RU182541U1 - Pneumoelectric Converter - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области средств автоматизации для пневмоэлектрического преобразования сигналов систем управления. Техническим результатом является устранение ложных срабатываний от переменных механических воздействий и нагрузок и упрощение конструкции. Пневмоэлектрический преобразователь содержит выполненный из диэлектрика корпус, который изготовлен в виде соединенных между собой двух чашеобразных половин с диаметрально расположенными в одной плоскости перегородками. Между торцами половин и перегородками зажат пьезоэлемент через прорезь в одной из его обкладок, образуя четыре камеры с двух сторон. При этом щтуцер одной пары несмежных камер является входом прямого пневмосигнала, другой штуцер второй пары несмежных камер является входом инверсного пневмосигнала, а две части разделенной прорезью обкладки соединены с клеммами для отвода выходного электрического сигнала. 3 ил.

The utility model relates to the field of automation for pneumoelectric conversion of control system signals. The technical result is the elimination of false positives from variable mechanical stresses and loads and the simplification of the design. The pneumatic-electric converter contains a housing made of a dielectric, which is made in the form of two cup-shaped halves connected to each other with partitions diametrically located in one plane. Between the ends of the halves and partitions, a piezoelectric element is clamped through a slot in one of its plates, forming four chambers on both sides. In this case, the fitting of one pair of non-adjacent chambers is an input of a direct pneumatic signal, the other fitting of a second pair of non-adjacent chambers is an input of an inverse pneumatic signal, and the two parts are separated by a slot of a plate and connected to the terminals for outputting an output electrical signal. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области средств автоматизации для пневмоэлектрического преобразования сигналов систем управления.The utility model relates to the field of automation for pneumoelectric conversion of control system signals.

Широко известны пьезопреобразователи пневматических силовых сигналов в электрические и наоборот, обладающие хорошей динамикой и высокой чувствительностью (В.В. Янчин «Пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи …» Ростов-на-Дону. Изд. Южного Федерального университета, 2010 г.).Piezoelectric transducers of pneumatic power signals into electric ones and vice versa, which have good dynamics and high sensitivity (VV Yanchin “Piezoelectric vibration transducers ...” Rostov-on-Don. Publishing house of the Southern Federal University, 2010) are widely known.

Часто преобразователи используются для преобразования в электрический сигнал пневматический частотный сигнал струйного генератора в бытовых счетчиках газа, таких как Гранд - 1,6, Гранд - 2,5, Гранд - 4 фирмы Гранд (г. Ростов), СГБМ - 1,6 Батер, СГБМ - 2,5 Батер (г. Чистополь), счетчик газа Элехант СГБ - 1,8 г (г. Ханты Мансийск). Однако, высокая чувствительность пьезоэлементов к внешним механическим воздействиям, например к вибрациям и ударам, препятствует в ряде случаев использованию этих приборов.Often converters are used to convert the pneumatic frequency signal of a jet generator into household gas meters in household gas meters, such as Grand - 1.6, Grand - 2.5, Grand - 4 firms Grand (Rostov), CBSS - 1.6 Bater, SGBM - 2.5 Bater (Chistopol), gas meter Elekhan SGB - 1.8 g (Khanty Mansiysk). However, the high sensitivity of the piezoelectric elements to external mechanical influences, such as vibrations and shocks, prevents the use of these devices in some cases.

Известен первичный измерительный преобразователь расхода газа и жидкости на частотном аэродинамическом эффекте (журнал Датчики и Системы, №2, 2001, с. 32-34), в котором используется преобразование пневмомеханических колебаний с помощью инвариантного к вибрациям, температурами другим лишним воздействиям передающего механического звена к пьезоэлементу, разделенному пополам, позволяющему на одном элементе построить дифференциальную схему обработки информации. Защита пьезоэлемента от влияния паразитных вибраций по трем осям обеспечивается оригинальным механическим звеном. Такое решение, вызванное переходом из рабочей зоны в измерительную и необходимостью исключить ненужные механические воздействия, потребовало применение передаточного звена, усложняющего конструкцию преобразующего устройства.Known primary measuring transducer of gas and liquid flow on the frequency aerodynamic effect (Journal of Sensors and Systems, No. 2, 2001, p. 32-34), which uses the conversion of pneumomechanical vibrations using vibration-invariant temperatures and other unnecessary effects of the transmitting mechanical link to a piezoelectric element, divided in half, allowing to build a differential information processing scheme on one element. The protection of the piezoelectric element from the influence of spurious vibrations along three axes is provided by the original mechanical link. Such a solution, caused by the transition from the working zone to the measuring one and the need to eliminate unnecessary mechanical influences, required the use of a transmission link complicating the design of the conversion device.

Известен пневмоэлектрический преобразователь в измерителе расхода газа с преобразованием колебания струи в электрический сигнал (RU 2296953 С2, 10.04.2007), принятый за прототип. Он содержит корпус со штуцерами, внутри которого помещен струйный генератор колебаний. Снаружи корпус закрыт кожухом, на котором установлен контейнер с пьезодатчиком (преобразователем), оснащенный резиновыми прокладками. При этом корпус измерителя подвешен внутри и снаружи тросовыми амортизаторами. Заделка концов всех тросов осуществлена с использованием резиновых втулок и амортизирующих шайб. Тем не менее, такая амортизирующая подвеска не полностью защищает пьезопреобразователь от ложных срабатываний и к тому же требует специального контейнера с амортизаторами, что значительно усложняет конструкцию.Known pneumoelectric Converter in the gas flow meter with the conversion of the oscillation of the jet into an electrical signal (RU 2296953 C2, 04/10/2007), adopted as a prototype. It contains a housing with fittings, inside of which is placed a jet oscillation generator. Outside, the casing is closed by a casing on which a container with a piezoelectric transducer (transducer) is installed, equipped with rubber gaskets. In this case, the meter body is suspended inside and outside by cable shock absorbers. Termination of the ends of all cables is carried out using rubber bushings and shock absorbing washers. However, such a shock-absorbing suspension does not fully protect the piezoelectric transducer from false positives and also requires a special container with shock absorbers, which greatly complicates the design.

Техническим результатом является устранение ложных срабатываний от переменных механических воздействий и нагрузок и упрощение конструкции.The technical result is the elimination of false positives from variable mechanical stresses and loads and the simplification of the design.

Технический результат достигается тем, что предложенный пневмоэлектрический преобразователь по модели характеризуется тем, что содержит выполненный из диэлектрика корпус, в виде соединенных между собой двух чашеобразных половин, с диаметрально расположенными в одной плоскости перегородками, между торцами половин и перегородками размещен без зазоров (зажат) пьезоэлемент через прорезь в одной из его обкладок, образуя четыре камеры с двух сторон, при этом щтуцер одной пары несмежных камер является входом прямого пневмосигнала, другой штуцер второй пары несмежных камер является входом инверсного пневмосигнала, а две части разделенной прорезью обкладки соединены с клеммами для отвода выходного электрического сигнала.The technical result is achieved by the fact that the proposed pneumoelectric transducer according to the model is characterized by the fact that it contains a body made of a dielectric, in the form of two cup-shaped halves interconnected, with partitions diametrically located in the same plane, a piezoelectric element is placed between the ends of the halves and partitions without gaps (clamped) through a slot in one of its plates, forming four chambers on both sides, while the fitting of one pair of non-adjacent chambers is an input of a direct pneumatic signal, the other The second pair of non-adjacent chambers is the input of the inverse pneumatic signal, and the two parts are separated by a slot of the plate and connected to the terminals to divert the output electrical signal.

На фиг. 1 представлена конструкция пневмоэлектрического пьезопреобразователя, защищенного от внешних механических воздействий.In FIG. 1 shows the design of a pneumoelectric piezoelectric transducer, protected from external mechanical influences.

На фиг. 2 показана схема разводки каналов в преобразователе, связанных через входные штуцеры с мультивибратором (мультивибратор не является элементом преобразователя).In FIG. Figure 2 shows the channel wiring diagram in the converter, connected through the input fittings to the multivibrator (the multivibrator is not an element of the converter).

На фиг. 3 поясняется поведение пьезоэлемента при силовых воздействиях:In FIG. 3 explains the behavior of the piezoelectric element under force:

А и Б - при воздействии прямого или инверсного пневмодавления,A and B - when exposed to direct or inverse pneumatic pressure,

В и Г - при воздействии внешних сил с одной или другой стороны.B and D - when exposed to external forces from one or the other side.

Пневмоэлектрический преобразователь содержит (фиг. 1) корпус, составленный из двух чашеобразных половин 1 и 2 с диаметральными перегородками 3 и 4, зажатый пьезоэлемент 5 с частями обкладок 6 и 7 и обкладкой 8, камеры 9, 10, 11 и 12, штуцеры 13, для ввода пневмодавления, клеммы 14 для вывода электрического сигнала, мультивибратор 15 и каналы 16.Pneumoelectric transducer contains (Fig. 1) a housing composed of two cup-shaped halves 1 and 2 with diametrical baffles 3 and 4, a clamped piezoelectric element 5 with parts of the plates 6 and 7 and the lining 8, chambers 9, 10, 11 and 12, fittings 13, for pneumatic pressure input, terminals 14 for outputting an electrical signal, multivibrator 15 and channels 16.

Устройство преобразует входной изменяющийся пневматический сигнал Р_вх через мультивибратор 15 (фиг. 2), вырабатывающий прямой Р и инверсный

пневмосигналы. По этим Р и

сигналам устройство создает на выходе электрический сигнал U_вых, пропорциональный входному Р_вх. Каналы 16 перекрестно соединяют входные штуцеры 13 с камерами 9, 12 и 10, 11. Мультивибратор 15 позволяет задействовать одновременно обе части пьезоэлемента. При одновременном воздействии на обе части пьезоэлемента пневмодавлением Р (фиг. 3А) либо

(фиг. 3Б) на его обкладках образуется суммарное эдс, поскольку электрически обе части обкладок пьезоэлемента соединены последовательно и образуемые эдс по полярности направлены в одну сторону.The device converts the input variable pneumatic signal P _I through the multivibrator 15 (Fig. 2), generating a direct P and inverse

pneumatic signals. According to these P and

To signals, the device generates an electric signal U _o , proportional to the input R _i, at the output. The channels 16 cross-connect the input fittings 13 with the cameras 9, 12 and 10, 11. The multivibrator 15 allows you to simultaneously use both parts of the piezoelectric element. With simultaneous exposure to both parts of the piezoelectric element by pneumatic pressure P (Fig. 3A) or

(Fig. 3B) a total emf is formed on its plates, since both parts of the piezoelectric element plates are electrically connected in series and the generated emfs are directed in the same direction in polarity.

При воздействии внешней силы F в том или

другом направлении (физ. 3В и Г) две части пьезоэлемента испытывают воздействие силы с одной стороны и на его обкладках потенциалы вырабатываемых на них эдс направлены встречно, компенсируя в последовательной цепи друг друга. В результате на выходе преобразователя U_вых=0 и преобразователь не реагирует на внешние силовые воздействия.When exposed to an external force F in either

in the other direction (phys. 3B and D), two parts of the piezoelectric element are affected by force on one side, and on its plates the potentials of the emf generated by them are directed in the opposite direction, compensating each other in a series circuit. As a result, at the output of the converter U _o = 0 and the converter does not respond to external force influences.

Инвариантность сохраняется на всех частотах преобразуемого пневмосигнала ~Р, так как обе части пьезоэлемента идентичны, поскольку обе части пьезоэлемента имеют общую структуру единого кристалла. По остальным двум поперечным осям преобразователь не воспринимает воздействие внешних сил по определению.Invariance is maintained at all frequencies of the transformed pneumatic signal ~ P, since both parts of the piezoelectric element are identical, since both parts of the piezoelectric element have the common structure of a single crystal. On the other two transverse axes, the converter does not perceive the influence of external forces by definition.

Мультивибратор 15 не входит в состав предлагаемого преобразователя и не участвует в преобразовании сигнала. Приведенный на рисунке мультивибратор 15 служит для пояснения порядка подачи входных пневматических сигналов.The multivibrator 15 is not part of the proposed Converter and is not involved in the conversion of the signal. The multivibrator 15 shown in the figure serves to explain the flow of input pneumatic signals.

Таким образом, обеспечивается независимость пневмоэлектрического пьезопреобразования сигналов от внешних механических воздействий на преобразователь (таких как удары и вибрация) и упрощается конструкция преобразователя.Thus, the independence of the pneumoelectric piezoelectric conversion of signals from external mechanical influences on the transducer (such as shock and vibration) is ensured, and the design of the transducer is simplified.

Claims (1)

Пневмоэлектрический преобразователь характеризуется тем, что содержит выполненный из диэлектрика корпус в виде соединенных между собой двух чашеобразных половин с диаметрально расположенными в одной плоскости перегородками, между торцами половин и перегородками размещен без зазоров пьезоэлемент через прорезь в одной из его обкладок, образуя четыре камеры с двух сторон, при этом щтуцер одной пары несмежных камер является входом прямого пневмосигнала, другой штуцер второй пары несмежных камер является входом инверсного пневмосигнала, а две части разделенной прорезью обкладки соединены с клеммами для отвода выходного электрического сигнала.The pneumoelectric transducer is characterized in that it contains a dielectric housing in the form of two cup-shaped halves interconnected with partitions diametrically located in the same plane, a piezoelectric element is placed between the ends of the halves and partitions without gaps through a slot in one of its plates, forming four chambers on both sides while the fitting of one pair of non-adjacent chambers is an input of a direct pneumatic signal, the other fitting of a second pair of non-adjacent chambers is an input of an inverse pneumatic signal , and two parts of a slot-separated plate are connected to the terminals for the removal of the output electrical signal.

Images