Датчик разности давлений

О П И,С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМХ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 922556 Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликпа делам изобретений и еткрмтий(72) Авторы изобретения И, Е. Сырмолотнов, Л. И. Захарьящев, Ф. 3.и В. И. Кузнецов с1 занский радиотехнический институт и РязТеплоприбор(71) Заявите л 54) ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВ ении, совленные друг к ы через тыревые устичесений, оби линей- остаточвленную ран. Изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам разности и перепада давлений жидких и газообразных сред, в частности к датчикам с преобразованием измеряемого параметра в электрический, например, частотный выходной сигнал с помощью тензочувствительного акустоэлектронного элемента, в котором возбуждаются, распространяются и принимаются акустические поверхностные волны.Известен датчик разности давлений, содержащий мембраны с размещенными на ннх встречно-штыревыми преобразователями поверхностных акустических волн 11,. Известен, датчик разности давл держащий две параллельно устано в корпусе мембраны, обращенные другу поверхности которых связан точечные контакты, и встречно-ш преобразователи поверхностных ак ких волн 2., Известный датчик разности давл ладая высокой чувствительностью ностью характеристики, имеет нед ную надежность измерений.,абусло наличием двух измерительных мемб 2Цель изобретения - повышение надежности измерений.Поставленная цель достигается тем, чтов датчике разности давлений, содержащем две параллельно установленные в корпусе мембраны, обращенные друг к другу поверхности которых связаны через точечные контакты, и встречно-штыревые преобразователи поверхностных акустических волн, в корпусе закреплена дополнительная мембрана, связанная через точечные контакты со свободной поверхностью первой из мембран, а жесткость дополнительной и второй мембраны выбрана по крайней мере на порядок меньше жесткости первой, причем встречно- штыревые преобразователи размещены на 15 двух сторонах первой мембраны.Кроме того, дополнительная и втораямембраны выполнены с равномерно распределенными по их поверхностям углублениями, имеющими точечные контакты с первой мембраной.На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг, 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 н 4 - первая мембрана, вид с двух сторон; на фиг. 5 - вариант выполнения устройства.5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 Устройство содержит первую пьезоэлектрическую мембрану 1, установленную в корпусе, выполненном в виде массивных колец 2 и 3. На обеих поверхностях первой мембраны .1 образованы топологические структуры (см, фиг. 3 и 4), каждая из которых содержит по четыре тонкопленочных встречно-штыревых преобразователя поверхностных акустических волн 4 - 7, соединенных с сигнальными контактными площадками 8 - 11 и общими шинами 12 - 15. Контактные площадки и шины вынесены на диаметрально противоположные края мембраны. На каждой из поверхностей мембраны первая пара преобразователей размещена симметрично в центре мембраны и состоит йз входного 4 и выходного 5 встречно-штыревых преобразователей, а вторая, образованная входным 6 и выходным 7 встречно-штыревыми преобразователями, развернута под углом 90 относительно первой и смещена от центра вдоль радиуса к контуру защемления. Расположенные на обеих сторонах мембраны 1 аналогичные элементы топологической схемы смещены относительно друг друга: встречно-штыревые преобразователи - на угол 90, а контактные площадки с шинами - на угол 45.Таким образом, сигнальные контактные площадки расположены равномерно по периметру мембраны через 45.Соответствующие электрические выводы 16 - 19 расположены рядом с сигнальными контактными площадками и соединены с ними гальванически. Общие шины 12 - 15 имеют электрический контакт с металлическими кольцами 2 и 3 корпуса.Для защиты поверхностей первой мембраны 1 от демпфирования внешней средой к кольцам 2 и 3 соответственно приварены вторая 20 и дополнительная 21 тонкие металлические мембраны, жесткость которых примерно в 10 раз меньше жесткости первой мембраны. Вторая и дополнительная мембраны имеют с соответствующими поверхностями первой мембраны точечные контакты. Для герметизации рабочего объема, образованного мембранами 20 и 21 и кольцами 2 и 3 использованы упругие диэлектрические прокладки 2 и 23, между которыми располагаются проволочные выводы 16 - 19, изолированные от корпуса.Гибкие мембраны 20 и 21 могут быть выполнены с равномерно распределенными сферическими углублениями, обращенными наружу, диаметром, равным 0,2 радиуса мембраны. Углубления заполняются калиброванными жесткими диэлектрическими шариками 24, контактирующими с поверхностями мембраны 1. Кроме того, в мембранах 20 и 21 могут быть выполнены методом выдавливания углубления правильной формы в виде конуса 25, вершины которых касаются поверхностей первой мембраны в точках,4не совпадающих с преобразователями и соединительными проводниками.Устройство работает следующим образом.Преобразователи 4 - 7, расположенные на одной поверхности, первой мембраны образуют первый канал датчика, а аналогичные преобразователи, размещенные на второй ее поверхности, - второй канал, Каждый канал состоит из двух линий задержки, образованных соответственно центральными 4 - 5 и периферийными 6 - 7 встречноштыревыми преобразователями. Через выводы 16 и 18 на линии задержки каждого канала подается электрический сигнал, который снимается с выводов 17 и 19 через соответствующее время задержки. Первый канал состоит из первой и второй линии задержки с временем задержки Т и Тг, второй канал состоит из третьей и четвертой линии задержки с временем задержки Тз и Т 4. Распределенные давления Р 1 и Рг, действующие на вторую и дополнительную мембраны, равномерно передаются на соответствующие поверхности первой мембраны, так как жесткость ее значительно больше, чем жесткости второй и дополнительной мембран. Размеры первой мембраны 1 выбраны такими, что даже при небольшой разности давлений Р и Рг преобладают изгибные деформации, а локальные деформации сжатия, вызванные воздействием вершин углубления мембран 20 и 21 одинаковы по величине и знаку и будучи намного меньше, чем изгибные, практически полностью компенсируются. Изгибные деформации по характеру аналогичны деформациям защемленной плоской мембраны, непосредственно нагруженной с двух сторон распределенными давлениями Р и Рг. При этом на каждой поверхности возникают радиальные деформации разного знака, например, в центральной области, ограниченной радиусом г (К/)ГЗ растягивающие, а в периферийной области при г К/5 - сжимающие.Если давление Р 1 Рг, то мембрана 1 прогибается в сторону меньшего давления (вниз), при этом время задержки первой линии задержки составляет Т 1 - ДТ,а второй Тг+ЬТг. Третья и четвертая линии задержки испытывают противоположные деформации и время задержки у них изменяется соответственно Тэ+ЬТз и Т 4 - ЬТ 4. При дифференциальном включении центральной и периферийной линий задержки первого канала локальные деформации компенсируются, а изгибные приводят к выражению для времени задержкиДТ г = (Т- ЬТ 1) - (Тг+ ЬТг) = (Т - Тг) -- (ДТ,+ЬТ,).Для второго канала получаемЬТ 11 = (Тз - Т 4) + (ЬТ+ ЬТ 4) .Изменение времени задержки в первом и втором канале может быть непосредственно измерено или преобразовано в девиацию частоты с помощью генераторов поверхностных акустических волн, частотозадающими элементами, в которых являются линии за держки первого и второго каналов.При увеличении разности давлений Р 1) )Рг разностная частота первого канала растет от некоторого начального значения до величины, пропорциональной изменению времени задержки ЬТ 1+ЬТг, а следовательно,1 О и разности давлений Р- Рг. Разностная частота второго канала при этом уменьшается от некоторого начального значения до величины, пропорциональной изменению времени задержки 15ЬТз+ ЬТ+.По направлению изменения частот первого и второго каналов относительно начальной можно определить, какое из давлений больше (Р 1 или Рг), а девиация частоты определяет величину перепада давлений.Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной чувствительностью, достигнутой за счет рационального расположения преобразователей на участках мембраны с одинаковой по знаку деформацией и использования дифференциальной схемы соединения преобразователей. Устройство имеет высокую надежность, обусловленную наличием одной измерительной мембраны, а также отсутствие подвижных частей в датчике (прямое преобразование деформации мембраны в частоту выходного сигнала).Формула изобретения1. Датчик разности давлений, содержащий две параллельно установленные в корпусе мембраны, обращенные друг к другу поверхности которых связаны через точечные контакты, и встречно-штыревые преобразователи поверхностных акустических волн, отличающийся тем, что, с целью повы-. шения надежности измерений, в корпусе закреплена дополнительная мембрана, связанная через точечные контакты со свободной поверхностью первой из мембран, а жесткость дополнительной и второй мембраны выбрана по крайней мере на порядок меньше жесткости первой, причем встречно-штыревые преобразователи размещены на двух сторонах первой мембраны,2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная и вторая мембраны выполнены с равномерно распределенными по их поверхностям углублениями, имеющими точечные контакты с первой мембраной.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Речицкий В. И. Акустоэлектронные радиокомпоненты, М., Советское радио, 1980, с. 217, рис. 6.30.2. Авторское свидетельство СССР по заявке2952101/18 - 10, кл. б 01 1. 13/06, 08,07.80 (прототип).922556 Фиг Составитель 3. КрТехред А. БойкасТираж 883И Государственного комделам изобретений и оМосква, Ж - 35, РаушскаП Патент, г. Ужгород,кшан д. 4/5 ктная,Редактор Н. БобковаЗаказ 2569/55