SU1006953A1

SU1006953A1 - Piezoelectric pressure gauge

Info

Publication number: SU1006953A1
Application number: SU792859433A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Васильевич Лавриненко; Сергей Юрьевич Мокроус
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1979-12-26
Publication date: 1983-03-23

Abstract

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАНОМЕТР,: содержащий установленный в корпусе пьезоэлемент, мембрану, источник переменного напр хсени и измерительный « MTTTt I прибор, отличающийс тем что, с целью повьвоени чувствительности и стабильности показаний, в нем пьезоэлемент выполнен в виде пластины, закрепленной гец летично в корпусе так, что часть пластины выступает за пределы корпуса, при этом часть пластины, распололсенна в корпусе, пол ризована по толщине и покрыта по основньм плоскост м электродс1ми, один из KOTOI DC непосредственно , а другой через вход измерительного прибора подключены к источнику переменного напр жени , а часть пластины, выступающа за пределы корпуса, пол ризована вдоль и расположена с зазором относительно мембраны, котора охватывает ее с (Л двух сторон и прикреплена к корпусу консольно. / S I 1 I и ) О) СО С71 М 0PIEZOELECTRIC MANOMETER: containing a piezoelectric element installed in the housing, a membrane, an alternating voltage source and a measuring MTTTt I measuring device, characterized in that a part of the plate protrudes beyond the limits of the body, while the part of the plate, which is full in the body, is polarized in thickness and covered over the main electrodes, one of KOTOI DC itself, and the other Without the input of the measuring device connected to the alternating voltage source, the part of the plate protruding beyond the enclosure is polarized along and located with a gap relative to the membrane that covers it from (L on both sides and is attached to the cantilever / SI 1 I and) O) CO C71 M 0

Description

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, в частности к пьезоэлектрическим преобразовател м , и может быть использовано дл измерени давлени газов и жидкостей . .The invention relates to instrumentation engineering, in particular piezoelectric transducers, and can be used to measure the pressure of gases and liquids. .

Известны пьезоэлектрические манометры дл измерени статических и динамических давлений 11.Piezoelectric manometers are known for measuring static and dynamic pressures 11.

Наиболее блиэким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс пьезоэлектрический манометр, который содержит пьезО элемент, установленный в корпусе, мембрану, источник переменного напр жени и измерительный прибор 2.The closest to the invention according to the technical essence and the achieved result is a piezoelectric pressure gauge, which contains a piezo element installed in the housing, a membrane, a variable voltage source and a measuring device 2.

Однако известному устройству присущи недостаточно высокие чувствительность и стабильность показаний. Целые изобретени вл етс повышение чувствительности и стабильности пьезоэлектрического манометра.However, the known device is not inherently high sensitivity and stability of indications. The whole invention is to increase the sensitivity and stability of a piezoelectric pressure gauge.

Эта цель достигаетс тем, что в манометре пьезоэлемент выполнен в (видепластины, закрепленной герметично в корпусе так, что часть пластины выступает за пределы корпуса, при этом часть пластины, расположенна в корпусе, пол ризована по толщине и покрыта по основным плоскост м электродами, один из которых непосредственно , а второй через вход измерительного прибора подключен к источнику переменного напр жени , а часть пластины, выступающа за пределы корпуса, пол ризована вдоль и расположена с зазором относительно мембраны, котора охватывает ее с двух сторон и прикреплена к корпусу консольно.This goal is achieved by the fact that, in a manometer, a piezoelectric element is made in (a video plate fixed tightly in the housing so that a part of the plate protrudes beyond the limits of the case, while the part of the plate located in the case is polarized in thickness and covered on the main planes with electrodes of which directly, and the second through the input of the measuring device, is connected to a source of alternating voltage, and the part of the plate protruding beyond the body is polarized along and located with a gap relative to the membrane, which is Tyva it from both sides and is attached to the body of a cantilever.

На чертеже схематически изображен пьезоэлектрический манометр.The drawing schematically shows a piezoelectric pressure gauge.

Пьзоэлемент 1 выполнен из пьезокерамики с высоким коэффициентом электромеханической св зи, например, из керамического титаната цирконата свинца . Он имеет форму пластины, часть которой покрыта электродами 2 и в этой части пол ризована по толщине. Оставша с часть пол ризована вдоль пластины (пол ризаци на чертеже показана стрелками и индексами Р). С помощью полиуретановой шайбы 3 пьезоэлемент закреплен в герметичном корпусе 4. Тонка мамбрана 5 охватывает с двух сторон часть пьезоэлемента Электроды пьезоэлемента подключены через вход измерительного прибора 6 к источнику 7 переменного напр жени . Частота источника переменногоThe piezoelectric element 1 is made of piezoceramics with a high electromechanical coupling coefficient, for example, of ceramic lead zirconate titanate. It has the shape of a plate, a part of which is covered with electrodes 2 and is polarized in this part in thickness. The remaining part is polarized along the plate (the polarization is shown by arrows and indices P in the drawing). Using a polyurethane washer 3, the piezoelectric element is fixed in an airtight casing 4. Tonka Mambrana 5, on both sides, covers a part of the piezoelectric element. Source frequency variable

напр жени выбрана из услови , что ток на входе измерительного прибора равен половине тока, соответствующего частоте первого резонанса продольных колебаний вдоль пластины. 5 При включении источника 7 его напр жение через входное сопротивление измерительного прибора 6 подаетс на электроды 2. За счет обратного пьезоэффекта в пьезо.злементе 1 возбуждаютс продольные колебани вдоль пластины . Чем больше амплитуда этих колебаний , тем больший ток протекает на входе измерительнрго прибора, С другой стороны , механические колебани S за счет пр мого пьезоэффекта преобразуютс в электрический переменный потенциал на поверхности пьезоэлемента , не покрытой электродами. В зазоре между пьезоэлементом 1 и мембраной 5 потенциал,, создает электрическую напр женность, величина которой мен етс с изменением зазора. В свою очередь , электрическа напр женность в зазоре определ ет ток на входе измерительного прибора 6, Зазор же . вл етс функцией давлени окружающей среды, например воздуха. Таким образом , информаци об изменении давлени окружающей среды есть амплитуда тока на входе измерительного прибора.the voltage is chosen from the condition that the current at the input of the measuring device is equal to half the current corresponding to the frequency of the first resonance of longitudinal oscillations along the plate. 5 When the source 7 is turned on, its voltage through the input resistance of the measuring device 6 is applied to the electrodes 2. Due to the inverse piezoelectric effect in the piezoelectric element 1, longitudinal oscillations are excited along the plate. The greater the amplitude of these oscillations, the more current flows at the input of the measuring instrument. On the other hand, the mechanical oscillations S due to the direct piezoelectric effect are transformed into an electric alternating potential on the surface of the piezoelectric element, not covered with electrodes. In the gap between the piezoelectric element 1 and the membrane 5, the potential, creates an electrical intensity, the magnitude of which varies with the gap. In turn, the electrical intensity in the gap determines the current at the input of the measuring device 6, the gap. is a function of the pressure of the environment, e.g. air. Thus, the information on the change in ambient pressure is the amplitude of the current at the input of the measuring instrument.

Так как максимальна крутизна зависимости тока от давлени наблюдаетс примерно на середине правого склона резонансной кривой, то рабочую частоту выбирают из услови , чтобы 5 номинальный ток на нагрузке был равен прловине тока, соответствующего частоте резонанса.Since the maximum slope of the current versus pressure is observed approximately in the middle of the right slope of the resonance curve, the operating frequency is chosen from the condition that 5 the nominal current at the load is equal to the current corresponding to the resonance frequency.

Благодар тому, что предлагаемый пьезоэлектрический манометр вл етс устройством параметрического типа , где генератором накачки служит источник 7 переменного напр жени , чувствительность такого прибора очень высока, С другой стороны, поскольку информаци о давлении преобразуетс в электрический сигнал бесконтактным способом, стабильность показаний датчика высока и определ етс стабильностью параметра керамих , ки. Включение двух таких датчик-ов по известным схемам компенсации температурной и временной нестабильности устран ет вли ние этих факторов на устойчивую работу устройства. Отсутствие взаимосв зи между чувст5 витальностью и стабильностью показаний позвол ет заметно повысить оба параметра по отношению к прототипу.Due to the fact that the proposed piezoelectric pressure gauge is a device of parametric type, where the generator 7 is an alternating voltage source 7, the sensitivity of such an instrument is very high. The stability of the parameter ceramics, ki. The inclusion of two such sensors by known schemes for compensating for temperature and time instability eliminates the influence of these factors on the stable operation of the device. The lack of relationship between sense of vitality and stability of readings allows both parameters to be significantly increased with respect to the prototype.

Claims

Piezoelectric manometer: containing a piezoelectric element, a membrane, a source of alternating voltage and a measuring device installed in the housing, characterized in that, in order to increase the sensitivity and stability of readings, the piezoelectric element is made in the form of a plate fixed tightly in the case so that part of the plate protrudes outside the housing, while the part of the plate located in the housing is polarized in thickness and covered on the main planes with electrodes, one of which is directly and the other through the input The measuring device is connected to an AC voltage source, and the part of the plate protruding beyond the housing is polarized along and located with a gap relative to the membrane, which covers it from two sides and is attached to the housing cantilever.

„.SU. ,,, 1006953