Пьезометрический датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 091 (11) А 1 1)4 С 01 1. 9 ВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТ ГОСУДАРСПО ДЕЛ ОБРЕТЕН ЕЛЬСТ Й инс о СССР1984СССР1979. ДАВЛЕ спользодавлеИл даЬе ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМ,/ С(57) Изобретение может бытьвано для измерений импульсных ЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИИ ДАТЧИК нии большои длительности. Цель изобретения - повышение точности. Датчиксостоит из пьезоэлемента 1 и волновода 2. В датчике отраженные от егограниц упругие волны гасят друг друга с требуемой точностью. Уменьшается составляющая погрешности измерений, обусловленная влиянием отраженных волн расширения и волн искаженияна работу пьезоэлемента 1. В результате увеличен верхний предел длительности измеряемого импульсного давления без увеличения длины волновода2, т.к. на характер распространенияупругих волн в этом волноводе невлияет длительность измеряемого им- спульсного давления. 2 ил.45 1 13394Изобретение относится к контроль-, но-измерительной технике и может быть использовано для измерений импульсных давлений большой длительности, например, в электрогидравлической штамповке.Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния упругой волны в волново- -10 .де, отраженной от его другого конца.На фиг.1 и 2 схематически изображен пьезометрический датчик давления.Датчик состоит из пьезоэлемента 1, установленного на одном конце от волновода 2, который акустически согласован с пьезоэлементом, Волновод 2 содержит 3 участка. Первый участок представляет собой стержень переменного сечения, площадь которого вместе соединения всех трех участков равна Р . Второй в виде полого усеченного конуса и третий в виде цилиндра участки имеют равные акустические длины и представляют собой волноводы постоянного поперечного сечения, нормального к направлению распространения упругой волны вдоль каждого из них, с площадями Р и Р соответственно. Второй участок волновода ограничен отражающей поверхностью П 1, обладающей свойством, свободной границы, а третий участок - отражающей поверхностью П 2, обладающей свойством границы с жесткой связью. При этом на обеих отражающих поверхнос 35 тях выполняется условие нормального падения распространяющихся во втором и третьем участках волновода упругих волн, образующихся в результате разделения фронта прямой упругой волны, распространяющейся в первом .участке волновода, в месте соединения всех трех участков. Площади Р, Р и Р удовлетворяют условиям 20 2 певает разделение на два фронта, образующие упругие волны расширения Р и Р соответственноПри этом выполняется условие А,дР =А,дР +А,дР,с с сгде А, - амплитуда упругой волны Р,в месте разделения ее фронта;А , А - амплитуды упругих волн Раи Р соответственно;б Р - элемент площади поперечногосечения участка волновода,нормального к направлениюраспространения упругой волЕсли А= А = А, то это условие переходит в соотношение, которое выполняется для площадей Р, Р и Р Волны расширения Р и Р распространяются вдоль второго и третьего участков волновода соответственно,Дойдя до границы второго участка волновода, упругая волна отражается от поверхности П 1. При этом образуется волна расширения Р, амплитуда которой равна Ч А, а фаза отличается от фазы Р на Т. Таким образом,1волна Р представляет собой волну растяжения, Упругая волна Р, дойдя до границы третьего участка волновода, отражается от поверхности П 2.При этом образуется волна сжатия Р, амплитуда которой равна 7, А,. Упругих волн искажения при отражении Р и Рне образуется, так как происходит нормальное падение этих волн.Пройдя второй и третий участки волновода, отраженные упругие волнырасширения Р и Рз взаимодействуют между собой, в результате чего они гасят друг друга. Зто следует из со- отношенияР =.Р +Рз; Р /Р =Ч где Ч, и Ч - модули коэффициентовотражения для поверхностей 111 и П 2 соответственно.Датчик работает следующим образом.При воздействии импульса давления на пьезоэлемент 1 возникает прямая упругая волна сжатия (расширения) Р распространяющаяся вдоль первого участка волновода 2. Пройдя расстояние 1, фронт упругой волны Р, претерАЧР + А 74 Р = -7 АР +Га+ Ч,АУ = й.Таким образом, на пьезоэлемент 1 не воздействуют упругие волны, отраженные от границ волновода 2.На характер распространения упругих волн в волноводе не влияет длительность измеряемого импульса давления, Для предлагаемого датчика верхний предел длительности измеряемого импульсного давления определяется не длиной волновода, а значениемз 13394 входного сопротивления измерительного устройства, подключенного к пьезоэлементу. Это связано с тем, чтоуказанное сопротивление определяетпостоянную времени измерительной цепи, состоящей из пьезоэлемента и измерительного устройства, которая определяет точность измерения амплитуды импульса давления данной длительности, При практической реализациипредлагаемого датчика, учитывая не-.точности изготовления его .волновода,которые могут привести к неполномугашению отраженных волн в месте разделения фронта прямой упругой волны,следует длину первого участка волновода между точками О и 01 выбиратьбольшей, чем длина второго и третьего участков. В этом случае можнообеспечить с достаточно высокой точностью условие параллельности фронтов отраженных упругих волн, котороеобеспечит их полное гашение на участке волновода между точками О и 01,На практике границу с жесткой связьюи свободную границу реализуют с некоторым приближением.Пьезоэлемент 1 (фиг,2), выполненный из кварца, установлен на одномконце волновода 2. Другой конец волновода образован поверхностями П 1 иП 2, на которых укреплены цинковыепластины 3 и 4 толщиной Ь = 1"10 м.К пластине 3, укрепленной на поверхности П 2, присоединена стальнаяшпилька 5. При установке датчикашпильку 5 ввинчивают в массивное тело 6, изготовленное из стали. Этимобеспечивается опирание тонкой пластины 3 на жесткую стенку. Пластина4, установленная на поверхности П 1,второй своей стороной граничит с воздухом. Такое опирание пластины 4 реализует свободную границу. Волновод 2выполнен из алюминия,101520303540 20аний, обусловленная влиянием отраженных как волн расширения, так и волн искажения на работу пьезоэлемента. В результате увеличивается верхний предел длительности измеряемого импульсного давления без увеличения длины волновода, так как на характер распространения упругих волн в этом волноводе не влияет длительность измеряемого импульсного давления. Предлагаемый датчик прост по устройству и дешев по сравнению с известным, а также обладает меньшими габаритными размерами.Формула изобретенияПьезометрический датчик давления, содержащий пьезоэлектрический элемент, соединенный с одним из концов акустического волновода, состоящего из сплошного стержня .и соединенного с ним тела вращения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в нем тело вращения выполнено в виде полого усеченного конуса и размещенного внутри него сплошного цилиндра, имеющих равные акустические длины, причем конус подсоединен к торцу стержня малым основанием, а цилиндр - одним из торцов, стенки конуса выполнена с постоянным сечением, нормальным к образующей конуса, при этом в месте соединения Р, = Р + Р, где Р, Р , Р - соответственно площади нормальных к образующим сечений стержня, малого основания конуса и цилиндра, причем поверхности большего основания конуса и второго торца цилиндра снабжены отражающими пластинами, при этом отражающая пластина цилиндра жестко закреплена на основании, агде 7 , Чз 50 Использование волновода, в котором отраженные от его границ упругие волны гасят друг друга с требуемой точностью, отличает предлагаемый датчик от известного, так как уменьшается составляющая погрешности измересоответственно модуликоэффициентов отражениядля отражающих пластини контактирующих с нимиповерхностей конуса ицилиндра.1339420 Соколовскийр Коррек СоставительТехред В.Кад Пул Пож едакт аказ 4212 776 Подписнсударственного комитета СССРам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб д. Ти по д 035, М