Датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 401 Ь 11/О 1; Ц6 М,: ц ПИСАНИ РЕТЕНИЯ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им, Н.Е.Жуковского (72) В.Я. Баржин, Е.С. Колесник, В.Л. Сорокопут и А.И. Черепков (53) 531.781(088,8)(56) Левина Е,С., Новицкий П.В, Электрические измерения Физических величин. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с, 129-131.Авторское свидетельство СССР В 1069192, кл. С 01 Ь 1/16, 1984. (54)(57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий монокристаллическую пьезоэлектрическую пластину с выполненной в ней мембраной и двумя линиями задержки поверхностных акустических волн с входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями, два смесителя и первый усилитель, выход которого соединен с первым входом первого смесителя и измерителем частоты,а входс выходным встречно-штыревым преобразователем первой линии задержки через второй смеситель, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения датчика, в него введены второй усилитель и фильтр нижних частот, при этом вторая линия задержки также расположена на внешней стороне пьезоэлектрической пластины, причем перЯО;,120169 вая линия задержки находится на мембране, вторая - вне мембраны, а ихпродольные оси ориентированы под углом друг к другу, при котором выполняется условиеСд О( -, а 1где Ы - частота сигнала на первомвходе второго смесителяпри нормальном давлении инормальной температуре окружающей среды,сд - частота сигнала на выходевторого усилителя при нормельной температуре окружающей среды,А, А - коэффициенты температурнойзависимости времени задержки соответственно первой ивторой линии задержки,выход первого смесителя соединен свходным встречно-штыревым преобразо.вателем первой линии задержки, выходной встречно-штыревой преобразователь которой подключен к первомувходу второго смесителя, вцход которого соединен с входом первого усилителя через фильтр нижних частот,при этом генератор образован, входным и выходным встречно-штыревымипреобразователями второй линии задержки, подключенными соответственно к.выходу и входу второго усилителя, выход которого подсоединен квторым входам первого и второгосмесителей.96 2тотой Ьравной сумме частот колебаЕ фний, поступающих на первый и второй входы первого смесите(ля 2. При этомв качестве фильтра, служащего для выделения колебаний с частотой(1, использованы встречно-штыревые преобразователи 4 и 5 линии 3 задержки. На выходе фильтра 7 нижних частот выце-, ляются колебания с частотой, равной разности частот колебаний, поступающих соответственно на первый и второй входы второго смесителя 6. Частота Д выделяется таким образом, чтобыГ 4 2016Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, автоматике и других областях техники.Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение датчика давления.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого датчика. давления. 1 ОДатчик давлейия содержит соединенные в кольцо первый усилитель 1, первый смеситель 2, первую линию 3 задержки с входным 4 и выходным 5 встречно-штыревыми преобразователя ми, второй смеситель 6, фильтр 7 нижних частот, выход второго усилителя 8 подключен с одной стороны к второй линии 9 задержки, а именно к. ее входному встречно-штыревому 20 преобразователю 10, к вторым входам смесителей 2 и 6. Вход второго усилителя 8 соединен с выходным встречно-штыревым преобразователем 11 линии 9 задержки, а выход первого уси лителя 1 подключен к измерителю 12 частоты. Линии 3 и 9 задержки расположены на одной стороне пьезоподложки 13, причем первая линия 3 задержки находится на мембране 14, к которой приложено измеряемое давление, продольные оси линий 3 и 9 задержки образуют угол, при котором выполняется условие л) - ц,) ти) сс Д35 55 где И - частота колебаний на первомьвходе второго смесителя 6при номинальном давлении инормальной температуре окружающей среды;д - частота колебаний на выходевторого усилителя 8 принормальной температуре окружающей среды; 45- температурный коэффициентзадержки -ой линии задержки.Это условие выполняется путем определенного относительного расположения линий 3 и 9 задержки благодаря 50 тому, что в: зависимости от направления распространения поверхностных акустических волн относительно кри-. сталлографических осей пьезоподложки 13 температурный коэффициент времени задержки принимает различные значения, На первом входе второго сме сителя 6 выделяется колебание с часДатчик давления работает следующим образом.При номинальном давлении Рд инормальной температуре окружающейсреды ( в автоколебательной системе, представлякчей собой соединемные в кольцо первый усилитель 1,первый смеситель 2, первую линию 3задержки с входным 4 и выходным 5встречно-штыревыми преобразователями, второй однополосный смеситель 6и фильтр 7 нижних частот, возникаютколебания с частотой д после того,как на вторые входы смесителей 2 и6 поступят,.колебания с частотойи 3, которые возникают в автогенераторе, образованном соединенными вкольцо вторым усилителем 8 и второйлинией 9 задержки. Соотношение междучастотой автоколебаний оЭ и параметрами элементов, входящих в составпредлагаемого датчика, определяется условием баланса фаз в автоколебательной системе, образованнойсоединенными в кольцо блоками 1-7.Соотношение между частотой ц) ипараметрами элементов, входящих в состав датчика давления, определяетсяследующим образом, Используются следующие обозначения)+ - полная фаза колебаний, существующих на выходе усилителя 1,) +( - полная фаза колебаний, поступающих на вторые входысмесителей 2 и 6. На основании введенных обозначений можно записать выражения для полных фаз колебаний соответственно на выходе линии 3 задержки и на входе пер вого усилителя 1;(1) 45 По значению ,), измеренному частотомером 12, судят о величине номинального давления.При отклонении давления от номинального значения на величину 4 Р при 50 нормальной температуре окружающей среды С диафрагма 14 деформируется, в результате чего время задержки линии 3 задержки изменяется на велилчину д, Приращение частоты 4 д.) в 55 этом случае равноЭд) дд (3) 2 л юАгд) = - а,йг(8) з 1206 Р=мЭ 11 - г 1 - полная фаза коле-баний на выходелинии 3 задержки, гф 4 -дд,1 -,) д причем ь =,),+г),полная фаза колеба ний на входе первого усилителя 1, аг - задержка сигнала в фильтре 7 нижних частот. 1 ОИз последнего выражения следует, что сдвиг фаз между колебаниями на входе первого усилителя 1 и первом входе смесителя 2 равенд Ь=д-( )+ )=фа л - )Автоколебательную систему, образованную соединенными в кольцо усилителем 1, первым смесителем 2, первой линией 3 задержки с входным 4 и выходным 5 встречно-штыревыми преобразователями, вторым смесителем 6 и фильтром 7 нижних частот, можно представить в виде усилителя 1, охваченного четырехполюсником положительной обратной связи, входом которого является первый вход смесителя 2, а выходом - выход фильтра 7 нижних частот. Частота колебаний ) может быть найдена из уравнения балан. са фаз, которое для автоколебательной системы, состоящей из блоков 1-7, может быть представлено в виде где - фазовый сдвиг, вносимый усилителем 1,К - целое число. 40Из уравнения (1) находим частоту автоколебаний м)21" дг 1л (2) Фиксируя приращения ддг частотомероы 1 , можно судить о величине прираще гния измеряемого давления Ь Р.При одновременном изменении температуры окружающей среды и величины измеряемого давления датчик работает следующим образом.При изменении температуры окружающей среды на величину Ь и давления на величину Ь Р частота колебаний Д изменяется на величинуЭ д,) л 1 дд) л Зг), В 4= - "д ф г, до +а,)1 (5) где 41 Ао, Ьа 3- соответственно изменения времени .задержки линии 3 задержки, времени задержки сигнала в фильтре 7 нижних частот, а также частоты автогенератора, образованного соединенными в кольцо вторым усилителем 8 и второй линией 9 задержки, при изменении температуры окружающей среды на величину Ь й. Из выражений (3) и (5) следУет,;,.а- дд . - . (6)л у дВ силу того, что д д) влиянием изменения. задержки сигнала в фильтре нижних частот АО можно пренебречь. Поэтому исключая слагаемое)Ь 6 -у в , соотношение (6) можно записать в виде Изменение, частоты автогенератора,образованного соединенными в кольцовторым усилителем 8 и второй линией9 задержки,лд) при изменении температуры окружающей среды обусловлено изменением времени задержки г алинии 9 задержки на величину ь г, . Аналогично выражению (5) можнозаписать В то же время изменение времени задержки -ой линии задержки, обу;словлено изменением температуры3 1201696окружающей среды на величину д 1 р ны одна относительно другой таким обможет быть записано в виде азом, что выполняется условие4 ф(.=4 ф л то выражение (10) можно записать в виде1 (9)Из последнего выражения следует, что г е ; - температурный коэФфициент за где ; - темпера ур " ффв датчике давления приращение час,цержки -ой линии задержки.тоты Й,),не зависит от изменения темПо ставив выражения (8) и (9) в сопературы окружающейется только изменением величины измефд 1ряемого дааяеаия, -еез 1 едбее гТаким образом, иреддоиеииый датчик давления при одновременном егоНо так как в данном датчике давле упрощении позволяет повысить точность ния линии 3 и 9 задержки расположе- , измерения давления. ВНИИПИ Заказ 7995/42 Тираж 896 ПодписноПатент", геУжгород, ул.Проектная,