П’єзоелектричний датчик тиску

G01L 23/00

Датчик тиску

Винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема, до пристроїв для вимірювання тиску, і може бути використаний в промисловості та лабораторній практиці.

Відомий реостатний датчик тиску, який складається з корпусу з камерою, яка з одного боку сполучається з напірним патрубком насоса, а з другого боку закрита мембраною. Мембрана має штовхач, який кінематичне зв’язаний з повзунком реостата, включеного в електричний ланцюг управління положенням постійного магніту. До цього магніту приєднана стрілка-покажчик тиску на шкалі. Датчик оснащений відповідними засобами настройки початкового положення стрілки-покажчика (а. с. №1349704,  G 01 L 9/08, 11/00, 1987).

Недоліками пристрою є низька точність вимірювання, бо такий датчик не може плавно відстежувати зміни тиску, адже його чутливий елемент у вигляді реостата з ніхромового дроту має витки фіксованої товщини.

Відомий перетворювач для вимірювання динамічного тиску, який містить корпус, круглу жорстко защемлену мембрану на якій розташовані тензорезистори з виводами та вихідний кабель. [а. с. №75915,бюл.№6,15.06.2006 ]

Недоліками пристрою є низька точність та надійність, оскільки є суміщеним датчиком, що містить два перетворювачі – тиску і прискорення(акселерометр), а також передбачає дві вимірювальні процедури – вимірювання переміщення мембрани та її прискорення.

Найбільш близьким до запропонованого є пристрій для вимірювання тиску, що являє собою датчик тиску, який містить випромінювальний та приймальний п’єзоелектричні резонатори, генератор електричних коливань та вимірювальний прилад, і в якому, згідно з винаходом, датчик тиску містить випромінювальний, який міститься в середині приймального, та приймальний, який підключається до вимірювального приладу, п’єзоелектричні резонатори, виконані у вигляді полих п’єзокерамічних сфер з електродами на сферичних поверхнях, в свою чергу випромінювальний резонатор, що знаходиться в корпусі, який через штуцер приєднується до об’єму, де вимірюється тиск,  що  підключається до генератора електричних коливань, який настроюють на резонансну частоту випромінювального резонатора, і де електрична напруга генератора збуджує коливання випромінювального резонатора, які через газ передаються до приймального резонатора, збуджуючи в ньому електричну напругу.

В основу винаходу поставлена задача підвищення чутливості датчика тиску.

Для досягнення визначеної мети пропонується датчик тиску, що складається з випромінювального та приймального п’єзоелектричних резонаторів, генератора електричних коливань та вимірювального приладу, і в якому згідно з винаходом генератор електричних коливань налаштованого на резонансну частоту випромінювального резонатора, де приймальний резонатор підключений до вимірювального приладу, а електрична напруга генератора збуджує коливання випромінювального резонатора, які через газ передаються до приймального резонатора, збуджуючи в ньому електричну напругу.

Використання аналого-цифрового перетворювача в якості датчика тиску дозволило підвищити точність. Крім того, саме така форма виконання випромінювального та приймального резонаторів та розташування електродів порівняно з відомими датчиками інших форм, їх взаємне розташування забезпечує збільшення чутливості.

На фіг. 1 зображено структурну схему датчика, що пропонується.

Датчик тиску складається з випромінювального 1 та приймального 2 п’єзоелектричних резонаторів, виконаних у вигляді полих п’єзокерамічних сфер з електродами на сферичних поверхнях. Випромінювальний резонатор 1 міститься всередині приймального 2. Випромінювальний резонатор підключається до генератора 3 електричних коливань, а приймальний – до одноперіодного випрямляча 4. Резонатори (п’єзоелементи) знаходяться в корпусі 5, який через штуцер 6 приєднується до об'єму, де вимірюється тиск. До випрямляча підключений компаратор 7, до якого, в свою чергу, подається напруга силою + 5 В. До нього приєднується мікроконтролер CPU 8, котрий  видає результат на індикатор 9. При цьому є можливість управляти мікроконтролером за допомогою клавіатури 10.

Датчик працює наступним чином. Генератор електричних коливань 3 настроюють на резонансну частоту випромінювального резонатора 1. Приймальний резонатор 2 підключають до одноперіодного випрямляча 4. Електрична напруга генератора 3 збуджує коливання випромінювального резонатора 1,які через газ передаються до приймального резонатора, збуджуючи в ньому електричну напругу. Коефіцієнт передачі системи випромінювальний- приймальний резонатор ,який дорівнює відношенню вихідної напруги U_вих до напруги генератора U_ген(К_пер=U_вих/U_ген), залежить від тиску газу.

Формула винаходу

П’єзоелектричний датчик тиску, що складається з випромінювального та приймального п’єзоелектричних резонаторів,генератора електричних коливань та вимірювального приладу, який відрізняється тим, що випромінювальний та приймальний резонатори виконані у вигляді полих сферичних п’єзоелементів, випромінювальний резонатор знаходиться всередині приймального.

Реферат

Об’єкт винаходу: датчик тиску. Галузь застосування: винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема, до пристроїв для вимірювання тиску, і може бути використаний в промисловості та лабораторній практиці. Суть винаходу: датчик тиску  складається з корпусу з камерою, яка з одного боку сполучається з напірним патрубком насоса, а з другого боку закрита мембраною. Мембрана має штовхач, який кінематичне зв’язаний з повзунком реостата, включеного в електричний ланцюг управління положенням постійного магніту. До цього магніту приєднана стрілка-покажчик тиску на шкалі. Датчик оснащений відповідними засобами настройки початкового положення стрілки-покажчика.