UA12918U

UA12918U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA12918U
Application number: UAU200505781U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Ruslana Volodymyr Trembovetska
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 three pairs of electrodes, a matching voltage amplifier, and a matching charge amplifier. Two pairs of the electrodes are arranged at the sides of the piezoelectric element that are parallel to the polarization vector. The third pair of the electrodes is arranged at the sides of the piezoelectric element that are perpendicular to the polarization vector. The electrodes that are arranged at one of the sides that are parallel to the polarization vector are connected to the input of the voltage amplifier and the input of the charge amplifier. The electrodes that are arranged at the opposite side are connected to the common point of the transducer circuit and the output ofthe charge amplifier. One of the electrodes that are arranged at the side that is perpendicular to the polarization vector is connected to the output of the voltage amplifier, and the electrode that is arranged at the opposite side is connected to the common point of the transducer circuit. 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 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 узгоджуючі підсилювачі |див. Патент України Мо34317А, (3011 1/16, З0О1Р15/09, 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 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 узгоджуючих підсилювачів, один з яких є підсилювач напруги, а інший - підсилювач заряду, використання п'єзоелемента у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, дві пари електродів розташовані на гранях, що паралельні до вектора поляризації Р, а третя пара електродів розташована 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 ЕЕ 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, two pairs of electrodes are located on the faces parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces perpendicular to the polarization vector P and connected to matching amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector EE is parallel to the polarization vector R.

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 29 прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів, причому дві пари електродів розташовані на гранях, пт») які паралельні до вектора поляризації Р, а третя пара електродів розташована на гранях, які перпендикулярні до вектора поляризації Р, до електродів, що паралельні вектору поляризації Р і розташовані на одній грані п'єзоелемента підключені входи підсилювача напруги та підсилювача заряду, а електроди на протилежній грані підключені до загального проводу схеми та виходу підсилювача заряду, до одного з електродів, що со 30 розташований на грані перпендикулярно вектору поляризації Р, підключений вихід підсилювача напруги, а «- електрод на протилежній грані підключений до загального проводу схеми, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р. оThe proposed converter differs from the prototype in that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped 29 with three pairs of electrodes, and two pairs of electrodes are located on the faces, pt") that are parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, to the electrodes parallel to the polarization vector P and located on one face of the piezo element, the inputs of the voltage amplifier and the charge amplifier are connected, and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit and the output of the charge amplifier, to one of the electrodes that so 30 is located on the face perpendicular to the polarization vector P, the output of the voltage amplifier is connected, and "- the electrode on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P. o

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.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 трьома парами електродів « 2-2, 3-3, 4-47 та узгоджуючий підсилювач напруги 5 і узгоджуючий підсилювач заряду 6. Електроди 2-2, 4-4 З 50 розташовані паралельно до вектора поляризації Р, а електроди 3-37, розташовані перпендикулярно до вектора с поляризації Р. Входи узгоджуючих підсилювачів підключені до електродів 2, 4, виходи підключені доThe transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes "2-2, 3-3, 4-47" and a matching voltage amplifier 5 and a matching charge amplifier 6. Electrodes 2-2, 4-4 Z 50 are located parallel to polarization vector P, and electrodes 3-37 are located perpendicular to the vector c of polarization P. The inputs of the matching amplifiers are connected to electrodes 2, 4, the outputs are connected to

Із» електродів З та 4, а загальний провід до електродів 2, 3. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента паралельно вектору поляризації Р.From" electrodes Z and 4, and the common wire to electrodes 2, 3. The force vector E (mechanical quantity) is applied to the piezo element parallel to the polarization vector P.

Перетворювач працює наступним чином. 45 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 5, а заряд з електрода 4" подається на ка 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. патенти ее, України Мо34316А та 34317А, (30111/16, Б0О1Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл.Мої, а також Пьезозлектрические -к 70 преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М. Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. - 435с.|. со В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі підключені таким чином, щоб утворювалось дві ланки зворотного зв'язку, якість охвату зворотнім зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання.The converter works as follows. 45 When the force E acts on the piezo element 1, an electric charge and an electric voltage appear on the electrodes 2' and 4". The voltage from the electrode 2 is supplied to the voltage amplifier 5, and the charge from the electrode 4" is supplied to the charge amplifier 6. The amplified voltage from the output of the amplifier 5 is applied to the electrode 3, and the voltage from the output of the amplifier 6 is applied, respectively, to the electrode 4, creating two feedback circuits. patents ee, Ukraine Mo34316A and 34317A, (30111/16, B0O1R15/09, publ. 15.02.01, Byul.Moi, as well as Piezoelectric -k 70 converters (Reference manual) / V.M. Sharapov and others // Sub edited by V. M. Sharapova - Cherkassy: ChGTU, 2004. - 435 p.| is significantly better than for one amplifier, which leads to an increase in measurement accuracy.

Приклад конкретного використання с У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 х1Ох4Омм.Example of specific use c In a specific case, a piezo element made of piezoceramic TsTO-19 with a size of 10 x 1 x 4 Ohm was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ.The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged 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 60 частоті 100Гуц з прискоренням 19. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-2,190; 65 - перетворювач що заявляється: 5-1,29905.The transducer was installed on a vibration stand 4805 of the company "VgOe! 5 Kieg" and was exposed to vibration at a frequency of 60 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; 65 - declared converter: 5-1.29905.

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 electrodes, and two pairs of electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are perpendicular to the polarization vector P, to the electrodes that are parallel to the polarization vector P and are located on one face of the piezo element, the amplifier inputs are connected voltage and charge amplifier, and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit and the output of the charge amplifier, to one of the electrodes located on the face perpendicular to the polarization vector P, the output of the voltage amplifier is connected, and the electrode on the opposite face is connected to the common wire of the circuit, and the force vector E is applied to the piezo element parallel to the polarization vector R. z z (ee) «- (о) с є

- and? - ime) se) - 70 IR e) 60 b5