UA12407U

UA12407U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA12407U
Application number: UAU200505654U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Saarhii Viktorovych Rottaa; Olena Valeriivna Sharapova
Original assignee: Cherkasy State Tech Univ; Valerii Mykhailovych Sharapov
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-02-15

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. Two pairs of the other electrodes are arranged at the sides of the parallelepiped that are perpendicular 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'єзоелемента 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 -о 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 перпендикулярні 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 в загального проводу схеми, третій та четвертий електроди, які розташовані на одній з граней, що паралельні Га») вектору поляризації Р, під'єднані до входу та виходу підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р. ЗThe 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 -o electrodes are located on the 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 perpendicular 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 parallel to the Ha») polarization vector P, are connected to the input and output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to p' isoelement parallel to the polarization vector R.Z

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного Га результату. 3о Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання. --Each of the indicated 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.The useful model is explained by the drawings, where: - the electrical diagram of the proposed converter is shown in Fig.

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів « 1-2, 3-3, 4-4, 5-5, пари 1-27, 3-3 розташовані перпендикулярно вектору поляризації Р, а пари 4-4, 5-5 З 40. паралельно 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 виходуThe transducer contains piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes "1-2, 3-3, 4-4, 5-5, pairs 1-27, 3-3 are located perpendicular to the polarization vector P, and pairs 4-4 , 5-5 Z 40. parallel to the polarization vector P, and matching amplifiers of charge b and voltage 7. Electrodes 2 and Z c are connected to the output and input of the voltage amplifier 7, electrodes 4 and 5 are connected to the input and output

Із» підсилювача заряду б, а електроди 2' та 3 підключені до загального проводу схеми. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р.From" of the charge amplifier b, and electrodes 2' 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.The converter works as follows.

При приложенні до п'єзоелемента 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 ка підсилювачем 7 та подається на електрод 2, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патенти УкраїниWhen 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 rectifying amplifier 7 and applied to the electrode 2, creating two feedback circuits |see. patents of Ukraine

Мо34316А та 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические шк преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М.Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004.Mo34316A and 34317A, C0111/16, (z01R15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric shk preobrazovately (Reference manual) / V.M. Sharapov and others // Edited by V.M. Sharapova - Cherkasy!: ChGTU, 2004.

ОО 0700 абс)OO 0700 abs)

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі, якість охвату зворотним зв'язком краща, ніж для т 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.An example of a specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 Х1О0Х4Омм. 99 Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг.Підсилювачі зібрані на с мікросхемі К140УДВ8.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. 99 The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are located as shown in Fig. The amplifiers are assembled on the K140UDV8 microcircuit.

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгцеІ 8 Кіег" і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гуц з прискоренням 19. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50-32. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою 60 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 19. Then the transducer 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 60 of the proposed converter.

Результати вимірів: - прототип: 5. -2,1905; - перетворювач, що заявляється: б5Measurement results: - prototype: 5. -2.1905; - declared converter: 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 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, which are located on one of the faces that are perpendicular to the polarization vector P, are connected with the output and input of the voltage amplifier, and the electrodes 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 parallel to the polarization vector P, are connected with the input and output of the charge amplifier, and the force vector EE is applied to the piezo element in parallel with the vector oru of polarization R. that 2 in "c) " s e

- and? - name) sh" ("c) that 60 b5