PL51320B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 20. VI. 1966 51320 KI. 21 a4, 10 MKP H-03hr • Gol « 34 |oo UKD Twórca wynalazku: prof. dr inz. Leszek Filipczynski Wlasciciel patentu: Po]ska Akademia Nauk (Instytut Podstawowych Pro¬ blemów Techniki), Warszawa (Polska) Sposób pomiaru parametrów przetworników piezoelektrycznych i uklad do stosowania tego sposobu [BIBLIOTEKA Urzedu Patentowego 1 Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru parametrów przetworników piezoelektrycznych, na przyklad kwarcowych lub ceramicznych, po¬ przez pomiar przewodnosci na zaciskach elek¬ trycznych przetworników w funkcji czestotliwosci, i uklad do stosowania tego sposobu.Znane dotychczas sposoby wyznaczania para¬ metrów przetworników piezoelektrycznych pole¬ gaja na pomiarze punkt po punkcie krzywej elek¬ trycznej przewodnosci w funkcji czestotliwosci.Pomiary takie wymagaja jednak specjalnych mostków pomiarowych oraz wymagaja duzo czasu ze wzgledu na koniecznosc kompensacji skladowej czynnej i urojonej mierzonej przewodnosci dla kazdego punktu pomiarowego.Powyzsze niedogodnosci usuwa sposób wedlug wynalazku polegajacy na szybkim wyznaczeniu charakterystycznych kilku punktów pomiarowych krzywej elektrycznej przewodnosci przetwornika, za pomoca ukladu pomiarowego, który zawiera proste, typowe przyrzady laboratoryjne takie jak generator sygnalów wzorcowych oraz miliwolto- mierz lampowy.Przedmiot wynalazku zostal uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uklad po¬ miarowy do stosowania sposobu wedlug wynalaz¬ ku, fig. 2 — uklad zastepczy przetwornika, fig. 3 — krzywa elektrycznej przewodnosci przetworni¬ ka, fig. 4 — krzywa napiecia w funkcji czestotli¬ wosci po zestrojeniu pojemnosci statycznej przet- PBlsklel niMUrns ludiwi wornika, fig. 5 — wyznaczone charakterystyczne punkty krzywej przewodnosci obwodu elektrycz¬ nego przetwornika po zestrojeniu jego pojemnosci statycznej.W ukladzie pomiarowym do stosowania sposobu wedlug wynalazku, do zacisków wyjsciowych ge¬ neratora 1 sygnalów wzorcowych wlaczono opor¬ nik 2 w szereg z obwodem 3, który zostal utwo¬ rzony przez równolegle polaczenie woltomierza lampowego 4, cewki L o zmiennej indukcyjnosci oraz mierzonego przetwornika piezoelektrycznego 5. Przetwornik 5 moze byc sprzezony akustycznie z osrodkiem 6 tak uksztaltowanym, by zapobiec powstawaniu w nim ultradzwiekowej fali stojacej, lub tez moze drgac swobodnie w powietrzu.Elektryczna przewodnosc przetwornika (fig. 3) przedstawiono we wspólrzednych, z których wspól¬ rzedna G oznacza czynna skladowa przewodnosci, a wspólrzedna B oznacza bierna skladowa prze¬ wodnosci. Czestotliwosc jest w tym przypadku zmiennym parametrem. Krzywa 7 przedstawia przewodnosc obwodu elektrycznego ukladu zastep¬ czego przetwornika (fig. 2).Pierwsza czynnoscia pomiarowa sposobu wedlug wynalazku jest zestrojenie pojemnosci statycznej Co przetwornika przy pomocy zmiennej indukcyj¬ nosci cewki L do czestotliwosci f0 rezonansu me¬ chanicznego przetwornika. Przeprowadza sie to w ukladzie pomiarowym (fig. 1) regulujac odpo¬ wiednio zmienna indukcyjnosc cewki L. Po zestro- 51320t , 51320 4 jeniu krzywa 7 przemieszcza sie w dól osi wspól¬ rzednej B przyjmujac ksztalt krzywej 8, która jest polozona symetrycznie wzgledem osi wspólrzednej G. Wtedy napiecie U mierzone woltomierzem 4 w funkcji czestotliwosci f ma ksztalt krzywej 15 g (fig. 4). Punktom 9, 10 i 11 (fig. 3) odpowiadaja punkty 16, 17, 18 (fig. 4). Wartosc indukcyjnosci cewki L dobiera sie doswiadczalnie w ten sposób, by maksima 17 i 18 na krzywej 15 (fig. 4) mialy te sama wysokosc.Nastepna czynnoscia sposobu wedlug wynalazku jest wyznaczenie charakterystycznych punktów krzywej 8, z których kazdy odpowiada innej cze¬ stotliwosci. Po ustawieniu za pomoca generatora 1 odpowiedniej czestotliwosci odczytuje sie napie¬ cie wskazane przez woltomierz 4. Znajac wartosc opornika 2, która winna byc znacznie wieksza niz opornosc obwodu 3, oraz znajac napiecie na zacis¬ kach wyjsciowych generatora 1 oblicza sie modul przewodnosci obwodu 3. Ze srodka ukladu osi wspólrzednych G i B (fig. 3) zakresla sie czesc okregu 12 o promieniu odpowiadajacym otrzymanej wartosci modulu przewodnosci. Nastepnie zmienia sie wartosc induikcyjnoscl cewki L tak dlugo, az napiecie wskazywane przez woltomierz 4 osiagnie maksymalna wartosc. Obliczona na tej podstawie przewodnosc obwodu 3 jest wartoscia minimalna, odpowiada wiec przy danej czestotliwosci czynnej skladowej przewodnosci. Wartosc te odklada sie na osi wspólrzednej G otrzymujac punkt 13. Kreslac z tego punktu równolegla do osi wspólrzednej B az do przeciecia sie z krzywa 12 otrzymuje sie punkt 14 lezacy na krzywej 8. Postepujac w ten sposób mozna wyznaczyc poszczególne charakte¬ rystyczne punkty poszukiwanej krzywej 8 prze¬ wodnosci.W wiekszosci technicznych przypadków, wystar¬ czy znalezc za pomoca powyzszego sposobu tylko trzy charakterystyczne punkty krzywej 8. Jest to punkt 23 odpowiadajacy czestotliwosci f0 rezonan¬ su mechanicznego przetwornika, punkt 19 odpowia¬ dajacy czestotliwosci znacznie wiekszej niz czesto¬ tliwosc f0, oraz punkt 20 odpowiadajacy czestotli¬ wosci znacznie mniejszej niz czestotliwosc f0, które to punkty przedstawiono na fig. 5. Punkty 19 i 20 laczy sie ze soba prosta 21 oraz rysuje sie kolo 22 przechodzace przez punkt 23 i przez punkt 24 prze¬ ciecia prostej 21 z osia wspólrzednej G.Prosta 21 odpowiada przewodnosci ukladu rów¬ noleglego R, C0, natomiast kolo 22 odpowiada prze¬ wodnosci obwodu szeregowego Ls, Cs, rs przesunie¬ tej w prawo o odcinek zawarty miedzy punktami 24 i 25. Po geometrycznym zsumowaniu wektorów przewodnosci, których konce leza na prostej 21 i na kole 22, i po uwzglednieniu wspomnianego przesu¬ niecia otrzymuje sie krzywa 8 (fig. 3) w ksztalcie petli. Punkty lezace na kole 22 i na krzywej 8 od¬ powiadajace tej samej czestotliwosci maja te sama czynna skladowa przewodnosci, ulegajac jedynie pionowym przesunieciom. Zatem skladowa czynna przewodnosci odpowiadajaca srodkowi kola 22 jest taka sama dla punktów kwadrantowych 26 i 27.Stosujac podany wyzej sposób pomiaru skladowej czynnej przewodnosci znajduje sie te czestotliwos¬ ci, które odpowiadaja punktom kwadrantowym. Na tej podstawie oblicza sie dobroc obwodu szerego¬ wego a nastepnie (z fig. 5) mozna wyznaczyc wszy¬ stkie parametry elektryczne obwodu zastepczego przetwornika (fig. 2). g Zamiast ukladu pomiarowego przedstawionego na fig. 1 mozna zastosowac do pomiaru sposobem wedlug wynalazku odmiane tego ukladu polegaja¬ ca na polaczeniu woltomierza lampowego 4 równo¬ legle do opornika 2, a nie równolegle z indufccyj- 10 noscia cewki L.W takim przypadku opornik 2 winien miec war¬ tosc mala wzgledem opornosci obwodu 3. Wskaza¬ nia woltomierza lampowego 4 sa wtedy proporcjo¬ nalne do pradu plynacego przez obwód 3. 15 Maksimum 17 i 18 na krzywej 15 (fig, 4) odpo¬ wiadaja wówczas minima pradu plynacego przez obwód 3. W celu zestrojenia pojemnosci statycznej Co dobiera sie' wartosc indukcyjnosci cewki L w taki sposób, aby prad plynacy przez obwód mial 20 w funkcji czestotliwosci dwie jednakowe wartosci minimalne, ponizej i powyzej czestotliwosci f0 re¬ zonansu mechanicznego przetwornika.Wszystkie dotychczasowe wartosci modulu prze¬ wodnosci elektrycznej oblicza sie teraz bezposred- 25 nio z wartosci zmierzonego pradu plynacego przez opornik 2 oraz z napiecia generatora 1 sygnalów wzorcowych. Konstrukcje kola 22 z fig. 5, a na tej podstawie wyznaczenie parametrów przetworników piezoelektrycznych, dokonuje sie bez zmian w opi- 30 sany powyzej sposób.Sposób pomiaru wedlug wynalazku i uklad po¬ miarowy do stosowania tego sposobu mozna rów¬ niez zastosowac do pomiarów opornosci wejsciowej przetwornika. W takim przypadku zamiast krzy- 35 wej 8 przewodnosci uzyskuje sie uklad kola z we¬ wnetrzna petla stanowiacy inwersje tej krzywej. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 40 1. Sposób pomiaru parametrów przetworników piezoelektrycznych na zaciskach elektrycznych przetwornika w funkcji czestotliwosci, znamien¬ ny tym, ze przewodnosc wzglednie opornosc przetwornika dla czestotliwosci jego rezonansu 45 mechanicznego wyznacza sie przy zmiennej indukcyjnosci dobranej do takiej wartosci, przy której sa sobie równe dwa maksima (17 i 18) wystepujace w krzywej napiecia mierzonego w funkcji czestotliwosci, wzglednie dwa równe 50 minima wystepujace w krzywej pradu w funk¬ cji czestotliwosci, i polozone po obu stronach czestotliwosci (f0) rezonansu mechanicznego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przewodnosc wzglednie opornosc przetwornika 55 przy dowolnej czestotliwosci wyznacza sie po¬ przez dwukrotny pomiar napiecia lub pradu, raz przy zmiennej indukcyjnosci zestrojonej z po¬ jemnoscia (C0) przetwornika do czestotliwosci (f0) rezonansu mechanicznego, a drugi raz przy w wartosci indukcyjnosci tak dobranej, ze napiecie osiaga wartosc maksymalna lub prad osiaga wartosc minimalna.

3. Uklad pomiarowy do stosowania sposobu we¬ dlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do generatora 65 (1) sygnalów wzorcowych wlaczony jest opornik 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6051320 (2) w szereg z obwodem zlozonym z polaczonych równolegle woltomierza lampowego (4), cewki (L) o zmiennej indukcyjnosci, oraz mierzonego przetwornika (5). Odmiana ukladu pomiarowego do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze do generatora (1) sygnalów wzorcowych zalaczony jest opornik (2) w szereg z obwodem zlozonym z równolegle polaczonych cewki (L) o zmiennej indukcyjnosci oraz mierzonego przetwornika (5), a równolegle do opornika (2) zalaczony jest wol¬ tomierz lampowy (4), w celu wyznaczenia war¬ tosci pradu plynacego przez opornik (2) i przez obwód. Fig.1 R \ Co I T Cs Fig. 2 'KI 21a«10 51320 MKP H 03 h Fig.3 FigA I», KI 21aU0 51320 MKP H 0c 25 20 Fig. 5 PL