Пьезорезонансный датчик давления

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 2 011,9/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВ 8 ТОРСКОМУ С ческии ин ригорян, нян ство ССС 08, 1986 рез ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ПЬЕ (57) Изо тельной резонанс ляет пов ность из технолог этого в выполнен бой двух ОРЕЗОН ретени ехнике ым дат сить ч ерения ю изго атчике в виде рамок орые п нсный ддтчик дАВления относится к измерив частности к пьезоикам давления, позвовствительность и точа также упростить овления датчика, Для силопередающий элемен скрепленных между сос отверстиями, опущен пьезорезонатор1527528 6, концами закрепленный в корпусе датчика, а своей центральной частьюскрепленный с двумя кварцевыми стержнями 4, 5, которые зажаты между стойками рамок 3, 7. Рамка 3 связана ссилопередающей балкой 2, а рамка 7с компенсационной балкой 8, К боковымстойкам рамок прикреплен конец рычагакоромысла 10. Пьеэореэонатор 6 расположен внутри рамок 3, 7 соосно с местом их крепления к балкам 2, 8Мембрана связана через шток с концом балки 8, Действующее на мембрану давлениепреобразуется в силу, которая через Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам давления.Целью изобретения является повышение чувствительности, уменьшение нелинейности выходной характеристики и упрощение технологии изготовления,На фиг1 изображена схема пьезореэонансного датчика давления; на фиг,2 - то же, разрез; на фиг.3 - измерительная блок-схема.К корпусу 1 прикрепляется силопередающая балка 2, на конце которой действует сила Г. Второй конец балки, прикрепленный к корпусу 1, имеет дву 35 сторонние вырезы (упругий шарнир), Действие силы Г, увеличенное по соотношению рычагов балки, передается прикрепленной к балке рамке 3, противоположная сторона которой с вырезом 40 опирается на кварцевые стержни 4 и 5, закрепленные с двух сторон центральной части пьезореэонатора 6.нижней стороны кварцевых стержней 4 и 5 опирается вторая силопере 4 дающая рамка 7, противоположная грань которой скреплена с компенсационной балкой 8, Пьезорезонатор 6 помещается в вырезах двух рамок 3 и 7, через фланцы болтом 9 стягивается к кварцевым стержням 4 и 5.50К обеим рамкам 3 и 7 закрепляется конец рычага-коромысла 10. Промежуточная часть рычага-коромысла 10 закрепляется с несдвигаемой опорой (упругий шарнир) 11, выполненной в виде двусторонне вырезанных стоек, На вто" ром конце коромысла 10 закрепляется балансировочный груз 12, Место нахожбалку 2 и рамку 3 передается на кварцевые стержни 4 и 5, прикрепленные ксредней части пьеэорезонатора 6. Верхняя часть 29 пьезорезонатора растягивается и увеличивает свою частоту навеличину +дГ, а нижняя часть 30 сжимается и уменьшает свою частоту навеличину -д 1. Пьезорезонатор включенсвоими электродами в схему автогенераторов, которые через умножителиподключены к смесителю. На выходесмесителя будет частота, пропорциональная давлению. 3 ил. дения балансировоцного груза устанавливается экспериментальным путем. Пьеэореэонатор 6 своими верхним и нижним концами через кварцевые бруски, закрепляется с торцом рамы 13 с выступами, которая со своей стороны закрепляется с корпусом (схематично показано на фиг.1), Силопередающая балка 2 и балка 3 (фиг.2) с корпусом закрепляются при помощи винтов 14 и 15, Балки 2 и 8 с центрами рамок 3 и 7 закрепляются также винтами 16 и 17. Эти рамки с торцом коромысла соединяются четырьмя винтами (не показаны)Коромысло 10 винтами закрепляется к опорным стойкам с вырезами, Ниже выреза опорных стоек имеются винты фиксации коромысла, которые удаляются после закрепления пьезорезонатора 6 к торцу рамы 13 с выступамиПоложение балансировоч" ного груза 12 на коромысле 10 фиксируется винтами 18 и 19, На верхней части корпуса закрепляется гофрированная мембрана 20, сверху которой прикрепляется штуцер 21, Жесткий центр гофрированной мембраны 20 закрепляется с выступом силопередающей балки 2. После сборки и настройки датчика все места соединения винтов припаиваются либо к корпусу, либо к соответствующему узлу конструкции, На корпусе конструкции датчика имеются технологические окна 22-27, которые после сборки и настройки герметично закрываются (некоторые другие окна на фиг,2 не видны), На месте окна 22 припаивается гермоввод для присоединения выводов из двух час"5 152 7528тей пьеэорезонатора к схеме (не показано),Передние и задние стенки корпусазакрываются крышками и производитсяприпаивание по периметру. Через гер 5моввод внутри датчика создается вакуум величиной 10 2-110 з мм рт.ст.,а далее конец штуцера гермоввода сваривается, Через отверстие 28 штуцераподается измеряемое давление Р.,Схема измерения абсолютного давления приведена на фиг,3, Две идентичныечасти 29 и 30 кварцевого пьеэорезонатора входят в схему автогенераторов31 и 32. Для еще большего увеличениячувствительности включены умножители33 и 34 частоты, выходные сигналыкоторых с частотами Е и 1 подаются1к смесителю 35. На выходе смесителя 20сигнал имеет частоту-Г1 7Датчик работает следующим образом.Действующая сила Г через балку 2и рамку 3 передается к кварцевымстержням 4 и 5, прикрепленным к средней части пьезорезонатора 6. Есливерхняя часть 29 пьезореэонатора растягивается и увеличивает свою частотуна величину +дЕ, то нижняя часть 30пьезореэонатора сжимается и уменьшаетсвою частоту на величину -Л 1,После умножителей 33 и 34 частоты автогенераторов становятся по(о+й) и п,(Г, -аГ) принято, что частоты авто- генераторов равны Г,), где и, - коэф- З 5 фициент умножения, После смесителя 35 частота выходного сигнала становится +п,2 ЛГ. Для получения возможности измерения как давления, так и разря.жения, первоначальные частоты автоге нераторов должны несколько отличаться друг от друга,Предлагаемая конструкция датчика технологичнее, сборка ее не сложна и позволяет ликвидировать неточности 45 путем небольших деформаций упругих шарниров силопередающей и компенсационной балок. Расположение пьезореэонатора соосно с местом закрепления рамок к балкам. устраняет появление изгибных моментов при передаче действующей силы с двух его сторон к средней части пьеэореэонатора, Отсутствие иэгибных моментов в предлагаемой конструкции и соосное расположение места закрепления рамок с плоскостью пьезореэонатора значительно увеличивает линейность зависимости значения изменяющейся частоты от действующего давления,Формула изобретения Пьезорезонансный датчик давления,содержащий корпус, консольно закрепленную через упругий шарнир сипопередающую балку, конец которой связанс чувствительным элементом, закрепленным в корпусе, пьезореэонатор в видепластины с двумя парами симметричнорасположенных электродов, установленный на опоре двуплечий рычаг-коромысло с балансировочным грузом на конце,прикрепленную к корпусу и снабженнуюупругим шарниром компенсационную балку и силопередающий элемент, связанный с силопередающей и компенсационной балками, о т л и ч а ю щ и й с ятем, цто, с целью повышения чувствительности и точности измерения, атакже упрощения технологии изготовления, в нем силопередающий элемент выполнен в виде скрепленных с балкамидвух рамок, опирающихся стойками,имеющими отверстия по оси симметриина два кварцевых стержня, при этомрамки жестко соединены между собойс помощью стягивающих фланцев, выполненных на стойках, а пьезорезонаторпропущен через отверстия стоек, скреплен своей центральной частью с кварцевыми стержнями и расположен внутрирамок соосно с местом крепления рамокк балкам, причем конец рычага-коромысла прикреплен к боковым стойкамрамок,1527528 и ставитель НМатрохина дактор И,Горная Техред И,Моргентвд Корректор М.Максими ри ГКНТ ССС твенно-издательский комбинатПатент", г.ужгород агарина, 1% роиэв Заказ 7504/48 Тираж 789НИИПИ Государственного комитета113035, Москва Подписное о изобретениям и открытия 35, Раушская наб., д. 4/5