SU1136045A1

SU1136045A1 - Device for measuring pressure

Info

Publication number: SU1136045A1
Application number: SU833548038A
Authority: SU
Inventors: Александр Петрович Лежнев; Павел Иннокентьевич Госьков; Галина Степановна Госькова
Original assignee: Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова
Priority date: 1983-02-02
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1985-01-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ И МЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее- пьезоэлемент с двум периферийньши и одной центральной обкладками на одном металлизированном торце, возбуждающий генератор , подключенный к центральному электроду , и дифференциальную схему обработки сигналов, входом подключенную к периферийным электродам, а выходом - к индикатору , отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерений за счет устранени вли ни дестабилизирующих факторов, в него дополнительно введены блок управлени и источник опорного напр жени , a-генератор выполнен управл емым , при этом источник опорного напр жени подключен к первому входу блока управлени , второй вход которого подключен к одной из периферийных обкладок;, в выход блока управлени подсоединен к управл ющему входу генератора.A DEVICE FOR AND MEASURING A PRESSURE, containing a piezoelectric element with two peripheral and one central plates on one metallized end, an excitation generator connected to the central electrode, and a differential signal processing circuit, the input connected to peripheral electrodes, and the output to the indicator, distinguished by that, in order to increase the measurement accuracy by eliminating the influence of destabilizing factors, the control unit and the reference voltage source, the a-generator in Made controllable, with the source of the reference voltage connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to one of the peripheral plates; to the output of the control unit connected to the control input of the generator.

Description

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам для измерения давления.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to devices for measuring pressure.

Известен датчик давления, содержащий корпус с опорой, пьезоэлемент, одна из поверхностей которого разделена на четные количества электрически изолированных секторов, нечетные из которых объединены и подключены к выходу генератора, четные также объединены и подключены к измерительному прибору [1].A known pressure sensor containing a housing with a support, a piezoelectric element, one of the surfaces of which is divided into even numbers of electrically isolated sectors, the odd of which are combined and connected to the output of the generator, the even are combined and connected to the measuring device [1].

Недостатком данного датчика является зависимость выходного напряжения с пьезоэлемента от температуры, что снижает' точность измерений.The disadvantage of this sensor is the dependence of the output voltage from the piezoelectric element on temperature, which reduces the accuracy of the measurements.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлемент с двумя периферийными и одной центральной обкладками на одном металлизированном торце, возбуждающий генератор, подключенный к центральному электроду и дифференциальную схему обработки сигналов, входом подключенную к периферийным электродам, а выходом — к индикатору [2].Closest to the proposed technical essence is a device for measuring pressure, containing a piezoelectric element with two peripheral and one central plates on one metallized end face, an exciting generator connected to the central electrode and a differential signal processing circuit connected to peripheral electrodes by input and output to indicator [2].

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная зависимостью измеряемой разности напряжений с пьезоэлемента от дестабилизирующих факторов — температура, старение, режим возбуждения.A disadvantage of the known device is the low accuracy of the measurements, due to the dependence of the measured voltage difference from the piezoelectric element from destabilizing factors - temperature, aging, excitation mode.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения влияния дестабилизирующих факторов .The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements by eliminating the influence of destabilizing factors.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлемент с двумя периферийными и одной центральной обкладками, на одном металлизированном торце, возбуждающий генератор, подключенный к центральному электроду, и дифференциальную схему обработки сигналов, входом подключенную к периферийным электродам, а выходом — к индикатору, дополнительно введены блок управления и источник опорного напряжения, а генератор выполнен управляемым, при этом источник опорного напряжения подключен к первому входу блока управления, второй вход которого подключен к одной з периферийных обкладок,а выход блока управления подсоединен к управляющему входу генератора.This goal is achieved by the fact that in the device for measuring pressure, containing a piezoelectric element with two peripheral and one central plates, on one metallized end, an exciting generator connected to the central electrode, and a differential signal processing circuit connected to the peripheral electrodes by the input and the output by to the indicator, a control unit and a reference voltage source are additionally introduced, and the generator is made controllable, while the reference voltage source is connected to the first input Control Lok, the second input of which is connected to one of the peripheral electrodes, and an output control unit connected to the control input of the generator.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения давления.The drawing shows a block diagram of a device for measuring pressure.

Устройство содержит пьезоэлемент 1, управляемый возбуждающий генератор 2, подключенный к центральной обкладке 3 пьезоэлемента 1, блок 4 управления, первым входом 5 подключенный к источнику опорного напряжения, вторым входом — к одному из входов дифференциальной схемы 8, например 9, и выходом — к управляющему входу генератора 2 возбуж дения. Дифференциальная схема 8 выходом соединена с индикатором 10, а входами — с второй 11 и третьей 12 периферийными обкладками пьезоэлемента 17.The device comprises a piezoelectric element 1, a controlled excitation generator 2, connected to the central plate 3 of the piezoelectric element 1, a control unit 4, the first input 5 connected to a reference voltage source, the second input to one of the inputs of the differential circuit 8, for example 9, and the output to the control the input of the excitation generator 2. The differential circuit 8 is connected to the indicator 10 by an output, and the inputs to the second 11 and third 12 peripheral plates of the piezoelectric element 17.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Под действием напряжения возбуждения U генератора 2 пьезоэлемент 1 совершает резонансные механические колебания. При этом с второй и третьей обкладок 11 и 12 на дифференциальную схему 8 поступают напряжения Uj и Ц_г. При нулевом давлении на пьезоэлемент 1 напряжения Ц и Цг -равна, причем напряжение Vi равно величине опорного напряжения U_o с источника 6. Равенство последних напряжений обеспечивает блок 4 управления путем подачи управляющего сигнала на управляющий вход генератора 2, что приводит к изменению величины возбуждающего напряжения U с генератора 2 согласно следующему выражению:Under the action of the excitation voltage U of the generator 2, the piezoelectric element 1 performs resonant mechanical vibrations. Moreover, from the second and third plates 11 and 12, the voltage Uj and C _g are supplied to the differential circuit 8. At zero pressure on the piezoelectric element 1, the voltages Ts and Ts are equal, and the voltage Vi is equal to the value of the reference voltage U _o from the source 6. The last voltages are equal by the control unit 4 by supplying a control signal to the control input of the generator 2, which leads to a change in the magnitude of the exciting voltage U from generator 2 according to the following expression:

где Ц_о —опорное напряжение;where C _{o is the} supporting voltage;

— коэффициент трансформации для второй обкладки пьезоэлемента 1;- transformation coefficient for the second lining of the piezoelectric element 1;

U — напряжение возбуждения пьезоэлемента;U is the piezoelectric excitation voltage;

ΔΚι — изменение коэффициента трансформации для второй обкладки пьезоэлемента.ΔΚι - change in the transformation coefficient for the second lining of the piezoelectric element.

Под действием измеряемого давления Ui сохранится на уровне U_e, a U_z изменится. Разность напряжений с обкладок 11 и 12 пьезоэлемента 1 с учетом приведенных выражений примет вид:Under the influence of the measured pressure, Ui will remain at the level of U _e , and U _z will change. The voltage difference from the plates 11 and 12 of the piezoelectric element 1, taking into account the above expressions, will take the form:

где К₂ — коэффициент трансформации для третьей обкладки пьезоэлемента 1;where K ₂ is the transformation coefficient for the third lining of the piezoelectric element 1;

Δ К_г — изменение коэффициента трансформации для третьей обкладки пьезоэлемента.Δ K _g - change in the transformation coefficient for the third lining of the piezoelectric element.

Таким образом, разность напряжений с пьезоэлемента 1 пропорциональна отношению коэффициентов трансформации соответственно для второй и третьей обкладок 11 и 12.Thus, the voltage difference with the piezoelectric element 1 is proportional to the ratio of transformation coefficients for the second and third plates 11 and 12, respectively.

Под действием дестабилизирующих факторов изменение ΔΚ^ и ΔΚ_Ζ в относительных единицах составит одну и ту же величину, что не приведет к изменению отношения коэффициентов трансформации. Поэтому выходной сигнал, поступающий на индикатор 10 со схемы 8, не изменится под действием дестабилизирующих факторов, а определится только величиной измеряемого давления.Under the influence of destabilizing factors, the change in ΔΚ ^ and ΔΚ _Ζ in relative units will be the same value, which will not lead to a change in the ratio of transformation coefficients. Therefore, the output signal arriving at indicator 10 from circuit 8 does not change under the influence of destabilizing factors, but is determined only by the value of the measured pressure.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения давления до 0,5% по сравнению с 1,5-3% для известного.The proposed device allows to increase the accuracy of pressure measurement up to 0.5% compared with 1.5-3% for the known.

Claims

DEVICE FOR PRESSURE MEASUREMENT, containing a piezoelectric element with two peripheral and one central plates on one metallized end, an exciting generator connected to the central electrode, and a differential signal processing circuit connected to peripheral electrodes by an input and an indicator connected to the output, characterized in that that, in order to improve the accuracy of measurements by eliminating the influence of destabilizing factors, a control unit and a reference voltage source are additionally introduced into it, and the nen manageable, while a reference voltage source connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to one of the peripheral electrodes, and an output control unit connected to the control input of the generator.

t

U <. „1136045