UA11767U

UA11767U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA11767U
Application number: UAU200505625U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Serhii Viktorovych Rotte; Olena Valeriivna Sharapova
Original assignee: Cherkasy State Tech Univ; Valerii Mykhailovych Sharapov
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-01-16

Abstract

The proposed piezoelectric mechanical-electric transducer contains a piezoelectric element shaped as a parallelepiped with three pairs of electrodes, a matching voltage amplifier, and a matching charge amplifier. Two pairs of the electrodes are arranged at the sides of the parallelepiped that are parallel to the polarization vector. The third pair of the electrodes is arranged at the sides of the parallelepiped that are perpendicular to the polarization vector. The electrodes that are arranged at one of the sides that are parallel to the polarization vector are connected to the output of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier. The electrodes that are arranged at the opposite side are connected to the common point of the transducer circuit and the output of the charge amplifier. The electrode that is arranged at one of the sides that is perpendicular to the polarization vector is connected to the input of the voltage amplifier. The electrode that is arranged at the opposite side is connected to the common point of the transducer circuit. The force applied to the piezoelectric element is parallel to the polarization vector.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до вимірювальної техніки, та може використовуватися у промисловості та 2 лабораторній практиці.The useful model belongs to the measuring technique, and can be used in industry and 2 laboratory practice.

Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджувальних підсилювачі, причому використовуються підсилювач заряду та підсилювач напруги див. ПатентA known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, and a charge amplifier and a voltage amplifier are used, see Patent

України Мо34316А, 50111/16, С0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо11.of Ukraine Mo34316A, 50111/16, С0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Bul. Mo11.

Недоліком цього перетворювача є порівняно невисока точність вимірювання.The disadvantage of this converter is the relatively low measurement accuracy.

Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджувальних підсилювачі |див. Патент України Мо34317А, (3011 1/16, З0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо11.A known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers | see Patent of Ukraine Mo34317A, (3011 1/16, З0О1Р15/09, publ. 02.15.01, Bull. Mo11.

Вказаний перетворювач найбільше близький по технічній сутності до того, який заявляється, і вибраний в якості прототипу. 19 В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення п'єзоелектричного перетворювача механічних величин шляхом використання двох узгоджувальних підсилювачів, один з яких підсилювач заряду, а інший підсилювач напруги, використання п'єзоелементу у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, дві з яких розташовані на гранях, що паралельні вектору поляризації Р, а третя розташована на гранях, що перпендикулярні вектору поляризації Р, електроди підключені до узгоджувальних підсилювачів заряду та напруги таким чином, щоб утворювалися дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор сили ГЕ паралельний вектору поляризації Р.The specified converter is the closest in technical essence to the one that is claimed, and was chosen as a prototype. 19 The useful model is based on the task of improving the piezoelectric transducer of mechanical quantities by using two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier and the other a voltage amplifier, using a piezoelectric element in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, two of which are located on the edges , which are parallel to the polarization vector P, and the third one is located on the faces perpendicular to the polarization vector P, the electrodes are connected to matching charge and voltage amplifiers in such a way that two feedback loops are formed, while the GE force vector is parallel to the polarization vector P.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що заявляється, містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджувальних підсилювачі, один з яких підсилювач заряду, а інший підсилювач напруги.The claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities contains a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier, and the other is a voltage amplifier.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що заявляється, відрізняється від прототипу тим, що 22 п'єзоєлемент виконаний у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, причому дві пари пе) електродів розташовані на гранях, які паралельні вектору поляризації Р, а третя пара електродів розташована на гранях, які перпендикулярні вектору поляризації Р, електроди, які розташовані на одній з граней, що паралельні вектору поляризації Р, під'єднані до виходу підсилювача напруги та до входу підсилювача заряду, електроди на протилежній грані підключені до загального проводу схеми та до виходу підсилювача заряду, - електрод, що розташований на одній з граней, що перпендикулярні вектору поляризації Р, під'єднаний до входу «о підсилювача напруги, а електрод на протилежній грані підключений до загального проводу схеми, а вектор силиThe claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities differs from the prototype in that the 22 piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and two pairs of pe) electrodes are located on faces that are parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the electrodes that are located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P are connected to the output of the voltage amplifier and to the input of the charge amplifier, the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit and to the output of the charge amplifier, - the electrode located on one of the faces perpendicular to the polarization vector P is connected to the input "o of the voltage amplifier, and the electrode on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, and the force vector

Е прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р. вE is applied to the piezo element parallel to the polarization vector R. v

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного «-- результату. 3о Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання. --Each of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result. 3o The technical result of a useful model is an increase in measurement accuracy. --

Корисна модель пояснюється кресленням, де: - на Фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується.A useful model is explained by the drawing, where: - in Fig. the electrical diagram of the proposed converter is shown.

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів « ю 2-27, 3-3/, 4-4, пари 2-2! та 4-4/ розташовані паралельно вектору поляризації Р, а пара 3-3/ - перпендикулярно З вектору поляризації Р, та узгоджувальні підсилювачі заряду 5 та напруги 6. Електроди 2 та 2 під'єднані до с входу та виходу підсилювача заряду 5, електроди З та 4 під'єднані до входу та виходу підсилювача напруги 6, а :з» електроди 3 та 4/ підключені до загального проводу схеми. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р.The transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes « ю 2-27, 3-3/, 4-4, pairs 2-2! and 4-4/ are located parallel to the polarization vector P, and the pair 3-3/ is perpendicular to the polarization vector P, and matching charge amplifiers 5 and voltage 6. Electrodes 2 and 2 are connected to the input and output of the charge amplifier 5, electrodes C and 4 are connected to the input and output of the voltage amplifier 6, and "c" electrodes 3 and 4/ are connected to the common wire of the circuit. The force vector E (mechanical quantity) is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином. - При приложенні до п'єзоелементу сили Е на електродах 2 та З з'являється електричний заряд та електрична напруга. Заряд підсилюється підсилювачем 5 та подається на електрод 2, а напруга підсилюється корегуючим - підсилювачем 6 та подається на електрод 4, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патенти України -І Мо34316А та 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособиє) /Шарапов В.М. и др. /Под ред. В.М. Шарапова. -чЧеркассь!: ЧГТУ, 2004. б -435с.. "І В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі, якість охвату зворотним зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання.The converter works as follows. - When force E is applied to the piezo element, an electric charge and an electric voltage appear on electrodes 2 and З. The charge is amplified by the amplifier 5 and applied to the electrode 2, and the voltage is amplified by the correcting amplifier 6 and applied to the electrode 4, creating two feedback circuits. patents of Ukraine -I Mo34316A and 34317A, C0111/16, (z01R15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / V. M. Sharapov and others / Edited by V. M. Sharapova. -chCherkass!: ChGTU, 2004. b -435p.. "I Due to the fact that two amplifiers are used, the quality of feedback coverage is better than for one amplifier, which leads to an increase in measurement accuracy .

Приклад конкретного використання.An example of a specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 х1Ох4Омм.In this particular case, a piezo element made of piezoceramics TsTO-19 with a size of 10 x 1 x 4 ohms was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на с мікросхемі КІ40УДВ.The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in Fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit.

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгОе! 5 Кіег" і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гуц з прискоренням 19. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до 60 температури 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5 - 2170; - перетворювач, що заявляється: б5The transducer was installed on a vibrostand 4805 of the company "VgOe! 5 Kieg" and was exposed to vibration at a frequency of 100 Hz with an acceleration of 19. Then, the transducer was heated to 60 with the help of a special heater to a temperature of 50-32C. The relative error 5 was measured for the converter according to the circuit of the prototype and according to the circuit of the claimed converter. Measurement results: - prototype: 5 - 2170; - declared converter: b5

Claims

Formula of the invention Piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier, and the other a voltage amplifier, which is distinguished by the fact that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and two pairs of electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the electrodes that are located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P are connected to the output of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier, the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit and to the output of the charge amplifier, the electrode located on one of the faces perpendicular to the polarization vector P is connected to the input of the voltage amplifier, and the electrode on the opposite face is connected to of the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to the piezo element parallel of the polarization vector R. that 2 y (Ce) y «- є

- and? - - -and (o) that 60 b5