикасложна.Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение конструкции датчика давления..Поставленная цель достигается тем,что в датчике давления, содержащемкорпус, в котором закреплена мембрана, связанная через толкатель с пьеэопластиной, на которой размещеныпьеэорезонаторы, пьезопластина снабжена прорезью, ось которой совпадает с осью симметрии, проходящей вдольмеареэонаторного участка, и жесткозакреплена по.сторонам, параллельным укаэанной оси и по точкам двухдругих сторон, лежащих на той жеоси, а толкатель размещен в прорези5 0 20 жена прорезью 4, ось которой совпа 25 30 35 40 45 50 55 пьезопластины и выполнен с двумя противоположными направленными плечами, контактирующими соответственно с верхней и нижней поверхностями пьезопластины, причем толщина пьезопластины удовлетворяет следующему соотношениюд -52,где 5 - расстояние одной из контактирующих поверхностей тол.Р кателя до мембраны;- расстояние другой из кон 2тактирующих поверхностей толкателя до мембраны.На фиг. 1 изображен датчик давленияобщий вид; на Фиг. 2 - разрез А-Ъ на фиг, 1.Пьеэопластина 1, Ка которой раз-мещены пьезорезонаторы 2 и 3, снабдает с осью 5 симметрии, проходящей вдоль межреэонаторного участкапьезопластины 1. Пьезопластина 1жестко закреплена на корпусе 6 посторонам 7, 8 и по точкам 9 и 10двух других сторон. В прорези 4 размещен толкатель 1 1, связанный с мембраной 12. Толкатель 11 снабжен двумя противоположно направленными плечами 13 и 14. Расстояние между верхней частью плеча 13 и нижней частьюплеча 14 меньше толщины пьезопластины 1. Толкатель 11 закреплен в ьезопластине 1, Так как разность междурасстояниями контактирующих сторонплеч толкателя до мембраны 5 -5меньше толщины сГпьеэопластийы 1,то левая н правая части пьезопластины смещены гак, что оси пьезорезонаторов 2 и 3 с осью пьезопластиныобразуют угол о, т.епри помощитолкателя 11 обеспечено предварительно напряженное состояние пьезорезонаторов 2 и 3 (оба пьезорезонатора находятся в растянутом состоянии). Пьезорезонаторы 2 и 3 включены в электрическую схему измерения (не показано),Датчик давления работает следующим образом,Усилие Ф от действующего давления через мембрану 12 передается толкателю 11. Так как оба пьезорезонатора 2 и 3 находятся в предварительно растянутом состоянии (пьезорезонатор 2 изогнут вверх, а пьеэорезонатор 3 - вниз), то при воздействииусилия на толкатель 11 происходитдальнейший изгиб пьезореэонатора 3з 10 вниз, т,е, растягивающее усилие на пьеэореэонаторе 3 увеличивается нас.величииу в в в , а предварительная5 Ыс 61деформация пьезорезонатора 2 уменьшается, т.е. растягивающее усилие на пьезореэонаторе 2 уменьшается на величину - в . При этом собственная5111 очастота колебаний пьеэорезонатора 3 увеличивается на величину ВГ. =а собственная частота колебани 13 пьезорезонатора 2 уменьГ шается на ве чину Дгг = К ---йдо ф где К - коэффициент силовой чувствительности пьезорезонаторов.Электрический сигнал, получаемый на выходе измерительной;схемы (где подключены пьеэорезонаторы 2 и 3), пропорционален сумме изменений частот собственных колебаний пьезорезонаторов. Суммарное изменение частот пьезорезонаторов составляет.+ Ь.г = Ф51 ПЧувствительность датчика можно определить из выраженияК = .=(1)ЬЕ 2 КСнабжение пьеэопластины прорезью и размещение в ней толкателя, выполненного с двумя противоположно направленными плечами, контактирующими соответственно с верхней и нижней поверхностями пьеэопластины, обеспечивает предварительно напряженное состояние пьезорезонаторов, т.е. дифференциальность измерения, что повышает линейность и точность датчика, Подбором угла с(т.е. степень предварительного напряженного состояния пьезорезонаторов) можно получить тре буемую чувствительность датчика;4Чувствительность известного датчика Кп определяется из выраженияК- - - К, (2)2где К 1 и Д - длины плеч толкателя.Иэ выражений (1) и (2) видно, чточувствительность датчикапревосходиткоэффициент силовой чувствительностипьеэорезонаторов в -- д раз причем,Е51 пЗг фОможет быть сколь угодно малым (порядка долей градуса), чувствитель-ность же известного датчика превосхо.днт силовую чувствительность пьеэорезонаторов в Р- Я- раз.Следовательно, для значительногоувеличения чувствительности известного датчика необходимо значительноеувеличение размеров плеч толкателя,что приводит, как указывалось выше,к ухудшению частотных свойств иуменьшению разрешающей способностии точности датчика,Размеры толкателя в предлагаемомдатчике можно уменьшить независимоот размеров пьезопластины, в результате чего повысятся частотные свойства датчика. А непосредственнаяпередача усилия к пьезорезонаторамбез дополнительных деформирующихсяэлементов упрощает конструкциюдат-.чика, дополнительно повышает его частотные свойства и расширяет порогчувствительности. 51395 Закрепление пьезопластины по сто ронам, параллельным оси прорези, ипо точкам двух других сторон, лежащих на той же оси, исключает изгиб пьезопластины и связанные с ним колебания, что повышает прочностные 40 и частотные характеристики датчика, 1051395Составитель А. СокТехред Т,Фанта ск Лушник акт нц каз 86 3 омите ткркая 45 нт", г. Ужго оектная дф у/41 ВНИИПИ Госуд по делам 113035 Иос лиал ППП ПатТиражарствизоб енногоретенийЖРа Корректор А.Подписноеа СССРтийнаб. д