Пьезорезонансный датчик давления

(50 4 " 01 00, 9/О с атериаллняема ропроводног ентром 5, в офрированно плоско шаго и с различдействием авления огибает гофрировки, По и среды мембранаторону дисковоговарцевого элементк изменению резон нешя в ьптуко причастооскс 2 ч лого кводитты кол сно азор между плоским горцом центра2 определяетсЕ,)1,4 Г,между плоскос ЗОРЕЗОНАНСНЬЙ ДАТЧИК 54) центра и ква расстояние о лемента до в ых в его сто змериеньел рующее кольцо 7ность мембраны 4 че Ншит ор ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Пьезо- и акустоэлектронные устройства./ Под ред. А.Ф.Плонского,Омск, 1981, с.102-105.Заявка ЕПВ061359,кл. 6 01 1. 9/12, 1982. Изобретение относится кой технике и позволяет умпогрешность измерения занения паразитных сигналоусе 1 размещена мембрана мембраны 5 и элементом из условия 100 3, ) где 1, - расстояние ями торца жесткого цевого элемента; плоскости кварцевого ршин гофров, обращенону. В датчике центриобеспечивает сооси элемента 2.20 1 зобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения абсолютных иотносительных давлений в замкнутых5объемах,Цель изобретения - уменьшение попогрешности измерения за счет устранения паразитных сигналов.На фиг.1 изображен дисковый плос -ковыпуклый кварцевый элемент АТ-среза, разрез; на фиг.2 - дисковый плосковыпуклый кварцевый элемент АТ-срезавид со стороны выпуклой поверхности; на фиг.3 - распределение15амплитуд основного 1, и паразитныхГ и Г резонансов по оси плосковыпуклого кварцевого элемента АТсреза; на фиг.4 - 6 затемненнымиобластями представлено распределение модулей основного 1, и паразитных Г, и Г, резонансов по плоской поверхности дискового плосковыпуклого элемента АТ-среза на уровнебольше 0,2 от максимального смещения соответственно; на фиг.7 - эквивалентная схема возбуждения дисково -го плосковыпуклого кварцевого элемента АТ-среза плоским электродом череззазор между электродом и плоской по- Зпверхностью кварцевого элемента; нафиг.8 - предлагаемый пьезорезонансный датчик давления со снятой мембраной, вид сверху; на фиг.9 - 11 - варианты выполнения пьезорезонансногодатчика давления с упругой плоскоймембраной с осевым цилиндрическимвыступом (фиг.9) и упругими гофрированными мембранами с осевым цилиндрическим выступом и различным шагомгофрировки (фиг.10 и 11; на фиг.12 - 14 - расчетные изменения амплитуд паразитных резонансов Г и Гдля различных вариантов выполнениядатчиков. 45Пьезорезонансный датчик давлениясостоит на корпуса 1, дискового плосковыпуклого кварцевого элемента 2АТ-среза, с напыленным в центре выпуклой поверхности электродом 3 с токовыводом, упругой мембраной 4, имеющей осевой цилиндрический выступ 5,гермовводов 6, центрирующего кольца7, генератора 8 в микроэлектронномисполнении и соединительных проводов 9.Дисковый плосковыпуклый кварцевый элемент 2 АТ-среза, размещен в корпу -се 1 так,что егоповерхность параллельна иутоплена отнссительноплоскостистыковки мембраны 4 икорпуса 1 на рас -стоянии 1, которое определяется диаметром осевого цилиндрического выступа 5, электрической схемой генератора 8 и дисковым плосковыпукльм кварцевым элементом 2 АТ-среза. Кроме того, корпус 1 предназначен для установки в нем гермовводов 6, генератора 8, центрирующего кольца 7 и герметизации внутреннего объема, Гермовводы 6 и соединительные провода 9обеспечивают подачу напряжения питания, вывод сигналов, соединение генератора 8 с круглым электродом 3 икорпусом 1. Генератор 8 обеспечивает возбуждение дискового плосковыпуклого кварцевого элемента 2 АТсреза через электрод 3 и второй электрод, - упругая мембрана 4 с осевымцилиндрическим выступом 5. Центрирующее кольцо 7 служит для обеспечениясоосности упругой мембраны 4 и дискового плосковыпуклого кварцевого элемента 2 АТ-среза. Упругая мембрана 4в зависимости от требований линейности, размеров датчика и диапазонаизмеряемых давлений может быть выполнена плоской с осевым цилиндрическим выступом ( фиг.9) или гофрированной с осевым цилиндрическим выступом и различным шагом гофрировки(фиг.10 и 11),Пьезорезонансный датчик давленияработает следующим образом.Упругая мембрана в зависимости отдавления внешней среды прогибается всторону дискового плосковыпуклогокварцевого элемента 2 АТ-среза,что приводит к изменению емкостимежду осевым цилиндрическим выступом5 мембраны 4 и плоской поверхностьюдискового плосковыпуклого кварцевого элемента 2 АТ-среза т.е. изменяется емкость С в эквивалентной схеме на фиг.7, Это приводит к изменениюрезонансной частоты основного колебания.Емкость между упругой мембраной 4и дисковым плосковыпуклым кварцевымэлементом 2 АТ-среза ( емкости Си С на фиг,7) также увеличивается,но в значительно меньшей мере. Этоуменьшает неравномерность амплитудночастотной характеристики пьезорезонансного датчика давления вне области основного резонанса во всем диапазоне измеряемых давлений при любых1326921 10 где где Р ственно. температурах, что повышает устойчивость предлагаемого пьезорезонансного датчика давления к невозбуждению на паразитных колебаниях.Активность колебания резонаторов "ГБ Р, Чем меньше это сопротивление, тем больше амплитуда колебания. Увеличение Е 5 Р для паразитных резонансов приводит к уменьшению амплитуды их колебаний вне области основного резонанса.Е 8 Р = Р/ 1 + Со(Сн)где В - динамическое сопротивлениекварцевого резонатора;С - статическая емкость квароцевого резонатора;С - емкость зазора в датчике.Изменение емкости Сдля основного резонанса (емкость С на фиг.7)обычно выбирают в пределах обеспечи - Фвающих возбуждение дискового плосковыпуклого кварцевого элемента АТ-среза генератором. Минимальное значение 2 БС равно 1 - 2 пф, а максимальное -50 - 100 пф. Емкость С =3+10 пф.Для гарантированного сниженияактивности паразитных резонансов вовсем диапазоне изменения С, и любыхС, на 1 0% достаточно, чтобы 1 = 3для плоской упругой мембраны; Р- 1,6 3 и 1 = 1,4 В для гофрированных мембран (на фиг.10 и 1 ). Длягарантированного снижения на 95% достаточно, чтобы 5 = 100На фиг.12 - 14 представлено распределение амплитуд колебаний поверхности дискового плосковыпуклогокварцевого элемента АТ-среза по оси 40(, 1 и Г, ) для датчиков,представленных на фиг.9 - 11 соответственно. Уменьшение амплитуд обусловлено уменьшением емкостных связей45мембраны 4 с областями возбужденияпаразитных ангармонических колебаний,т.е, паразитные ангармоиические колебания подавлены по сравнению сплоской мембраной над поверхностью50кварцевого элемента. Выполнение генератора в микроэлектронном исполнении обусловлено необходимостью сохранения постоянства емкостных связей входов генератора с корпусом датчика, что при раздельном исполнении датчика и генератора затруднено. Предлагаемый датчик(по сравнению с известными) уменьшает неравномерность АЧХ (за счет подавления паразитных резонансов ), имеет более высокую надежность и более низкие требования к стабильности генератора. формула изобретения Пьезорезонансный датчик давления, содержащий корпус с мембраной и дисковый плосковыпуклый кварцевый элемент АТ-среза, обращенный плоской поверхностью к плоскости мембраны и снабженный электродом на выпуклой поверхности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения за счет устранения паразитных сигналов, внем мембрана выполнена из электропроводного материала с жестким центром плоской или гофрированной, при этом плоский торец жесткого центра мембраны образует зазор с плоской поверхностью кварцевого элемента, определенный из условия 100 В81,4 К, а его диаметр определен из условия для плоской мембраны 0,85 Кс 1 1 2,25 К, для гофрированной мембраны с 1= К и совпадает с диаметром первой от центра мембраны окружности, образованной вершиной гофра, обращенной к кварцевому элементу, а диаметры последующих вершин гофров с 1 и д , обращенных к кварцевому элементу, и противоположные им вершины гофров мембраны с диаметрами ди д; удовлетворяют соотношениюС 1 ь . С 1 Ф, С 1 . д= 2,1 К,;(К + 12 К): 2 К . 2,6 К ф расстояние между плоскостями торца жесткого центра и кварцевого элемента; расстояние от плоскости кварцевого элемента до вершин гофров, обращенных в его сторону-0,218 Р -, (Я /Ь, ) +О, 0163 и и - радиус сферы и толщина в центре дисковогоплосковыпуклого кварцевого элемента соответ 13269211326921 ОР 0,8 70 Яг п,г8 5 фиа Составитель Н.Богдановехред А. Кравчук Редактор А.Ре Корректор А,Тяс писное 1130 Мо оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,каз 3272/36 ВНИИПИ Гос по деламТираж 776дарственноизобретениива, Ж,комитета СССРи открытий ушская наб., д.4/