UA13500U

UA13500U - Electrical-to-mechanical transducer

Info

Publication number: UA13500U
Application number: UAU200505724U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Maksym Pavlovych Musiienko; Ruslana Volodymyr Trembovetska; Iya Borysivna Chudaieva
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. Two pairs of the electrodes are arranged at the sides of the piezoelectric element that are perpendicular to the polarization vector. The third pair of the electrodes is arranged at the sides 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 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 Мо34316 А, 011. 1/16, СО1Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо11.of Ukraine Mo34316 A, 011. 1/16, СО1Р 15/09, 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 Мо34317 А, 011 1/16, (з0О1Р. 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 Mo34317 A, 011 1/16, (z0O1R. 15/09, publ. 15.02.01, Bull. Mo11.

Вказаний перетворювач найбільше близький по технічній сутності до того, який заявляється, і вибраний у 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 перпендикулярні до вектора поляризації Р, а третя пара електродів розташована на гранях, що паралельні до вектора поляризації Р, та підключені до узгоджуючих підсилювачів таким чином, щоб утворювалося дві ланки зворотного зв'язку, при цьому вектор сили ЕЕ 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 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 perpendicular to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces parallel to the polarization vector P, and connected to the matching amplifiers in such a way, so that two feedback links are formed, while the force vector EE is perpendicular to the polarization vector P.

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 перпендикулярні до вектора поляризації Р, а третя пара електродів розташована на гранях, які паралельні до вектора поляризації Р, до електродів, що перпендикулярні до вектора поляризації Р і розташовані на одній грані п'єзоелемента підключені вхід та вихід підсилювача напруги, а електроди на протилежній грані підключені до загального проводу схеми, до електродів, що розташовані на гранях паралельно вектору поляризації Р, о підключені вхід та вихід підсилювача заряду, а вектор сили Е прикладений до п'єзоелемента перпендикулярно ав вектору поляризації Р.The 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"), which are perpendicular to the polarization vector P, and the third pair of electrodes is located on the faces that are parallel to the polarization vector P, to the electrodes perpendicular to the polarization vector P and located on one face of the piezoelectric element, the input and output of the voltage amplifier are connected, and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit, to the electrodes located on the faces parallel to the polarization vector P, o are connected to the input and output of the charge amplifier, and the force vector E is applied to the piezo element perpendicularly to the polarization vector P.

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

Технічним результатом винаходу є підвищення точності вимірювання.The technical result of the invention is an increase in measurement accuracy.

Зо Корисна модель пояснюється кресленнями, де: -- на фіг. показана електрична схема перетворювача, що пропонується.A useful model is explained by 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, 4-4" та узгоджуючий підсилювач напруги 5 та узгоджуючий підсилювач заряду 6. Електроди 2-2", 3-3" « розташовані перпендикулярно до вектора поляризації Р, а електроди 4-4" розташовані паралельно до вектора З поляризації Р. Входи підключені до електродів 2, 4, виходи підключені до електродів З та 4, а загальний с провід до електродів 2", 3. Вектор сили Е (механічної величини) прикладений до п'єзоелемента перпендикулярноThe transducer contains a piezo element 1 in the form of a rectangular parallelepiped with three pairs of electrodes 2-2, 3-3, 4-4" and a matching voltage amplifier 5 and a matching charge amplifier 6. Electrodes 2-2", 3-3" " are located perpendicularly to the polarization vector P, and electrodes 4-4" are located parallel to the vector Z of polarization P. The inputs are connected to electrodes 2, 4, the outputs are connected to electrodes Z and 4, and the common c wire to electrodes 2", 3. Force vector E ( mechanical value) applied to the piezo element perpendicularly

Із» вектору поляризації Р.From" the polarization vector R.

Перетворювач працює наступним чином.The converter works as follows.

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 - підсилювач заряду 6. Підсилена напруга з виходу підсилювача 5 подається на електрод 3, а напруга з виходу оз підсилювача 6 подається відповідно на електрод 4", створюючи два ланцюги зворотного зв'язку |див. патентиWhen force E acts on piezo element 1, an electric charge and electric voltage appear on electrodes 2 and 4. The voltage from electrode 2 is fed to voltage amplifier 5, and the charge from electrode 4 is fed to - charge amplifier 6. The amplified voltage from the output of amplifier 5 is fed to electrode 3, and the voltage from the output of amplifier 6 is fed to electrode 4, respectively, creating two circuits feedback | see patents

України Мо34316 А та 34317А, 50111/16, СО1Р 15/09, опубл. 15.02.01, Бюл. Мо1, а також Пьезозлектрические і-й преобразователи (Справочное пособие) / Шарапов В.М. и др. // Под ред. В.М.Шарапова. - Черкассь!: ЧГТУ, 2004. о 70 -435с).of Ukraine Мо34316 А and 34317А, 50111/16, СО1Р 15/09, publ. 15.02.01, Bul. Mo1, as well as Piezoelectric and second transducers (Reference manual) / Sharapov V.M. etc. // Ed. V. M. Sharapova. - Cherkasy!: ChGTU, 2004. at 70 -435s).

В зв'язку з тим, що використовуються два підсилювачі підключені таким чином, щоб утворювалось дві ланки с зворотного зв'язку, якість обхвату зворотним зв'язком краща, ніж для одного підсилювача, що приводить до підвищення точності вимірювання.Due to the fact that two amplifiers are used, connected in such a way that two feedback links are formed, the quality of the feedback loop is better than for a single amplifier, which leads to an increase in the accuracy of the measurement.

Приклад конкретного використання. 29 У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТО-19 розміром 1О0х1О0х4Омм. с Електроди на п'єзоелементі розміром 10х1О0мм розташовані так, як показано на фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі КІ40УДВ.An example of a specific use. 29 In a specific case, a piezo element made of piezoceramic TsTO-19 with a size of 1О0х1О0х4Ом was used. c The electrodes on the 10x100 mm piezoelectric element are arranged as shown in fig. The amplifiers are assembled on the KI40UDV microcircuit.

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 60 температури 50-32С. Вимірювалася відносна похибка 5 для перетворювача за схемою прототипу та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: прототип: 5-2,1905; перетворювач, що заявляється: 5-1,36905. б5The 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: 5-2,1905; declared converter: 5-1.36905. b5

Claims

The formula of the invention

Piezoelectric converter of mechanical quantities, containing a piezoelectric 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 of electrodes, and two pairs of electrodes are located on faces that are perpendicular to the polarization vector, and the third pair of electrodes is located on faces that are parallel to the polarization vector, to electrodes that are perpendicular to the polarization vector and located on one face of the piezo element, the input and output of the voltage amplifier are connected , and the electrodes on the opposite face are connected to the common wire of the circuit, the input and output of the charge amplifier are connected to the electrodes located on 70 faces parallel to the polarization vector, and the force vector is applied to the piezo element perpendicular to the polarization vector. z z "c) "c) IF) (ze) yo

- and? - (95) 1 («c) (42) 60 b5