UA13496U

UA13496U - Electrical-to-mechanical transducer

Info

Publication number: UA13496U
Application number: UAU200505716U
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: 2006-04-17

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. The electrodes are arranged at the sides of the piezoelectric element that are 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 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, 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 узгоджувальних підсилювачі |див. Патент України Мо34317 А, (3011 1/16, (з01Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої11.A 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, (z01R 15/09, publ. 15.02.01, Bul. Moi 11.

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 трьома парами електродів, які 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 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 three pairs of electrodes located on the faces that 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 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 трьома парами електродів, причому електроди розташовані на гранях, які паралельні вектору поляризації Р, електроди, які розташовані на одній з в граней п'єзоелементу, під'єднані до входу та виходу підсилювача напруги та до входу підсилювача заряду, а електроди на протилежній грані підключені до загального проводу схеми та до виходу підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелементу перпендикулярно вектору поляризації Р.The 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 three pairs of electrodes, and the electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector P, the electrodes that are located on one of the faces of the piezo element, connected to the input and output of the voltage amplifier and to the input of the charge amplifier, and the electrodes on the opposite side are connected to the common wire of the circuit and to the output of the charge amplifier, and 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 ке, результату. Ге»)Each of the indicated distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical result. Ge")

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

Корисна модель пояснюється кресленням, де: М - на Фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується. соA useful model is explained by the drawing, where: M - in Fig. the electrical diagram of the proposed converter is shown. co

Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді прямокутного паралелепіпеда з трьома парами електродів 2-27, 3-3, 4-4", які розташовані паралельно вектору поляризації Р, та узгоджувальні підсилювачі заряду 5 та - напруги 6. Електроди 2 та 2! під'єднані до входу та виходу підсилювача заряду 5, електроди З та 4 під'єднані до входу та виходу підсилювача напруги 6, а електроди 3 та 4/ підключені до загального проводу схеми. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелементу перпендикулярно вектору поляризації Р. «The transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes 2-27, 3-3, 4-4", which are located parallel to the polarization vector P, and matching charge amplifiers 5 and - voltage 6. Electrodes 2 and 2! under are connected to the input and output of the charge amplifier 5, electrodes C and 4 are connected to the input and output of the voltage amplifier 6, and electrodes 3 and 4/ are connected to the common wire of the circuit. The force vector E (a mechanical quantity) is applied to the piezo element perpendicularly polarization vector R. «

Перетворювач працює наступним чином. 2 с При приложенні до п'єзоелементу сили Е на електродах 2 та З з'являється електричний заряд та електрична й напруга. Заряд підсилюється підсилювачем 5 та подається на електрод 2", а напруга підсилюється корегуючим "» підсилювачем 6 та подається на електрод 4, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патенти УкраїниThe converter works as follows. 2 s When force E is applied to the piezo element, an electric charge and an electric voltage appear on electrodes 2 and З. The charge is amplified by the amplifier 5 and supplied to the electrode 2", and the voltage is amplified by the correcting "» amplifier 6 and supplied to the electrode 4, creating two feedback circuits | see patents of Ukraine

Мо34316 А та 34317 А, (с0111/16, СО01Р15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мої, а також Пьезозлектрические преобразователи (Справочное пособие) /Шарапов В.М. и др. //Под ред. В.М. Шарапова. -Черкассь!: ЧГТУ, 2004. - -4356.|.Мо34316 А and 34317 А, (с0111/16, СО01Р15/09, publ. 15.02.01, Byul. Moi, as well as Piezoelectric transducers (Reference manual) / V. M. Sharapov and others // Edited by V. M. Sharapova. - Cherkasy!: ChGTU, 2004. - -4356.|.

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі, якість охвату зворотним зв'язком краща, ніж для о одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання. ї» Приклад конкретного використання.Due 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. Example of specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 10 х1Ох4Омм. шо Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на 4) мікросхемі К140УДВ8.In this particular case, a piezo element made of piezoceramics TsTO-19 with a size of 10 x 1 x 4 ohms was used. The electrodes on the 10x100mm piezoelectric element are arranged as shown in Fig. Amplifiers are assembled on 4) microcircuit K140UDV8.

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 с перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: 5-:2,190; - перетворювач, що заявляється: 5-1,48905.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 prototype scheme and according to the scheme of the proposed converter. Measurement results: - prototype: 5-:2,190; - declared converter: 5-1.48905.

Claims

The formula of the invention

Piezoelectric transducer of mechanical quantities, containing a piezoelectric element with electrodes and two matching amplifiers, one of which is a charge amplifier, and the other is a voltage amplifier, which differs in that the piezoelectric element is made in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes, and the electrodes are located on the faces that are parallel to the polarization vector, the electrodes that are located on one of the faces of the piezo element are connected to the input and output of the voltage amplifier and to the input of the charge amplifier, and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit and to output of the charge amplifier, and the force vector is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector. 7170 so Te) z0 F « so h: -

with . » shk d) s» so 00 F s 60 65 -5B-