Датчик давления

цэмерик акуситс нос кам на поверх волнах (ПАВ),льные возмо т одновременног емпературыДатчик состоит измерения давления и контролируемой средь б б 1УР 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ П(НТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьскойсоциалистической революции(56) Авторское свидетельство С;(:РВ 1384983, кл. 0 0 1 1, 11/00, 1986,(54) ДАТЧИК ДАВЛГНИЯ (57) Изобретение отн тельной технике, в ч тоэлектрическим датч ностных акустических и расширяет функцион ности датчика за сче цз чувствительного элемента (ЧЭ) 1,выполненного в виде монокристаллической колцачковой мембраны с утолщенной периферийной частью, которая посредством штока 2 соединена с пьезоэлектрическим диском 4, располо)кенцым внутри глухого торцового отверстия 5 пьезоэлектрической пластины 6,На пьезоэлектрической пластине пообе ее стороны вы лнены две парывстречно-штыревых прео бразователей(ВШП) ПАВ. Пластина 6 закреп енаотпертием вниз на переходном диске9 корпуса 1 О датчика. На ЧЭ размещена третья пара 12 ВШЛ ПАВ, несущаяинформацию о температуре. На диск 4нанесены металлические электроды, содцой стороны соприкасающиеся с основаниями ВШП, которые заземлены,а с другой стороны - с электродамиодной из гребенок.ВШЛ, 6 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного контролядавления и температуры газообразныхи жидких сред,Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей датчика путем одновременного нэмерениядавления и температуры измеряемой 1 Осреды,На фиг.1 изображен предложенныйдатчик, разрез 1 на фиг,2 - разрезА-А на фиг,11 на фиг,З - пьезоэлектрическая паастина 1 на фиг,4 - разрез 15Б-Б на фиг,31 на фиг.5 - разрез В-Вна фиг,31 на фиг.6 - схема измерениядавления.Датчик (фиг,1) содержит чувствительный элемент (ЧЭ) 1, выполненныйв виде монокристаллической коппачковой мембраны с утолщенной периферийной частью, которая посредством штока 2, закрепленного с помощью уплотнителя 3 на ЧЭ, соединена с пьезоэлектрическим диском 4, расположенным внутри глухого торцового отверстия 5 пьезоэлектрической пластины 6.Отверстие 5 выполнено параллельно снсимметрии пластины 6 диаметром, превышающим толщину пластины, Это условие является обязательным для работыдатчика. По тем частям радиуса диска4, которые не соприкасаются с пьезоэлектрической пластиной 6, нанесеныметаллические электроды, соответст 35вующие по ширине электродам встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн (ВШП ПАВ)пар 7 и 8. При этом эти электроды с одной стороны соприкасаются с основаниями ВШП, которые заземлены, а сдругой стороны - самих электродоя одной из гребенок ВШП (фиг. 3, 5),Излучающие ВШП представляют собойпланарную структуру противофазныхпроводящих электродов, сформированную на поверхности пьезоэлектрической пластины о с переменным шагом,который у излучающих ВШП пары 7 увеличивается,к периферии пластины полинии, перпендикулярной электродам,а у излучающих ВШП пары 8 его изменение обратно пропорционально изменению шага ВШП пары 7, Приемные ВШП па-,ры. 7 и пары 8 представляют собой таксже планарную структуру противофязных электродов, формированную няповерхности плястины 6 с перемснньг.нагом электродов, Но в отличие отизлучающих, изменение шага эь ктродав у приемных ВШП пары 7 и пары 8одинаково. Он увеличивается к периферии пластины по линии, перпендикулярной электродам ВШП,Для исключения погрешностей, связанных с прохождением электрическихсигналов по электродам пьезоэлектрического диска 4, допустимым является превышение диаметра диска посравнению г толщиной пластины 6 впределах 103, Пьезоэлек 1 рическийдиск 4 имеет толщину не более 1,5 мми диаметр отверстия пластины, Онрасположен так, цто может перемещаться вдоль отверстия 5. Работоспособность датчика определяется контактом между пластиной и пьезоэлектрическим диском в очках соприкосновения электродов ВШП и диска, а указанные погрешности объясняются силойтрения (коэффициентом трения), Нагрузка на ЧЭ определяется приложенным усилием, направленным противоположно силе, создаваемой в ЧЭ измеряемь.и д;.впением. Следовательно,в данном случае осуществить требуемую тоцнс, . ть эпектрическогс контактамежду электродами диска и ВШП можнопутем выбора соответствующего диска, имеющего контакт с пластиной, ное обладающими большимиусилиями этого контакта. Пластиза 6 закреплена отверстием вниз напереходном диске 9 корпуса 10 датчика. Шток 2 является связующим звеном между пьезоэлектрическим диском4 и ЧЭ датчика. Неподвижность крепления пластины 6 обеспечивают держатели 11. На монокристаплической колпячковой мембране выполнена линия задержки (ЛЗ-), состоящая из пары ВШП12, а на пьезоэлектрической пластине6 - линия задержки (Л 3-2), состоящаяиз пары ВШП 7, и линия задержки(ЛЗ-З), состс 1 ящая из другой пары ВШП8. Отверстие 13 выполнено в корпусе10 датчика с целью обеспечения вывода проводников к вторичной аппаратуре.Датчик работает следующим образом.При ото утс тни и и з ме ряемо го давления и при наличии равенства температур измс рясной среды и среды сравнения (фнг. 11 пьезоэлектрическийотверстии 5 пьезоэлекгрической плас- тины 6 в определенном начальном положении (например, соответствующем атмосферному давлению и нормальной температуры). При подаче напряжения5 питания через выводные контакты, расположенные в отверстии 13, на излучающие ВШП пар 7, 8 и 12, оно преобразуется в частоту ГО,ПАВ проходящая по монокристаллцческой ко.ппачковой мембране, не изменяя своей траектории, доходит до приемного ВШП пары 12, обеспечивая усгойчивую генерацию сигнала на частоте Г, Лругие ПАВ возникают мемеду той парой электродов,с котор й в данный момент контактируют электроды нанесенные на пьезоэлектрический диски также, це изменяя своей траек горин, до ходят до приемных И(П цзр 7 и 8. Начальное положение диска вьоирзстся таким, чтобы все три ЛЗ113-2 и ЛЗимели одинаковое время эздержки, т.е. частсту ( . Причем значение 25 Г = 1/%0 где- скорость распространения ПАВ; Ло - прострацствеццый шаг той пары электрсэдов, которые генерируют ПАВ. 30 35 45 Возцикцовецие гс церзццц звтогецератора на другой чзстсэе невозможно, Н ачальная частота (сэ авто, цератора, образованного усцлцтелс.м 14 (фиг, 6) и ВШП, рас по.сэжеццымц цз звукопроводе 15 ЧЭ 1, выс ирается ра - иой частоте второго сэвго ецерз гораобразоваццого уси итолем 16 и ВШП, расположеццыми цз эвукоцрополе 17 пьезоэлектрической пвстицы Ь а40 также частоте треть го автогецератора, образованного усилцгел м 18 и ВШП расположенными ца звукопроволе 19 с другой стороны пьеэоэлектрцчес - кой пластины 6. Равенство частот второго и третьего автогецераторов обеспечивается благодаря начальному положению дискастцосительцо ЛЗи ЛЗ. При этом используется дифференциально-частотнзя схема включения ЛЗи ЛЗв которых происходит сравнение (вычитание) выходьых сигналов двух ПАВ генераторов ЛЗи ЛЗв смесите.е 20 и выделение сигнала раэцостной частоты с помощью55 фильтра нижних частот (1 НЧ) 2 на регистрирующем устрочстве 22. В ЛЗизмерение частоты происходит на регистрирующем устройстве 23. При подаче измеряемого давления кдатчику происходит деформация ЧЭ 1,что приводит к перемещению пьезоэлектрического диска ч (фиг, 1) вдольоси глухого торцового отверстия 5пластины 6. При этом все три автогенераторы изменяют частоту своих колебаний. В первом автогенераторе частота цэменяется благодаря деформациимембраны 1. Во втором и третьем автогенерзторах изменение частоты происходит иэ-за перемещения диска, аследовательно, ц электродов нанесеицых по его радиусу, свободномуст контакта с пластиной 6, и контактирующих же с новыми гребенчатымизле:. родами излучающих ВШП пар 7 и 8,Влагсдаря вбранной топологии ВШП пары 7 ц ров цстве температур измеряемо;,:роды црецы сравнения на регист(эцруюшем устройстве 22 (фиг, 5) усз зцавливзетсд цулевсй сигнал, поскольку частоть: 13- 1 и ЛЗодинаковоуме;ьшаются, Олцовремецц вследствиезеркально-симметричного расположенияцзуч;эюшцх В;(Н ЛЗи ЛЗ, частотаз рстьего аээтоге. ратора увеличигаетсяца ту впиив 6 Г, цз которую уменьшились частоты срвого и второго авто цератор"в. Поэт му регистрирующий рибор 23 выде яет зто изменениечастоты, кзк фуц ццю измеряемогодавления.В спс цзмецеция температуры измеряемсй тсхцолс гической среды процхолит Лоцолцвгеьцос изменение частоты ЛЗ, Прц зт эм ца смесителе 20выдели",оя ра вость частот первого ивторого автогснорзторов, котор".я,пройдя через ФН 1 21, фиксируетсяца регистрирующем устройстве 22, какфу кция измеряемой температуры.Расщирецис функциональных возможностей датчика происходит эа счеттого, что благодаря выбранной егоконструкции можцо с большой степеньюточности одцовреь:,цно измерять изменение частоты, пропорциональное измеряемому давлению и изменение частоты, пропорциональное изм. яемоитемпературе,При выборе схем построеня датчика учитывается, что лифа рецсцальная схема, использующая термочувствительную и термостабильную ПАВ-структуры, позволяет осуществить относительно низкочастотный выход и снизить в данном случае влияние дестабилизирующего воздействияка.оным является изменение давления измеряемой среды,5Термостабилизация эталонной ,опорной) ПАВ-структуры позволяет существенно расширить диапазон измеряемых температур как в сторону их увеличения, так и в сторону их снижения. 1 О Таким образом, эа счет использования конструкций пьезоэлектрической пластины и мембраны, нежесткой свяэ. между ними, изменения топологии ВШП и их соответствующего расположения по обеим сторонам пластины относительно начального положения пьезо 15 электрическтго диска, ис поль. оваиияразличных срезов пьезоэектрческгматериалов можно добиться одновре- эоменного точного измерения как да;ения, так и температуры одн д:;тчикомформула изобретения Датчик давления, содержащи: чувствительный элемент в виде закрепленной в корпусе монокрлсталтической мембраны, снабженной соединенньвс 30 ней штоком, на котором эакреен пьезоэлектрический диск, расположенный в глухом отверстии пьеэоэектрич сой пластины, с возможнос гью и ремещеиия вдоль него, дне пары встр.чно-штыревых преобразователей ловерхнос".акустических волн с излучаюьт л, и приемньми преобразоватслями,рвая их которых размещена на вньшней поверхности мембраны, а вторая раэме щена на пьеэоэлектричеслой п астне, причем диаметр сглухого отверстия пластины удовлетворяет соотоенн 1 гле Ь - толщина пластины, и т л и ч а ю щ и й с я тем, что, г елью расширения функциональных воэможностей путем одновременного измерения давления и температуры, он снабжен дополнительными излучающим и приемным встречно-штыревыми греобразователями поверхностных акустических волн, раслоложенньи на обратной стороне пьезоэлектрической пластины,при этом чторые и дополнительные преобразователи расположены симметрично относительно оси симметрии пластины, гарэллгльооси глухого отверстия, причем . иэлу ающих и приемных преобра.ователей электроды выполнены с леремевным шагом, ксторьй у приемных иреобраэагателей ув личивается к периферии пьезоэлектрической пластины, обр ценной к мембране ло линии, пг рпендикулярной электродам, а у изучающих встречно-тыревых преобразователей изменение шага втгрого преобразователя обратно пропорционально изменению шага дополнительного преобра-ователя, кроме гого, основание одного иэ грссеичатых электродов второго и долвинительного излучающих при; ра з .эателей вьлонено иа пластине с о;,ойстороньглухого отверстиялластинь, и заземлено, а электродыиэлуантщх преобразователей выполненыло другую сторону г,ухого тверстия, лри том на окружыл частях диска, и с оркас аюцихс я с ил ас тиной, выполнены электроды, ширина которых равна ширине электродов излучающих встпе но-штыревых преобразователей, . вс 1 эеньоии с воэможностью контакта опиим концом с заземленными основа.и, а другим конном - с эгектрол ми эл аюших встречно-штыревых грес браэавателией гаверхностых акус -1645863 Составитель Н,МатрохинаТехред Л.Олийнык Корректор Т.Палий Редактор М.Келемеа Эаказ 1346 Тираж 355 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул, Гагарина, 101