UA12909U

UA12909U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA12909U
Application number: UAU200505751U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Tetiana Yuriivna Kysil; Olena Valeriivna Sharapova
Original assignee: Cherkasy State Tech Univ; Valerii Mykhailovych Sharapov
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-03-15

Abstract

The proposed piezoelectric mechanical-electric transducer contains a piezoelectric element shaped as a parallelepiped with four pairs of electrodes and two matching voltage amplifiers. The electrodes of each pair of the electrodes are arranged at the opposite sides of the piezoelectric element. The output of the first amplifier that is used as the output amplifier of the transducer is connected to the electrode that is arranged at the side of the piezoelectric element that is perpendicular to the polarization vector. The input of the firs amplifier, the input and the output of the second amplifier are connected to the electrodes that are arranged at the side that is parallel to the polarization vector. The remaining electrodes are connected to the common point of the transducer circuit. The force applied to the piezoelectric element is 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 Мо34316 А, 5011 1/16, З01Р15/09, опубл.15.02.01, Бюл. Мо11.of Ukraine Mo34316 A, 5011 1/16, З01Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. 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, (301Р 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, (301Р 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 напруги, використання п'єзоелемента у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів, їх розміщення, підключення та урахування напряму векторів поляризації та прикладеної сили РЕ.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 voltage amplifiers, using a piezoelectric element in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, their placement, connection and taking into account the direction of the polarization vectors and the applied PE force.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що заявляється, містить п'єзоелемент з електродами тадва узгоджувальних підсилювачі.The claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities contains a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers.

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що заявляється, відрізняється від прототипу тим, що п'єзоелемент виконаний у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів, кожна з яких розташована на протилежних гранях п'єзоелемента, у згоджувальні підсилювачі виконані у вигляді підсилювачів напруги, причому вихід вихідного підсилювача під'єднаний до електрода, що розташований на грані, 29 перпендикулярній вектору поляризації, а вхід вихідного підсилювача та вхід і вихід додаткового підсилювача в під'єднані до електродів, що розташовані на грані, паралельній вектору поляризації, а інші електроди під'єднані до загального проводу схеми, вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р.The claimed piezoelectric transducer of mechanical quantities differs from the prototype in that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, each of which is located on opposite faces of the piezoelectric element, and the matching amplifiers are made in the form of voltage amplifiers, and the output of the output amplifier is connected to the electrode located on the face 29 perpendicular to the polarization vector, and the input of the output amplifier and the input and output of the additional amplifier are connected to the electrodes located on the face parallel to the polarization vector, and the other electrodes are connected connected to the common wire of the circuit, the force vector E is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P.

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного Ме. результату. Га»)Each of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve technical Me. result Ha")

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

Корисна модель пояснюється кресленнями, де: о - на Фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується. ГаA useful model is explained by drawings, where: o - in Fig. the electrical diagram of the proposed converter is shown. Ha

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів, електроди 2-27, 4-47, 5-Б розташовані паралельно до вектору поляризації Р, а електроди 3-3! - перпендикулярно - до вектору поляризації та два узгоджувальних підсилювачі напруги 6 та 7, входи та виходи яких підключені до електродів 2-3 та 4-5, а загальний провід до електродів 27, З, 4! та 5, Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно вектору поляризації Р. « 20 Перетворювач працює наступним чином. -вThe transducer contains piezoelectric element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, electrodes 2-27, 4-47, 5-B are located parallel to the polarization vector P, and electrodes 3-3! - perpendicular - to the polarization vector and two matching voltage amplifiers 6 and 7, the inputs and outputs of which are connected to electrodes 2-3 and 4-5, and the common wire to electrodes 27, Z, 4! and 5, The force vector E (mechanical quantity) is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P. " 20 The converter works as follows. -in

При приложенні до п'єзоелементу сили Е на електродах 2 та 4 з'являється електричний заряд та електрична с напруга. Напруга підсилюється підсилювачами 6 та 7, та подається на електроди З та 5, створюючи два ланцюги :з» зворотного зв'язку |див. патенти України Мо34316 А та 34317 А, 50111/16, С0О1Р15/09, опубл.15.02.01, Бюл. Мо1, а також Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособиє) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М. 415 Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. - 435с.|. - 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. іме) Приклад конкретного використання. со У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 1О0х1О0х4Омм.When force E is applied to the piezoelectric element, an electric charge and an electric voltage C appear on electrodes 2 and 4. The voltage is amplified by amplifiers 6 and 7, and applied to electrodes Z and 5, creating two feedback circuits: z» | see. patents of Ukraine Мо34316 А and 34317 А, 50111/16, С0О1Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Mo1, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. // Ed. V.M. 415 Sharapova. - Cherkasy!: ChGTU, 2004. - 435 p.|. - 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. name) An example of specific use. co. In this particular case, a piezo element made of piezoceramics TsTO-19 with a size of 1О0х1О0х4Ωm was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на («в») мікросхемі К140УДВ. 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 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою в перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: прототип: 5-2,190; с перетворювач що заявляється: 5-1,5190.The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in Fig. The amplifiers are assembled on ("in") the K140UDV 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 50-32C 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; with the declared converter: 5-1.5190.

Claims

The formula of the invention

60

Piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezo element with electrodes and two matching amplifiers, which is distinguished by the fact that the piezo element is made in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes, each of which is located on opposite faces of the piezo element,

65 matching amplifiers are made in the form of voltage amplifiers, and the output of the output amplifier is connected to the electrode located on the face perpendicular to the polarization vector, and the input of the output amplifier and the input and output of the additional amplifier are connected to the electrodes located on the face parallel to polarization vector, and the other electrodes are connected to the common wire of the circuit, the force vector EE is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P. - (о) «в) (о) с h- -

with . and? - ime) se) Ge Sho iChe) s 60 b5