UA12923U

UA12923U - Piezoelectric mechanical-electric transducer

Info

Publication number: UA12923U
Application number: UAU200505789U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Serhii Viktorovych Rotte; 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, a matching voltage amplifier, and a matching charge amplifier. The electrodes are arranged at the sides of the piezoelectric element that are parallel to the polarization vector. One of the electrodes that are arranged at one of the sides of the piezoelectric element is connected to the output of the voltage amplifier, the second electrode is connected to the input of the voltage amplifier, the third electrode is connected to the input of the charge amplifier, and the fourth electrode is connected to the output of the charge amplifier. The electrodes that are arranged at the opposite side and designed as the projections of the first and the second 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 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'єзоелементу у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів, які розташовані на гранях, що перпендикулярні 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 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 charge amplifier and the other a voltage amplifier, using a piezoelectric element in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes located on the faces that perpendicular to the polarization vector P, the electrodes are connected to matching charge and voltage amplifiers in such a way that two feedback links are formed, while the force vector E is perpendicular 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 п'єзоелемент виконаний у вигляді прямокутного паралелепіпеда з чотирма парами електродів, причому електроди розташовані на гранях, які паралельні вектору поляризації Р, перший з електродів, які розташовані в на одній з граней п'єзоелементу, під'єднаний до виходу підсилювача напруги, другий електрод під'єднаний до входу підсилювача напруги, третій електрод під'єднаний до входу підсилювача заряду, четвертий електрод під'єднаний до виходу підсилювача заряду, причому електроди, які розташовані на протилежній грані і є проекціями першого та другого електродів, підключені до загального проводу схеми, а вектор сили ЕЕ о прикладений до п'єзоелементу перпендикулярно вектору поляризації Р. сThe proposed 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, and the electrodes are located on faces that are parallel to the polarization vector P, the first of the electrodes, which are located in one from the faces of the piezo element, connected to the output of the voltage amplifier, the second electrode is connected to the input of the voltage amplifier, the third electrode is connected to the input of the charge amplifier, the fourth electrode is connected to the output of the charge amplifier, and the electrodes located on opposite face and are the projections of the first and second electrodes connected to the common wire of the circuit, and the force vector EE o is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector P. c

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

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

Корисна модель пояснюється кресленнями, де:A useful model is explained by drawings, where:

Зо - на фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується. --Zo - 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, 3-37, 4-4/, 5-5, які розташовані перпендикулярно вектору поляризації Р, та узгоджувальні підсилювачі заряду 6 та напруги 7. Електроди 2 та З під'єднані до виходу та входу підсилювача напруги 7, електроди 4 та 5 « 20 під'єднані до входу та виходу підсилювача заряду 6, а електроди 2! та 3! підключені до загального проводу -о схеми. Вектор сили ЕЕ (механічної величини) прикладений до п'єзоелементу перпендикулярно вектору с поляризації Р. :з» Перетворювач працює наступним чином.The transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with four pairs of electrodes 2-27, 3-37, 4-4/, 5-5, which are located perpendicular to the polarization vector P, and matching charge amplifiers 6 and voltage 7. Electrodes 2 and Z are connected to the output and input of the voltage amplifier 7, electrodes 4 and 5 « 20 are connected to the input and output of the charge amplifier 6, and electrodes 2! and 3! connected to a common wire - o circuit. The force vector EE (mechanical quantity) is applied to the piezo element perpendicular to the vector of polarization R. :z» The converter works as follows.

При приложенні до п'єзоелементу сили Е на електродах З та 4 з'являється електричний заряд та електрична 75 напруга. Заряд підсилюється підсилювачем 6 та подається на електрод 5, а напруга підсилюється корегуючим - 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 correcting amplifier 7 and applied to the electrode 2, creating two feedback circuits. patents of Ukraine

Мо34316А та 34317А, С0111/16, (з01Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические іме) преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М. Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. с - 435с.|.Mo34316A and 34317A, C0111/16, (z01R15/09, publ. 15.02.01, Bul. Moi, as well as Piezoelectric name) converters (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. // Ed. V.M. Sharapova. - Cherkassy!: ChGTU, 2004. p - 435 p.|.

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі, якість охвату зворотнім зв'язком краща, ніж для іме) одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання. «с» Приклад конкретного використанняDue to the fact that two amplifiers are used, the quality of feedback coverage is better than for a single amplifier, which leads to an increase in the accuracy of the measurement. "c" Example of specific use

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 1О0х1О0х4Омм.In this particular case, a piezo element made of piezoceramics ЦТО-19 with a size of 1О0х1О0х4 Омм was used.

Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ. | | | що | ЙThe electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit. | | | that | AND

Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "ВгцеІ 8 Кіег" і піддавався впливу вібрації на с частоті 100Гц 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 перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: во - прототип: 5-:2,190; - перетворювач, що заявляється: 5-1,31905.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 circuit of the prototype and according to the circuit of the claimed converter. Results of measurements: vo - prototype: 5-:2,190; - declared converter: 5-1.31905.

Claims

The formula of the invention b5

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 the electrodes are located on the faces that are parallel 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 output of the voltage amplifier, the second electrode is connected to the input of the voltage amplifier, the third electrode is connected to input of the charge amplifier, the fourth electrode is connected to the output of the charge amplifier, 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 perpendicular to the polarization vector P. what with Ge) se Ge) se yo

- a - ko (se) ko Fe bo b5