Пневмоэлектрический пьезопреобразователь

Полезная модель относится к области средств автоматизации для пневмоэлектрического преобразования сигналов систем управления.
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.)
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.
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.
Техническим результатом является устранение ложных срабатываний от переменных механических воздействий и нагрузок и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что предложенный пневмоэлектрический пьезопреобразователь по модели характеризуется тем, что содержит корпус, в виде соединенных между собой двух чашеобразных половин, выполненный из диэлектрика, с расположенной вдоль его оси диаметральной перегородкой в каждой, между торцами корпусов которых зажат пьезоэлемент, одна обкладка которого имеет диаметральную прорезь, через которую упирается в пьезоэлемент перегородка одной половины корпуса против перегородки с другой стороны пьезоэлемента второй половины корпуса, образуя камеры с двух сторон пьезоэлемента, при этом в полостях с одной стороны от перегородок имеются штуцеры для ввода  пневмодавления и половинки, разделенной прорезью обкладки соединены с клеммами для отвода электрического сигнала.
На фиг. 1 представлена конструкция пневмоэлектрического пьезопреобразователя, защищенного от внешних механических воздействий.
На фиг. 2 поясняется работа пневмоэлектрического пьезопреобразователя: а - преобразование при отсутствии внешних механических воздействий, б - инвариантность к внешним механическим воздействиям, в - защищенность преобразуемого сигнала от внешних механических воздействий.
Пневмоэлектрический пьезопреобразователь содержит (фиг. 1) корпус, составленный из двух чашеобразных половин 1 и 2 с диаметральными перегородками 3 и 4, пьезоэлемент 5 с половинками обкладок 6 и 7 и обкладкой 8, камеры 9, 10, 11 и 12, штуцеры 13, для ввода пневмодавления, клеммы 14 для вывода электрического сигнала.
p
Когда нет внешних механических воздействий на преобразователь (фиг. 2а), он выполняет требуемое преобразование ~U=ϕ(~Р) путем прогиба части пьезоэлемента 5 за счет поступающего через один из штуцеров 13 переменного давления ~Р в прилегающую камеру 9 или 11. Тогда при переменном давлении ~Р и отсутствии внешнего переменного воздействия силы ~F на выходе имеем электрический потенциал ~U, равный потенциалу ~U от верхней (по рисунку) части пьезоэлемента.
На фиг. 2б показано отсутствие реакции преобразователя на внешние переменные механические воздействия ~ F, поскольку одновременно прогибаются верхняя и нижняя (по рисунку) части пьезоэлемента 5 и на электрическом выходе преобразователя ~U=0.
p
На фиг. 2в показано, что преобразователь формирует требуемое ~U=ϕ(~Р) и при этом инвариантен к воздействующей переменной силе ~F от внешних механических возмущений. На пьезоэлемент при этом переменная сила ~F воздействует на обе его части, а преобразуемый сигнал ~Р воздействует только на одну (верхнюю) часть пьезоэлемента. В результате на выходе имеем только сигнал ~U=~U.
Инвариантность сохраняется на всех частотах преобразуемого пневмосигнала ~Р, так как верхняя и нижняя части пьезоэлемента идентичны, поскольку обе части пьезоэлемента имеют общую структуру единого кристалла.
Таким образом, обеспечивается независимость пневмоэлектрического пьезоцреобразования сигналов от внешних механических воздействий на преобразователь (таких как удары и вибрация).