Датчик давления — SU 1223067 (original) (raw)
(51) 4 С 01 Ь 9/08 ЕНИЯ САНИЕ И сти 5 обращенный й глухой ентов выполне зазора симметрич и которого устан в сторону паз, внут опоры 1 в 5 ф 13ены роли виде роликов, Иеждн плоский пьезоролебаний, однимв меньшей частитов, Ролики охвач зон разме ибных онцом э сплошо СССР1973.СССР1981. щемле нныи ных сегме идетельст 1 Ь 1/16, етельство 1 Ь 1/16,ны гл техникличин и Ю СО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ТОРСКОМЪСВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относитсяизмерения неэлектрических позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений, Датчик давления содержит полые сферические сегменты 3, соединенные по периметру со сплошными сферическими сегментами 4, разделенными на две неравные части 5 и 6 поперечным разрезом. В большей поверхностью эластичных лен односторонними зубцами, концы которыхнепосредственно и через пружины 7закреплены на меньшей части сегментов. Приведено соотношение, которомуудовлетворяет шаг зубцов каждой ленты, При воздействии на датчик всесто.ронне сжимающего усилия полые сферические сегменты 3 изменяют свою геометрию, уменьшая длину большей незакрепленной части пьезорезонатора 2,что приводит к изменению его резонансной частоты, 3 ил, Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано в разработке датчиков давлений, усилий, перемещений в рабочих полостях исследуемых объектов. 1223067 Эпьезорезонатора 2, при этом длина 1,большей части пьезорезонатора 2уменьшается на ту же величинуЬ.Изменение длины 1, в свою очередфвызывает изменение резонансной частоты К, посколькуЦелью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений.На фиг.1 показана конструкция датчика давления; на фиг,2 и 3 - участок сопряжения цилиндрических опорс пьезорезонатором.Датчик давления состоит из цилиндрических опор 1, между которымиустановлен пьезорезонатор 2. Полыесферические сегменты 3 соединены попериметру со сплошными сферическимисегментами 4, которые состоят избольшей части 5 и меньшей части 6.Торцы цилиндрических опор 1 соединены пружинами 7. Между опорами 1и пьезорезонатором 2 размещены эластичные ленты 9 с жесткими зубцами 8,Эластичные ленты 9 соединены с меньшими частями сплошных сферическихсегментов пружинами 10.Датчик давления работает следующим образом,После сборки датчика пьезорезонатор 2 включается в схему автогене-.ратора и производится измерение частоты генерации, Установка требуемойначальной частоты осуществляетсяпутем перемещения пьезорезонаторавглубь паза меньшей части сплошныхсферических сегментов. Частота генерации при этом определяется длинойЕ, большей незакрепленной части пьезорезонатора 2,После установки начальной частотыгенерации полость датчика давлениязаполняется аргонбм и герметизируется,В процессе воздействия на внешнююповерхность датчика давления всесторонне сжимающего усилия уменьшаетсявнутреннее давление датчика, в результате чего полые сферические сегменты 3 изменяют свою геометрию взоне упругих деформаций, стремясьуменьшить внутрикорпусной объем дат чика, расстояние между точками Аи А сегментов 3 уменьшается, а расстояние между точками В и В увеличивается,Увеличение расстояния В-В на величину ДЕ приводит к увеличению длины Еменьшей закрепленной части 1 1 Г =К и Г+ДГ =К- - ,Е 1, -А 1,1 10 где К - коэффициент пропорциональности,Диапазон изменения внешних давле-.ний ограничен конструктивными размерами сплошных сферических сегментов 4.15 Верхняя величина измеряемого давления определяется при полном облегании полыми сферическими сегментами 3внешних поверхностей сплошных сферических сегментов 4.20 При этом расстояние между зубцами эластичных лент 9 определяетсясоотношением8 61(К+В д) 4----- -(Д 1(6 18К +Ь,+Ь,25Например, при использовании низкочастотного пьезорезонатора 2 изгибных колебаний, работающего начастоте Г = 3 кГц, у которого 61= 3 мм, и типичных параметрах элеЗО ментов конструкции датчика 8=10К=05 мм, Ь =04 мм, Ь, =10 мм,а также допустимой погрешности изме - 2рений о = 0,5 10 допустимое расстояние между зубцами находится в35 пределах14,2 мкм(61 (30 мкм,что легко обеспечивается при использовании эластичной ленты с зубцами,выполненной в виде пакета стальныхпластин толщиной 25 мкм, одни концыкоторых заострены, а другие наклеенына нейлоновую ленту,В датчике точность измерений повьппается в результате размещения45между опорами и пьезорезонаторомэластичных лент с жесткими зубцами,1шаг которых Д 1 выбирается из соотношения При этом радиус зубца в точкеконтакта во много раз меньше радиуса .опоры К,имеющей цилиндрическую 55 форму,Величина Д 1 должна быть большедлины дуги между точками С н 1,равной расстоянию между зубцами, т,е.1223067 зб ) Ст =Й+ И )Р= 1 й Ь )атсьп2 2 12,Демпфирование паразитных колебаний осуществлено с помощью эластичной ленты с жесткими металлическими зубцами.5 Формула изобретения нижним пределом расстояния между зубцами, ниже которой эффект повышения точности не достигается, поскольку следующий за опорными зубец входит в зону нестабильности между точками В и С (фиг.3).1Верхний предел о 1 ограничен величиной Ь 18, т.е. допустимой погрешностью квантования,Точность измерения повышается также за счет уменьшения влияния эффекта "стирания" жестких зубцов в процессе работы. Достигается это установкой цилиндрических опор с возможностью их перемещения навстречу друг другу в пределах 2121.(1 ( 0,0112 ф где 12 - начальная высота зубцов;1 - перемещение каждой из опор;12 - длина незакрепленного участка меньшей части пьезорезонатора,и соединением торцов опор с помощью пружин, Последнее соотношение найдено из следующих соображений. В процессе стирания" зубцов возможно нарушение контакта, приводящее к погрешности. Образовавшийся в результате "стирания" зазор выбирается пружинами, соединяющими торцы опор. Нижний предел перемещения опор навст. речу друг другу ограничен 2/3 начальной высоты зуба, поскольку дальнейшее выбирание зазора не дает положительного эффекта, так как поверхность лент, контактирующих с пьезорезонатором, становится практически гладкой. Верхний предел 0,01 1 ограничен возможной величиной изгиба пьезорезонатора в точках контакта, выше которой может произойти его разрушение, Повьппению точности способствует также демпфирование паразитных колебаний меньшей части пьезоэлемента эластичными лентами с жесткими зубцами. 50 8 Д 1(К+12,) ---- (Ь 1( оЬ 1 к+ ь+ь,где Ь 1 - приращение длины большейчасти пьезорезонатора примаксимальном давлении;о - заданная точность измерениядавления; 55 Датчик давления, содержащий передающий давление элемент, в котором 10размещены скрепленные с ним две опо.ры, между которыми расположен плоский пьезорезонатор изгибных колебаний,контактирующий с поверхностями опорв плоскости, проходящей через их 15центры и перпендикулярной плоскостисимметрии передающего давления элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности ирасширения диапазона измерений, в 20нем передающий давление элемент выполнен в виде расположенных одна вдругой и соединенных между собой попериметру двух пар полых и сплошныхсферических сегментов, разделенных 25на две неравные части поперечным раз.резом, перпендикулярным плоскости ихсоединения, с образованием зазора, ав большей их части выполнен обращенный в сторону зазора симметричныйглухой паз, при этом в него дополнительно введены две эластичные ленты с односторонними зубцами и пружины, опоры выполнены в виде роликов, установленных внутри паза наосях с возможностью вращения, каждая 3 5 лента одним концом заклепана в меньшей.части сплошных сегментов своей1Эгладкой поверхностью охватываетсоответствующий ролик, а другим концом соединена с той же частью сплошных сегментов через пружины, причемпьезорезонатор своим концом защемлен в меньшей части сплошных сегментов так, что плоскость, проходящая 45через центры опор, сопряжена черезленты с пьезорезонатором, при этомшаг зубцов каждой ленты удовлетворяет соотношению,Шекмар кто аказ 1702/4 Тираж 778 В 181 ИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., писное 5 Ю, - коэффициент нестабильности точечного контакта пьеэофилиал ППП "Патент К - радиус опор; Ь - высота зубцов; Ь - толщина лент,г. Ужгород, ул. Проектна