UA11776U

UA11776U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA11776U
Application number: UAU200505646U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Ruslana Volodymyr Trembovetska; Larysa Heorhiivna Kunytska
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. 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 узгоджуючі 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. 10 Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент з електродами та два узгоджуючі підсилювачі |див. Патент України Мо34317 А, (3011 1/16, С0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо11.The disadvantage of this converter is the relatively low measurement accuracy. 10 A well-known piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers | see Patent of Ukraine Mo34317 A, (3011 1/16, С0О1Р15/09, publ. 02.15.01, Bull. Mo11.

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

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 узгоджуючих підсилювачів, один з яких є підсилювач напруги, а інший - підсилювач заряду, використання п'єзоелемента у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, які розташовані на гранях, що перпендикулярні до вектора поляризації Р та підключені до узгоджуючих підсилювачів таким чином, щоб утворювалося дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор сили 20 є 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 voltage amplifier, and the other is a charge amplifier, using a piezoelectric element in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes located on the edges , which are perpendicular to the polarization vector P and are connected to matching amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector 20 is parallel to the polarization vector P.

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

Пропонований перетворювач відрізняється від прототипу тим, що п'єзоелемент виконаний у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, причому по три електроди розташовані на гранях, які 25 перпендикулярні до вектора поляризації Р, електроди, що розташовані на одній з граней п'єзоелемента в підключені до входу та виходу підсилювача напруги та входу підсилювача заряду, а електроди, що розташовані на протилежній грані п'єзоелемента, підключені до загального проводу схеми та виходу підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р.The proposed converter differs from the prototype in that the piezo element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and three electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the electrodes located on one of the faces of the piezo element in the connected to the input and output of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier, and the electrodes located on the opposite face of the piezo element are connected to the common wire of the circuit and the output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного ке, 30 результату. чаEach of the indicated distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result. Cha

Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання.The technical result of a useful model is an increase in measurement accuracy.

Корисно модель пояснюється кресленнями, де: - - на фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується. «--The model is usefully explained by drawings, 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 35 2-2, 3-3, 4-4, які розташовані перпендикулярно до вектора поляризації Р, та узгоджуючий підсилювач напруги -- і узгоджуючий підсилювач заряду 6. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 2, 4, виходи підключені до електродів З та 4 а загальний провід до електродів 27, 3. Вектор сили ЕЕ (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р. «The converter contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes 35 2-2, 3-3, 4-4, which are located perpendicular to the polarization vector P, and a matching voltage amplifier -- and a matching charge amplifier 6. Inputs of the matching amplifiers are connected to electrodes 2, 4, the outputs are connected to electrodes Z and 4, and the common wire to electrodes 27, 3. The force vector EE (mechanical quantity) is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином. З 50 При дії на п'єзоелемент 1 сили Е на електродах 2 та 4 з'являється електричний заряд та електрична с напруга. Напруга з електрода 2 подається на підсилювач напруги 5, а заряд з електрода 4 подається наThe converter works as follows. With 50 When the force E acts on the piezo element 1, an electric charge and an electric voltage c appear on the electrodes 2 and 4. The voltage from electrode 2 is supplied to voltage amplifier 5, and the charge from electrode 4 is supplied to

Із» підсилювач заряду 6. Підсилена напруга з виходу підсилювача 5 подається на електрод 3, а напруга з виходу підсилювача 6 подається відповідно на електрод 4", створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патентиFrom" the charge amplifier 6. The amplified voltage from the output of the amplifier 5 is supplied to the electrode 3, and the voltage from the output of the amplifier 6 is supplied, respectively, to the electrode 4", creating two feedback circuits | see patents

України Мо34316 А та 34317 А, (3011 1/16, 501Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо1, а також Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М. Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. - - 43Бс. - В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі підключені таким чином, щоб утворювалось дві ланки зворотного зв'язку, якість обхвату зворотним зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до і підвищення точності вимірювання. -І 20 Приклад конкретного використання.of Ukraine Mo34316 А and 34317 А, (3011 1/16, 501Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Mo1, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / V. M. Sharapov and others // Edited by V .M. Sharapova. - Cherkassy!: ChGTU, 2004. - - 43Bs. - In connection with the fact that two amplifiers are used and connected in such a way that two feedback links are formed, the quality of feedback coverage is better, than for one amplifier, leading to and increase in measurement accuracy.-I 20 Example of specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 1О0х1О0х4Омм. щи Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ.In this particular case, a piezo element made of piezoceramics ЦТО-19 with a size of 1О0х1О0х4 Омм was used. The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are located 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 29 частоті 100Гц з прискоренням 19. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до с температури 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-2,190; во - перетворювач, що заявляється: 5-1,390.The transducer was installed on a vibration stand 4805 of the company "VgOe! 5 Kieg" and was exposed 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; in - the declared converter: 5-1,390.

Claims

The formula of the invention

Piezoelectric converter of mechanical quantities, containing a piezo element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a voltage amplifier, and the second is a charge 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 three electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the electrodes located on one of the faces of the piezo element are connected to the input and output of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier, and the electrodes located on the opposite face of the piezo element , connected to the common wire of the circuit and the output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P. z z (Ce) y y "- "-

- and? - - -and -and 4) because b5