Способ сборки и настройки пьезорезонансного датчика давления

(51 ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛ ЬСТВУ Е СА РСКОМ кий институт нян, Н.В.ВарСССР984,СССР 8,АСТРОИКИ ЧИКА ДАВ 6 13 6 12 14ог 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ СБОРКИ ИПЪЕЗОРЕЗОНАНСНОГО ДАЛЕНИЯ 57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам сборки и настройки пьезорезонансных датчиков давления. Целью изобретения является повышение точности. При помощи болтов 15 и 16 поочередным ввинчиванием несдвигаемая опора 4 растягивается, после чего с обеих сторон опоры 6 устанавливаются пьезоэлементы 7 и 8, Подключают автогенератор. Поочередным развинчиванием болты 15 и 16 удаляются, при этом по автогенератору контролируется плоскопараллельность смещения коромысла. Повышение точности датчика обеспечивается предварительно напряженным состоянием пьезоэлементов 7 и 8. 2 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения абсолютного давления,Известен датчик давления с использованием прямого пьезоэффекта, где пьезоэлементы приведены в поджатое состояние, При действии силы или давления пьезоэлементы либо дополнительно поджимаются, либо расслабляются,Указанную конструкцию нельзя выполнять дифференциального действия. Из-за этого чувствительность низка, погрешности высоки. Кроме того, в датчике сравнительно высоки температурные погрешности.Известен также пьезорезонансный датчик давления, в котором корпус датчика выполнен заодно не только с рамной конструкцией пьезоэлементов, но и с силопередающей и силоуравновешивающей системами. Два коромысла силоуравнсвешивающей системы имеют упругие опоры в виде двусторонне вырезанных стержней (стоек), также выполненных заодно с корпусом в противоположных его стенках. Пьезоэлементы крепятся к рамной конструкции. Под действием давления, если один пьезоэлемент сжимается, уменьшая свою частоту, то другой растягивается, увеличивая ее, Как известно, нагрузочная способность кварца при растяжении в 24 раза меньше, чем при сжатии,В описанном датчике один из двух пьезоэлементов работает на растяжение, поэтому его нагрузочная способность значительно меньше, В таком датчике пьезоэлементы к рамной конструкции приклеивают, что значительно увеличивает нежелательный гистерезис, Кроме того, пьезоэлементы нельзя настроить индивидуально. В описанном датчике также нельзя изменить пределы чувствительности и повысить устойчивость.Наиболее близок к предлагаемому пьезорезонансный датчик давления, в котором силопередающая система в виде равноплечего коромысла выполена заодно с корпусом, Коромысло через несдвигаемый упругий шарнир выполнено заодно с корпусом и своими концами присоединено к мембранам с жестким центром, выполненным на корпусе. Пьезоэлементы приклеены к корпусукоромыслу и расположены пареллельно ось. ьпоры по обеим ее сторонам.звестнгя конструкция, хотя и монолитна, она.,о приклеивание пьезоэлементов создает гистерезис, т.е. значительно увеличивается погрешности. Кроме того, один из пьезоэлементов при действии давления растягивается, поэтому его нагрузочная способность значительно меньше (в 24 раза).Известная конструкция не позволяет произвести индивидуальную настройку каждого пьезорезонатора,Цель изобретения - повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем, что перед подсоединением пьезоэлементов предварительно растягивают упругую опору путем одновременного поджатия концов коромысла, а после подсоединения пьезоэлементов к ним подключают автогенераторы, затем поджатие постепенно снимают, контролируя при этом плоскапараллельность смещения коромысла сравнением частот автогенераторов.На фиг,1 изображен пьезорезонансный датчик для осуществления способа, разрез по центру; на фиг,2 - блок-схема измерения,Прямоугольный корпус 1 пьезорезонансного датчика (фиг,1) содержит узлы, выполненные заодно с ним, Силопередающая система состоит из мембраны 2 с жестким центром, коромысла 3, опирающегося на несдвигаемый упругий шарнир 4, выполненный заодно с корпусом 1, конец которого соединен с центром мембраны 2, Другое плечо коромысла 3 соединено с второй аналитичной мембраной 5 с жестким центром.Мембраны 2 и 5 могут быть сварены или выполнены заодно с корпусом. Коромысло 3 с обеих сторон опоры б имеет плоскопараллельные участки для закрепления противоположных граней пьезоэлементов 7 и 8 к корпусу и с коромыслу через прикрепленные к пьезоэлементам четыре пары кварцевых брусков, Пьезоэлементы 7 и 8 оперты на корпус 1 через поперечно установленные планки 9 и 10, которые с нижней стороны через винты 11 и 12 индивидуально регулируют сжатие пьезоэлементов. Положением винтов 11 и 12 индивидуально регулируют сжатие пьезоэлементов. Положение винтов 11 и 12 фиксируют контргайками 13 и 14. С обеих сторон опоры б через основание корпуса 1 на концы коромысла опираются растягивающие вставные болты 15 и 16 с мелкой резьбой, действие которых к концам коромысла передается через шарики 17 и 18, С наружной стороны корпуса 1 закреплен гермоввод 19 показано только отверстие), Мембраны 2 и 5 с наружной стороны имеют колпачки 20 и 21. Колпачок 20 имеет штуцер, через который давление Р передается к мембране 2, а колпачок 21 наглухо закрыт.Способ сборки и настройки пьезоэлементов датчика осуществляют следующимобразом.1744534 55 При помощи болтов 15 и 16 поочередным ввинчиванием несдвигаемую опору 4растягивают, после чего с обеих сторон опоры 6 устанавливают пьезоэлементы 7 и 8.При помощи индивидуально сжимающихся 5винтов 11 и 12 ликвидируют соответствующие зазоры между пьезоэлементами с одной стороны и корпусом и коромыслом сдругой,Значение ликвидируемого зазора контролируется частотой автогенератора, в схему которых входят и ьезоэлементы.Поочередным развинчиванием болты 15 и16 удаляют, контролируя при этом плоскопараллельность смещения коромысла, и таким образом пьезоэлементы 7 и 8 приводятв сжатое состояние путем уменьшения растянутого состояния несдвигаемой опорышейки. Сжатое состояние пьезоэлементовконтролируют частотой автогенераторов, в 20схему которых они включены. Для уменьшения гистерезиса и неустойчивости пьезоэлементов поперечно-вставные планки,например, электронно-лучевой сваркойприкрепляют к основанию корпуса, 25После сборки и настройи схемы измерения к корпусу 1 снизу в местах 22 приваривают нижнюю крышку. Корпус 1 спередней и задней лицевых сторон закрыткрышками, которые сваривают с корпусом 30по периметрам. В созданном герметичнозакрытом объеме, а также в объеме междуколпачком 21 и мембраной 5 через штуцергермоввоуа создают вакуум величиной10 2 - 10 мм рт,ст, для повышения термостабильности,Пьезоэлементы 7 и 8 входят в схемуавтогенераторов 23 и 24 (фиг,2), выходныесигналы которых с частотами 11 и 12 подаются к смесителю 25. На выходе смесителя 40сигнал имеет частоту 11 - 12,Описанный датчик, в котором пьезоэлементы приведены в предварительно сжатоесостояние, работает следующим образом.При давлении Р коромысло 3 повышаетсжатое состояние пьезоэлемента 7 и его частота уменьшается на величину - Л 1, в это жевремя пьезоэлемент 8 уменьшает свое сжатое состояние, т.е, увеличивает свою частоту на+ Л 1, На выходе смесителя 25 частота 50 изменяется на высоту .2 Л 1. Имеется линейная зависимость между действующейсилой и приращением частоты.Сжатое состояние пьезоэлементов подбирают так, что при ослаблении сжатого состояния пьезоэлемент все равно остается вдополнительно сжатом состоянии, т.е. пьезоэлемент не подвергается деформациирастяжения.Кроме того, с целью исключения необходимости строгого соответствия габаритных размеров пьезоэлементов иобеспечения возможности их индивидуальной настройки пьезоэлементы дополнительно сжимают специально установленнымиподстроечными винтами, сжатое состояниекоторых контролируют частотами автогенераторов.В датчиках, в которых применяется эффект усиления передачи усилий, приведение пьезоэлементов в предварительносжатое состояние повышает нагрузочнуюспособность, так как прочность пьезокварца в режиме сжатия в 24 раза больше, чемпри работе в режиме растяжения,Для исключения сдвига тонкостеннойопоры-шейки при действии усилий или вибрации на лицевых сторонах опоры 6 и коромысла 3 после приведения пьезоэлементов7 и 8 в сжатое состояние) закрепляют (например, сваркой) вставные пластины, имеющие шейки небольшой длины (на фиг,1показано пунктиром),Формула изобретенияСпособ сборки и настройки пьезорезонансного датчика давления, при которомв корпусе устанавливают коромысло наупругой опоре, к плечам которого подсоединяют чувствительные элементы и пьезоэлементы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, передподсоединением пьезоэлементов предварительно растягивают упругую опору путемодновременного поджатия концов коромысла, а после подсоединения пьезоэлементов к ним подключают автогенераторы,затем поджатие постепенно снимают, контролируя при этом плоскопараллельностьсмещения коромысла сравнением частот автогенераторов., Кучерявая Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 2190 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5