UA11781U

UA11781U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA11781U
Application number: UAU200505660U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Ruslana Volodymyr Trembovetska; Iya Borysivna Chudaieva
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. The electrodes are arranged at the sides of the parallelepiped that are perpendicular to the polarization vector. The force applied to thepiezoelectric 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.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 узгоджуючі підсилювачі |див. Патент України Мо34317 А, (3011 1/16, С0О1Р15/09, 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 Mo34317 A, (3011 1/16, С0О1Р15/09, 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 узгоджуючих підсилювачів, один з яких є підсилювач напруги, а інший - підсилювач заряду, використання п'єзоелемента у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма 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 є перпендикулярний 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 four 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 is perpendicular 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 чотирма парами електродів, причому електроди розташовані на гранях, які перпендикулярні до вектора поляризації Р, перший з електродів, які розташовані на одній з граней в п'єзоелемента, під'єднаний до входу підсилювача напруги, другий електрод під'єднаний до виходу підсилювача напруги, третій та четвертий електроди під'єднані до входу та виходу підсилювача заряду відповідно, а електроди, які розташовані на протилежній грані і є проекціями першого та другого електродів, підключені до загального проводу схеми, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації (7 р. соThe proposed converter differs from the prototype in that the piezo element is made in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, and the electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the first of the electrodes, which are located on one of the faces of the piezo element, under is connected to the input of the voltage amplifier, the second electrode is connected to the output of the voltage amplifier, the third and fourth electrodes are connected to the input and output of the charge amplifier, respectively, and the electrodes, which are located on the opposite face and are projections of the first and second electrodes, are connected to of the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector (7 r. so

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату. -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 молель пояснюється кресленнями, де:The useful mole is explained by the drawings, where:

Зо - на Фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується. --From - 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, 3-3/, 4-47, 5-5/ які розташовані перпендикулярно до вектора поляризації Р, та узгоджуючий підсилювач напруги 6 і узгоджуючий підсилювач заряду 7. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 2, 4, « 20 виходи підключені до електродів З та 5, а загальний провід до електродів 27, 3. Вектор сили Е (механічної -о величини) прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р. с Перетворювач працює наступним чином. :з» При дії на п'єзоелемент 1 сили Е на електродах 2 та 4 з'являється електричний заряд та електрична напруга. Напруга з електрода 2 подається на підсилювач напруги б, а заряд з електрода 4 подається на 415 підсилювач заряду 7. Підсилена напруга з виходу підсилювача б подається на електрод 3, а напруга з виходу - підсилювача 7 подається відповідно на електрод 5, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патентиThe transducer contains a piezoelectric element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes 2-27, 3-3/, 4-47, 5-5/ which are located perpendicular to the polarization vector P, and a matching voltage amplifier 6 and a matching charge amplifier 7. The inputs of the matching amplifiers are connected to electrodes 2, 4, « 20, the outputs are connected to electrodes Z and 5, and the common wire to electrodes 27, 3. The force vector E (a mechanical magnitude) is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P. c Converter works as follows. :z» When force E acts on piezo element 1, an electric charge and electric voltage appear on electrodes 2 and 4. The voltage from electrode 2 is supplied to voltage amplifier b, and the charge from electrode 4 is supplied to 415 charge amplifier 7. The amplified voltage from the output of amplifier b is supplied to electrode 3, and the voltage from the output of amplifier 7 is supplied, respectively, to electrode 5, creating two feedback circuits communication | see patents

України Мо34316А та 34317А, 50111/16, СО1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические -й преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М.Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. -1 -435с.|.of Ukraine Mo34316A and 34317A, 50111/16, СО1Р15/09, publ. 15.02.01, Bul. My, as well as Piezoelectric - and preobrazovately (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. // Ed. V. M. Sharapova. - Cherkasy!: ChGTU, 2004. -1 -435 p.|.

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі підключені таким чином, щоб утворювалось дві ланки со зворотного зв'язку, якість обхвату зворотним зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до ще підвищення точності вимірювання.Due to the fact that two amplifiers are used, connected in such a way that two feedback loops are formed, the quality of the feedback loop is better than for a single amplifier, which leads to an even higher measurement accuracy.

Приклад конкретного використання.An example of a specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10х10х40 мм.In this particular case, a 10x10x40 mm piezo element made of ЦТО-19 piezoceramics was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ. с 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 температури 50-32. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою бор перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-2,190; - перетворювач, що заявляється: 5-1,39905.The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit. c 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 50-32 with the help of a special heater. The relative error 5 was measured for the converter according to the prototype scheme and according to the scheme of the proposed converter. Measurement results: - prototype: 5-2,190; - declared converter: 5-1.39905.

Claims

The formula of the invention b5

Piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric 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 four pairs of electrodes, and the electrodes are located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, the first of the electrodes, which are located on one of the faces of the piezo element, is connected to the input of the voltage amplifier, the second electrode is connected to the output of the voltage amplifier, the third and fourth electrodes are are connected to the input and output of the charge amplifier, respectively, and the 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, and the force vector E is applied to the piezo element 7/0 perpendicular to the polarization vector P. z z "- (ee) in "- yo

- and? - - -and (ee) - 60 b5