UA11772U

UA11772U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA11772U
Application number: UAU200505634U
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 four pairs of electrodes, a matching voltage amplifier, and a matching charge amplifier. Three pairs of the electrodes are arranged at the sides of the parallelepiped that are perpendicular to the polarization vector. The fourth pair of the electrodes is arranged at the sides of the parallelepiped that are parallel to the polarization vector. The first electrode that is arranged at one of the sides that are parallel to the polarization vector is connected to the output of the voltage amplifier. The electrode that is arranged at the opposite side is connected to the common point of the transducer circuit. The second electrode that is arranged at one of the sides that are 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 output of the amplifier. The third and the fourth electrodes that are arranged at one of the sides that are perpendicular to the polarization vector are connected to the input and the output of the charge amplifier. 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 Мо34316 А, 5011 1/16, С0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої).of Ukraine Mo34316 A, 5011 1/16, С0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Bul. My).

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 Мо34317 А, 5011 1/16, С0О1Р 15/09, 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 Mo34317 A, 5011 1/16, С0О1Р 15/09, publ. 15.02.01, Bul. 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 чотирма парами електродів, три з яких розташовані на гранях, що перпендикулярні вектору поляризації Р, а четверта розташована на гранях, що паралельні вектору поляризації Р, електроди підключені до узгоджувальних підсилювачів заряду та напруги таким чином, щоб утворювалися дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор сили Е 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 four pairs of electrodes, three of which are located on the edges , which are perpendicular to the polarization vector P, and the fourth is located on the faces parallel to the polarization vector P, the electrodes are connected to the matching amplifiers of charge and voltage in such a way that two feedback links are formed, while the force vector E 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 чотирма парами електродів, причому три пари -о електродів розташовані на гранях, які перпендикулярні вектору поляризації Р, а четверта пара електродів розташована на гранях, які паралельні вектору поляризації Р, перший електрод, який розташований на одній з граней, що паралельні вектору поляризації Р, під'єднаний до виходу підсилювача напруги, а електрод, що розташований на протилежній грані, підключений до загального проводу схеми, другий електрод, який с розташований на одній з граней, що перпендикулярні вектору поляризації Р, під'єднаний до входу підсилювача - напруги, а електрод, що розташований на протилежній грані, підключений до загального проводу схеми, третій та четвертий електроди, які розташовані на одній з граней, що перпендикулярні вектору поляризації Р, в під'єднані до входу та виходу підсилювача заряду, а вектор сили Є прикладений до п'єзоелементу паралельно - де вектору поляризації Р. 325 Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного - результату.The claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities differs from the prototype in that the piezoelectric element 22 is made in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, and three pairs of -o electrodes are located on faces that are perpendicular to the polarization vector P, and the fourth pair of electrodes is located on the faces that are parallel to the polarization vector P, the first electrode, which is located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P, is connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode located on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, the second the electrode, which is located on one of the faces perpendicular to the polarization vector P, is connected to the input of the voltage amplifier, and the electrode located on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, the third and fourth electrodes, which are located on one of faces that are perpendicular to the polarization vector P are connected to the input and output of the charge amplifier, and The force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector R. 325 Each of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result.

Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання.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. З 70 Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів с 2-27, 8-37, 4-4/, 5-Бі, пара 2-2, розташована паралельно вектору поляризації Р, а пари 3-37, 4-47, 5-5/ - :з» перпендикулярно вектору поляризації Р, та узгоджувальні підсилювачі заряду 6 та напруги 7. Електроди 2 та З під'єднані до виходу та входу підсилювача напруги 7, електроди 4 та 5 під'єднані до входу та виходу 415 підсилювача заряду 6, а електроди 2! та 3! підключені до загального проводу схеми. Вектор сили Е (механічної - величини) прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р.A useful model is explained by the drawing, where: "- in Fig. the electrical diagram of the proposed converter is shown. With 70 The transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes c 2-27, 8-37, 4-4/, 5-Bi, pair 2-2 is located parallel to the polarization vector P, and pairs 3-37 . input and output 415 charge amplifier 6, and electrodes 2! and 3! connected to the common circuit wire. The force vector E (mechanical magnitude) is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином. -й При приложенні до п'єзоелементу сили Е на електродах З та 4 з'являється електричний заряд та електрична -1 напруга. Заряд підсилюється підсилювачем 6 та подається на електрод 5, а напруга підсилюється корегуючим підсилювачем 7 та подається на електрод 2, 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 ПьезозлектрическиеThe converter works as follows. When force E is applied to the piezo element, an electric charge and an electric -1 voltage appear on electrodes Z and 4. The charge is amplified by the amplifier 6 and applied to the electrode 5, and the voltage is amplified by the rectifying amplifier 7 and applied to the electrode 2, creating two feedback circuits |see patents of Ukraine - Мо34316А and 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric

Кз преобразователи (Справочное пособиє) /Шарапов В.М. и др. /Под ред. В.М. Шарапова. -Черкассьі: ЧГТУ, 2004. -435с.|.Kz preobrazovately (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. / Ed. V.M. Sharapova. - Cherkassy: ChGTU, 2004. -435 p.|.

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі, якість охвату зворотним зв'язком краща, ніж для вв ОДНОГО підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання.Due to the fact that two amplifiers are used, the quality of the feedback coverage is better than for a single amplifier, which leads to an increase in the accuracy of the measurement.

Приклад конкретного використання. с У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 Х10Хх4Омм.An example of a specific use. c In this particular case, a piezo element made of piezoceramics TsTO-19 with a size of 10 x 10 x 4 ohms was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ. во 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 температури 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5 2,190; 65 - перетворювач, що заявляється: 5 -1,1490.The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in Fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit. The transducer was installed on a vibrostand 4805 of the company "VgOe! 5 Kieg" and subjected to vibration at a frequency of 100Hz with an acceleration of 19. Then the transducer was heated to a temperature of 50-32C using a special heater. 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 2,190; 65 - declared converter: 5 -1.1490.

Claims

The 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 is a voltage amplifier, which is distinguished by the fact that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes , and three pairs of electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, and the fourth pair of 70 electrodes is located on the faces that are parallel to the polarization vector P, the first electrode, which is located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P, is connected to output of the voltage amplifier, and the electrode located on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, the second electrode, which is located on one of the faces perpendicular to the polarization vector P, is connected to the input of the voltage amplifier, and the electrode located on the opposite faces, connected to the common wire of the circuit, the third uv. And the fourth electrodes, which are located on one of the faces perpendicular to the polarization vector P, are connected to the input and output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

- and? - - -i -i Ko) 60 b5