Пьезоэлектрический преобразователь давления и температуры

(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им.Н.Е.Н(уковского (72) В.Я. Баржин, Ф.Ф.Колпаков, ,Е.А,Милькевич и А.Е.Сычев (53) 536,53 (088,8)(56) Авторское свидетельствд СССР Ф 851121, кл. С 01 К 7/32, 1979.Авторское свидетельство СССР У 777482, кл, С 01 К 7/32, 1979, (54) (57) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий автогенератор, два преобразователя аналог-код, выходы которых подключены к входам вычислительного блока, соединенного с блоком памяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения исследуемых парамет-ров путем улучшенгя степени взаимодействия чувствительного элемента сконтролируемой средой, в него введены два усилителя, два фазовых детектора и двухотводная ультразвуковая линия задержки на объемных акустических волнах, используемая в качестве чувствительного элемента, излучающий преобразователь которой сое.динен с выходом автогенератора, априемные преобразователи соответственно через усилители подключены кпервым входам фазовых детекторов,в-орые входы которых подключены квыходу автогенератора, а выходы подключены соответственно к входам преобразователей аналог-код.Изобретение относится к техникеэлектрических измерений и может бытьиспользовано для измерения давленияи температуры газообразных или жидких сред, 5Цель изобретения - повьшение точности измерения исследуемых параметров путем улучшения степени вэаимодей -ствия чувствительного элемента с контролируемой средой. О11 а чертеже представлена функциональная схема пьезоэлектрическогопреобразователя, предназначенногодля измерения двух физических парамет -ров контролируемой среды - давления Р 5ргуры Т,гз нагель содержит высоко -с; обильный, например, кварцевый автогенератор 1 с пьезорезонатором 2,двухотводную ультразвуковую линию 3 20задержки ( УЛЗ) на объемных акустических волнах с излучающим 4 и двумяприемными 5 и 6 преобразователями,помещенную в контролируемую среду7, два фазостабильных усилителя 8 и 259,два Фазовых детектора 10 и 11,два аналого-цифровых преобразователя(ЛЦП12 и 13, вычислительный блок14 и блок 15 памяти,В качестве двухотводной ультра- З 0 звуковой линии задержки - чувствительного элемента преобразователя, используется интегральная линия, в ко".орой в едином аниэотропном монокристаллическом звукопроводе фор мируются два канала распространения объемных акустических волн. Двух - отводная УЛЗ, использующая объемные акустические волны, содержит звукопровод и закрепленные на нем из лучающий и приемные преобразователи, представляющие собой пьезоэлектрические пластинки с нанесенными наних электродами, причем конструкции приемных и излучающих преобразо вателей отличаются лишь выполнением электродов. Каждый из приемных преобразователей содержит два сплошных тонкопленочных электрода, нанесенных на противоположны . широкие грани 50 пьезоэлектрических пластин. В излучающем преобразователе с целью формирования многолепестковой диаграммы направленности один из .электродов выполняется сплошным, а другой дела ется в виде решетки, причем выбор расстояния между элементами этой решетки и ширина элементов полностью определяют число лепестков диаграммы направленности излучающего преоб - разователя и углы между лепестками этой диаграммы. Приемные преобразователи 5 и 6 УЛЗ крепятся на эвукопроводе в направлениях максимумовлепестков диаграммы направленности излучающего преобразователя 4,Материал звукопровада УЛЗ 3 должен обеспечивать высокую чувствительность величины задержки 7, обес - печиваемой линией 3, к изменениям контролируемых давления Р и температуры Т, постоянство этих коэффициентов чувствительности в диапазонах изменения Р и Т и анизотропию свойств звукопровада в направлениях максимумов лепестков диаграммы направленности излучающего преобразователя 4. Всем этим требованиям в наибольшей степени соответствуютзвукопроводы, изготавливаемые из температурно-чувствительного монокристаллического кварца 1,С-среза, которые обладают постоянным температурным коэффициентам задержки ва всем диапазоне измеряемых температур, а значит и линейной зависимостью фазы проходящего через линию сигнала от температуры Т. Таким же свойствам обладает и зависимость фазы проходящего через линию сигнала ат давления Р, так как при всестороннем сжатии кварцевого звукапровода УЛЗ измеряемым давлением Р, благодаря хорошим упругим свойствам кварца, согласно закону Гука пропорционально прикладываемому к звукапроводу дав лению изменяются механические напряжения в этом звукопроводе, а значит изменяются соответственно и механические свойства звукопровода, Эта приводит к изменениям задержек, обеспечиваемых линией в направлениях максимумов диаграммы направленности излучающего преобразователя 3, а за. чит и к вариациям фаз принимаемых преобразователями 5 и 6 сигналов, причем эти вариации для различных лепестков диаграммы направленности вследствии анизотропии свойств кварца различные. Пьезоэлектрический преобразователь давления и температуры работает следующим образом.Лвтогенератор 1 вырабатывает высокостабильный сигнал с постоянной частотой 1 ц и начальной фазой М190210 Составитель В.КуликовРедактор Н,Бобкова ТехредЛ.Мартяшова Корректор Е,Сирохман Заказ 6963/43 Тираж 896 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035,11 осква, 11(-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал П 11 П "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 а и а - соответственно цифро 21 22вые значения величинК 2, К иКф 2 КТак как цифровые сигналы у и у с" выходов АЦП 12 и 13 поступают на входы вычислительного блока 14, который должен решать систему уравнений (4 ) определяя цифровые величины и знаки приращения Д Р и аТ изме ряемых давлений Р и температуры Т то для определения величин коэффициентов а, а 1, а, а 2 и величин21у, и у , которые необходимо знать2 одля решения системы уравнений (4 , в постоянную память блока )5 памяти необходимо внести цифровые значения измеренных на этапе наладки уСтрОйСтВа ВЕЛИЧИН Кф Кф 2 ь К 1 р(2 р Кт Кгт а также величины Уп 1 и п 2 про порциональные начальным значениям давления Р и температуры Т, информация о которых в цифровом виде также должна содержаться в блоке 15 памяти. 25Поскольку, благодаря анизотропии свойств кварца, коэффициенты чувствительности К 1 рК 2 Р и К 1 К во всем1 т2 т диапазоне изменения давления Р и температуры Т удовлетворяют соотношениям К - акоп з 1 ф К 2 Р-сспз 11 К - Сопз, Ф Ф К 2 =. сопз, то уравнения системы (4) всегда независимы, а сама система 1всегда разрешима относительно нско . мых сигналов х , хф гВ связи с этим, вичислительный блок 14 с учетом информации, записанной в блоке памяти, решает систему (4 ) следующим образом.( (51 где Х - вектор искомых сигналов; Ч = - 1,;2-у 2- вектор выходных сигналов АЦП 12 и 13 с учетом вектоА - матрица обратная матрице2 22Таким образом из уравнения 5 видно, что вычислптельный блок, который может папример,быть реализован на основе микро-ЗВИ на основе имеющейся информации осуществляет вычисление матрицы А и обращает ее, Далее эта матрица Л умножается на вектор- ( - ( и полученные цифровыеОоценки у и к 2 приращений давления Р и температуры Т контролируемой среды суммируются с учетом их знаков с цифровыми оценками начальных значений давления Р и темпераотуры ТВ результате на выходе преобразователя получаем информацию в виде двоичных кодов 11(Р) и М(Т) о текущих значениях давления и температуры в контролируемой среде.