Введение
1. Анализ состояния направлений исследования 16
1.1. Принцип действия вихревых расходомеров и основные требования к преобразователям энергии потока 16
1.2. Пьезоэлектрические датчики давления 22
1.2.1. Унифицированный ряд датчиков быстропеременных давлений 23
1.2.2. Датчики акустических давлений 29
1.2.1 Датчики давления ведущих зарубежных фирм 31
1.3. Методы анализа пьезоэлектрических датчиков 38
1.3.1. Структурный анализ 39
1.3.2. Аналитические методы 47
1.3.3. Численные методы 49
1.4. Пьезоэлектрические материалы для измерительной техники 52
Выводы по главе 1 58
2. Исследование неоднородных чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков 60
2.1. Модель неоднородного чувствительного элемента 60
2.2. Распределение механических и электрических полей 72
2.3. Функция преобразования 77
2.4. Прочность при сжатии 79
2.5. Прочность при изменении температуры 85
2.6. Аддитивная погрешность при изменении температуры 88
Выводы по главе 2 90
3. Совершенствование методов испытаний и исследование характеристик пьезокерамических материалов 92
3.1. Электроупругие модули 92
3.1.1. Динамический метод измерения электроупругих модулей 92
3.1.2. Квазистатический метод измерения пьезоэлектрических модулей... 97
3.2.3.Полный набор электроупругих модулей 105
3.2. Изменение электроупругих модулей от температуры 106
3.3. Изменение пьезоэлектрических модулей от давления 109
3.4. Старение 111
3.5. Временные изменения свойств при сильных внешних воздействиях 113
3.6. Тепловое расширение 117
3.7. Прочность при сжатии и растяжении 126
Выводы по главе 3 134
4. Оценка механической надежности пьезоэлектрических датчиков 135
4.1. Методы оценки механической надежности 135
4.2. Оценка механической надежности чувствительного элемента при действии давления 137
4.2. Оценка механической надежности чувствительного элемента при действии давления и изменении температуры 143
4.3. Выбор материалов силопередающих элементов датчиков 153
4.4. Изменение коэффициента преобразования от температуры 156
4.5. Повышение надежности пьезоэлектрических датчиков акустических давлений 164
Выводы по главе 4 170
5. Объемночувствительные датчики давления 172
5.1. Аномальные явления в объемночувствительных преобразователях 172
5.2. Изменение температуры среды при адиабатическом процессе 174
5.3. Модель объемночувствительного преобразователя 176
5.4. Экспериментальная проверка модели 183
5.5. Контрольные датчики давления 188
5.6. Виброзащищенные датчики давления 190
5.7. Миниатюрные датчики давления 193
Выводы по главе 5 197
6. Методы анализа и синтеза пьезоэлектрических датчиков на основе численных моделей 199
6.1 .Постановка задачи электротермоупругости 199
6.2. Сравнение аналитических и численных решений 202
6.3 Методы анализа и синтеза пьезоэлектрических датчиков 209
6.4. Анализ датчиков давления 214
6.4.1 .Коэффициент преобразования 217
6.4.2. Собственные частоты 219
6.4.3. Вибрационная и деформационная чувствительности 221
6.4.4. Прочность в нормальных и рабочих условиях 224
6.4.5. Оптимизация конструкции датчика 233
6.4.6. Основные характеристики пьезоэлектрических датчиков давления 238
6.4.7. Оценка информативности пьезоэлектрических датчиков давления с помощью обобщенного показателя качества 243
Выводы по главе 6 248
7. Проектирование пьезоэлектрических датчиков 250
7.1 .Излучатели - приемники для ультразвуковых расходомеров газа 250
7.2. Вибрационные сигнализаторы уровня 262
7.3. Датчики изгибающего момента. 277
Выводы по главе 7 292
8. Вихревые расходомеры энергоносителей на основе пьезоэлектрических датчиков 294
8.1. Вихревые расходомеры жидкости 294
8.2. Вихревые расходомеры газа 298
8.3. Вихревые расходомеры пара 303
8.4. Вихревые расходомеры ведущих зарубежных фирм 308
8.5. Области применения вихревых расходомеров с пьезоэлектрическими датчиками 311
8.6. Тенденции развития вихревой расходометрии 314
Выводы по главе 7 315
Основные выводы диссертационной работы 317
Литература 321
Приложение
