Датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЯО,01 Ь 9/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН пр по ел род пери к лансным ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(72) В,Я, Баржин, А.С. Василенко, Е.С. Колесник и К,В. Скульский (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е. Жуковског (53) 531.787(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 1091042, кл. С 01 Ь 9/08, 1984.Авторское свидетельство СССР У 983474, кл. С 01 Ь 9/08, 1981.(54)(57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащиавтогенератор, в частотно-задающуюцепь которого подключен основнымиэлектродами первый пьезорезонатор,а второй пьезорезонатор основнымиэлектродами подключен через буферный усилитель к выходу автогенератора, широкополосный усилитель, выходом подключенный к входу первогосмесителя, выход которого соединенс первым входом второго смесителя, подключенного к входу усилителя, выход которого подсоеди -нен к измерителю частоты, при этомпьезорезонаторы выполнены трехэлектродными, каждый из дополнительныхэлектродов которых заземлен черезрезистор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены вычитающее устройство, входами подключенноек источнику опорного напряжения ивыходу амплитудного детектора, а выходом - к управляющему входу ляемого параметрического дву ника, и управляемый фазовращ при этом дополнительный элек вого пьезорезонатора подключ выходу двухполюсника и второму в увторого смесителя, а дополнительэлектрод второго пьезорезонатора -к входу амплитудного детектора, одиниз основных электродов первого пьезорезонатора подключен к входу двухполюсника и первому входу фазовращателя, на второй вход которого подаюткалибровочное напряжение, причемсмесители выполнены однополоснымиИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения давления.Цель изобретения - повышение чувствительности. 5На Фиг. 1 приведена функциональная схема датчика давления; на Фиг, 2 - конструкцйя применяемого в датчике пьезорезонатора в двух проекциях; на Фиг. 3 - амплитудно- частотные характеристики рабочего пьезорезонатора.Датчик давления содержит (фиг. 1) высокостабильный кварцевый автогенератор 1, буферный усилитель 2, два 15 трехэлектродных кварцевых резонатора АТ-среза 3 и 3 с двумя основными 4, 5 и 4 5и одним дополнительным 6 и 6 электродами. Пьезорезонатор 3 установлен в частотно-задающей цепи 20 автогенератора 1 и является дополнительным, а пьезорезонатор 3 закреп 1 лен в силопередающем элементе и является рабочим. Конструктивно пьезорезонаторы 3 и 3 выполнены идентичны(ми в виде линзового кварцевого пьезоэлемента АТ-среза с электродами (Фиг. 2). В силу идентичности пьезорезонаторов электроды одного из них на Функциональной схеме обозначены 30 цифрами без штрихов, а соответствующие электроды второго пьезорезонатора обозначены цифрами со штрихами. Основные электроды 4, 5 и 4 , 5 на / несены в центральной части пьезоэле- З5 мента с двух сторон в виде "замочной скважины, Дополнительные электроды 6 и 6 (сегментные) охватывают линзы так, что хорды сегментов перпендикулярны повернутой оптической оси 2 40 пьезоэлементов. Площади основных и дополнительного электродов примерно равны. Между дополнительными электродами 6 и 6 и общей шиной датчика подключены резисторы 7 и 7 нагрузки.45 Амплитудный детектор 8 включен между дополнительным электродом 6 пьезо/резонатора 3 и первым входом вычитающего устройства 9, второй вход которого соединен с источником 10 50 опорного напряжения. Выход вычитаю- щего устройства 9 подключен к входу управляемого параметрического двухполюсника 11, который включен между первым основным электродом 4 и дополнительным электродом 6 пьезорезонатора 3, Однополостые балансные смеси- тели 12 и 13 включены последовательно в кольцевое соединение с усилителем 14На выходе однополосных балансных смесителей выделяется одна полоса с помощью Фильтров или фазовымметодом. К усилителю 14 подключенизмеритель 15 частоты, Управляемыйфазовращатель 16 включен между первым основным электродом 4 пьезорезонатора 3 и вторым входом смесителя 12. Второй вход смесителя 13 подключен к дополнительному электроду6 пьезорезонатора 3. Датчик содержиткорпус с силопередающим элементом,который точечными контактами скреп/лен с пьезорезонатором 3 , Электрическая ось Х пьезорезонатора 3 поверонута на 40 относительно диаметральной линии, проходящей через точечные контакты силопередающего элемента, что соответствует нулевому температурному коэффициенту силочувствительности и наибольшей величине коэффициента Ратайского.Устройство работает следующим образом,При номинальном измеряемом давлении автогенератор 1, в частотно-задающую цепь которого включен пьезорезонатор 3 своими основными электродами 4 и 5, генерирует колебания частоты Г . С выхода автогенератора 1колебания поступают через буферныйусилитель 2 на основные электроды 4 и5 пьезорезонатора 3 и возбуждаютего на частоте Гд . Частота настройкиГ пьезорезонатора 3 сдвинута относительно частоты автогенератора Йо навеличину ЬУ таким образом, что частота генерации Й совпадает со срединой линейного участка одной из ветвей амплитудно-частотной характеристики пьезорезонатора 3 (фиг. 3)./Колебания с дополнительного электрода 6 пьезорезонатора 3 поступают наамплитудный детектор 8, на выходе которого при номинальном давлении выделяется напряжение Пе,.КыРеых р где К е - коэффициентАв ВЫ( 1 опередачи амплитудного детектора 8, аП , Р - амплитуда напряжения накоМвыходе пьезорезонатора 3 при номинальном давлении.Напряжение с выхода амплитудногодетектора 8 поступает на первый входвычитающего устройства 9, на второйвход которого от источника 10 опорного напряжения подается опорное напряжение, величина которого равна1186976 давления. сРиг.7 Ео =Пвы Ав . В результате, на входе параметрического двухполюсника 11 при номинальном давлении управляющее напряжение равно Бп =Евью дэ =О, В этом случае рабочая точка управляемого кварцевого Фазовращателя, образованного пьезорезонатором 3, параметрическим двухполюсником 11 и резистором 7 нагрузки, находится на линейном участке характеристики управления.Колебания с основного 4 и дополнительного 6 электродов пьезорезонатора 3 с одинаковой Фазой поступают на вторые входы смесителей 12 и 13 соответственно благодаря установке соответствующего фазового сдвига на управляемом Фазовращателе 16, управление которым осуществляется подачей калибровочного напряжения Бщ (фиг. 1), Широкополосный усилитель 14 с цепью положительной обратной связи, состоящей из последовательно включенных смесителей 12 и 13, образует замкнутый контур, в котором существуют автоколебания частоты 1ц ф если выполняются условия баланса амплитуд и фаз. На выходе смесителя 12 выделяются колебания с суммарной частотой Й =Й +Г, а на выходе смесителя 13 - с разностной Г=ЕО =УаПри отклонении измеряемого давления от номинального резонансная частота й пьезорезонатора 3 изменяется и становится равной Е (Фиг. ЗЕ,6), Напряжение на выходе пьезорезонатора 3 равно Бщи, р, что приводит к появлению управляющего напряжения на входе параметрического двухполюсниПо Есм Пвьв=-ЬБ. В результате этого в колебайиях на втором входе смесителя 13 (на дополнительном электроде 6 пьезорезонатора 3) появляется фазовый сдвиг + Ь ф относительно Фазы колебаний на втором входе смесителя 12 (на первом основном электроде 4 пьезорезонатора 3). Это приводит к изменению фазы колебаний на выходе смесителя 13 на величину + ЬС, что вызывает изменение частоты автоколебаний й в контуре широко(3полосного усилителя 14, так как условие баланса Фаз выполняется на другой частоте. По величине отклонения частоты автоколебаний, фиксируемой измерителем 15 частоты, судят о величине отклонения измеряемого1186976 Составитель Н, Кизилоир Техред О. В ашишина Редактор О Корректор М.Демчик аказ исно иал ППП "Патент", г. Ужгород,Проектная,537/45 Тираж 896 ПодВНИИПИ Государственного комитета СССРло делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.