UA11773U

UA11773U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA11773U
Application number: UAU200505635U
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. Two pairs of the electrodes are arranged at the sides of the parallelepiped that are parallel to the polarization vector, and the other two pairs of the electrodes are arranged at the sides that are perpendicular to the polarization vector. The first and the second electrodes that are arranged at one of the sides that are parallel to the polarization vector are connected to the input and the output of the voltage amplifier. The electrodes that are arranged at the opposite side and correspond to the first and the second electrodes are connected to the common point of the transducer circuit. 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 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, С0О1Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл.Мо11.A well-known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers (see Patent of Ukraine Мо34317А, 3011 1/16, С0О1Р 15/09, publ. 15.02.01, Byul. Мо11.

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, дві з яких розташовані на гранях, що перпендикулярні вектору поляризації Р, а дві розташовані 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, two of which are located on the edges , which are perpendicular to the polarization vector P, and two are located on the faces parallel 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 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 дві пари пе) електродів розташовані на гранях, які паралельні вектору поляризації Р, а дві пари електродів розташовані на гранях, які перпендикулярні вектору поляризації Р, перший та другий електроди, які розташовані на одній з граней, що паралельні вектору поляризації Р, під'єднані до виходу та входу підсилювача напруги, а електроди, що розташовані на протилежній грані і є проекціями першого та другого електродів, підключені до загального о проводу схеми, третій та четвертий електроди, які розташовані на одній з граней, що перпендикулярні вектору ча поляризації Р, під'єднані до входу та виходу підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р. вThe 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 four pairs of electrodes, and two pairs of pe) electrodes are located on faces that are parallel to the polarization vector P, and two pairs of electrodes are located on faces that are perpendicular to the polarization vector P, the first and second electrodes that are located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P are connected to the output and input of the voltage amplifier, and the electrodes that are located on the opposite face and are projections of the first and the second electrodes, connected to the common wire of the circuit, the third and fourth electrodes, which are located on one of the faces perpendicular to the vector of polarization P, are connected to the input and output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element in parallel 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 кресленнями, де: на Фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується.A useful model is explained by the drawings, where: in Fig. the electrical diagram of the proposed converter is shown.

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів « 2-27, 8-37, 4-47, 5Б-Б/, пари 2-2, 3-3/ розташовані паралельно вектору поляризації Р, а пари 4-47, 5-5/ - З 70 перпендикулярно вектору поляризації Р, та узгоджувальні підсилювачі заряду б та напруги 7. Електроди 2 та З с під'єднані до виходу та входу підсилювача напруги 7, електроди 4 та 5 під'єднані до входу та виходу :з» підсилювача заряду 6, а електроди 27 та 3' підключені до загального проводу схеми. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелементу паралельно вектору поляризації Р.The transducer contains piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes "2-27, 8-37, 4-47, 5B-B/, pairs 2-2, 3-3/ are located parallel to the polarization vector P, and pairs 4 -47, 5-5/ - C 70 is perpendicular to the polarization vector P, and matching amplifiers of charge b and voltage 7. Electrodes 2 and C c are connected to the output and input of the voltage amplifier 7, electrodes 4 and 5 are connected to the input and output :z" of the charge amplifier 6, and the electrodes 27 and 3' 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 З та 4 з'являється електричний заряд та електрична напруга. Заряд підсилюється підсилювачем 6 та подається на електрод 5, а напруга підсилюється корегуючим -й підсилювачем 7 та подається на електрод 2, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патенти України - Мо34316А та 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М.Шарапова. -Черкассь!: ЧГТУ, 2004. -і -435с.|. «сю 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 the 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 correcting amplifier 7 and applied to the electrode 2, creating two feedback circuits. patents of Ukraine - Мо34316А and 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / V.M. Sharapov and others // Edited by V. M. Sharapova. - Cherkassy!: ChGTU, 2004. - and -435 p.|. "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 measurement accuracy.

Приклад конкретного використання.An example of a specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 Х1О0Х4Омм.In this particular case, a piezo element made of piezoceramic TsTO-19 with a size of 10 x 1 x 0 x 4 ohms was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х10 мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на с мікросхемі К140УДВ.The electrodes on the 10x10 mm piezoelectric element are arranged as shown in fig. The amplifiers are assembled on the K140UDV microcircuit.

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгцеІ 8 Кіег" і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гц з прискоренням Ід. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до бо температури 500-320. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється.The transducer was installed on a vibrostand 4805 of the company "VgceI 8 Kieg" and was exposed to vibration at a frequency of 100 Hz with an acceleration of Id. Then the converter was heated to a temperature of 500-320 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.

Результати вимірів: - прототип: 5-2,1 90; - перетворювач, що заявляється: 5-1,2 9б. б5Measurement results: - prototype: 5-2.1 90; - declared converter: 5-1.2 9b. b5

Claims

Formula of the invention Piezoelectric converter of mechanical quantities, containing a piezo 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 two pairs of electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector P, and two pairs of electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the first and second electrodes, which are located on one of the faces that are parallel to the polarization vector P, are connected with the output and input of the voltage amplifier, and 70 electrodes, which are located on the opposite face and are projections of the first and second electrodes, are connected to the common wire of the circuit, the third and fourth electrodes, which are located on one of the faces that are perpendicular to the polarization vector P, with are connected to the input and output of the charge amplifier, and the force vector EE is applied to the piezo element in parallel in of the polarization vector R. that 2 (ze) y y «- y

- and? - - -and -and this" 60 b5