UA30143U

UA30143U - Piezoelectric transformer

Info

Publication number: UA30143U
Application number: UAU200712620U
Authority: UA
Inventors: Валерий Михайлович Шарапов; Андрей Владимирович Бублей; Юрий Александрович Кочкарев; Жанна Васильевна Сотула; Елена Валериевна Шарапова
Original assignee: Валерий Михайлович Шарапов
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2008-02-11

Abstract

A piezoelectric transformer includes a piezoelectric cell with two systems of electrodes, input and output conductors. Moreover, the piezoelectric cell is made as a disk, electrodes are located on side surfaces of the piezoelectric cell as a disk and two semirings, electrodes in the form of semiring being located on one surface, in the form of disk – on the another. Surface aria of each electrode is equal to aria of the other electrodes; diameter of the electrode in the form of disk is equal to inside diameter of electrodes in the form of semiring and equal to 0.707 of piezoelectric cell diameter, i.e. d=0.707doutput conductor is connected to the first electrode in the form of semiring, the common wire is connected to the electrode in the form of disk.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до п'єзоелектричних трансформаторів і може бути використана у радіоелектронній 2 апаратурі в якості трансформатора напруги або в інших областях.The useful model belongs to piezoelectric transformers and can be used in radio-electronic 2 equipment as a voltage transformer or in other areas.

Відомий п'єзоелектричний трансформатор, що містить п'єзоелемент з електродами, та вхідні та вихідні проводи див. Патент СРСР Мо453598, 1974, Бюл. Мо46). Цей п'єзоелектричний трансформатор використовується в якості датчика статичного тиску.A known piezoelectric transformer containing a piezoelectric element with electrodes and input and output wires see USSR patent Mo453598, 1974, Bull. Mo46). This piezoelectric transformer is used as a static pressure sensor.

Недоліком цього п'єзоелектричного трансформатора є нелінійність амплітудно-частотної характеристики 70 (АЧХ), що звужує його сферу використання.The disadvantage of this piezoelectric transformer is the non-linearity of the amplitude-frequency characteristic 70 (frequency response), which narrows its scope of use.

Відомий п'єзоелектричний трансформатор, що містить п'єзоелемент з електродами, та вхідні та вихідні проводи |див. Патент СРСР Мо815527, 1981, Бюл. Мо11). Цей п'єзоелектричний трансформатор також використовується в якості п'єзоелектричного датчика.A known piezoelectric transformer containing a piezoelectric element with electrodes and input and output wires | see USSR patent Mo815527, 1981, Bull. Mo11). This piezoelectric transformer is also used as a piezoelectric sensor.

Недоліком цього п'єзоелектричного трансформатора є нелінійність АЧХ, що звужує його сферу використання. 12 Відомий п'єзоелектричний трансформатор, що містить п'єзоелемент з електродами, вхідні та вихідні проводи див. Лавриненко В.В. Пьезозлектрические трансформаторь, - М.: Знергия, 1975: стр.27; табл.2, поперечно-поперечная схема).The disadvantage of this piezoelectric transformer is the non-linearity of frequency response, which narrows its scope of use. 12 A well-known piezoelectric transformer containing a piezoelectric element with electrodes, input and output wires, see Lavrynenko V.V. Piezoelectric transformer, - M.: Znergia, 1975: p. 27; Table 2, cross-sectional diagram).

Перший електрод першої системи електродів цього п'єзоелектричного трансформатора розташований над другим електродом першої системи, а перший електрод другої системи - відповідно над другим електродом другої системи.The first electrode of the first electrode system of this piezoelectric transformer is located above the second electrode of the first system, and the first electrode of the second system is respectively above the second electrode of the second system.

До першої системи електродів звичайно підключають генератор електричних коливань, а до другої - вимірюваний прилад.A generator of electrical oscillations is usually connected to the first system of electrodes, and to the second - a measuring device.

П'єзоелемент може бути виконаний у вигляді прямокутної пластини, диска, циліндра та іншої форми, а електроди відповідно у вигляді прямокутників, полудисків та кілець |див. Шарапов В.М. и др.The piezo element can be made in the form of a rectangular plate, disc, cylinder, and other shapes, and the electrodes, respectively, in the form of rectangles, half-discs, and rings | see Sharapov V.M. and others

Пьезозлектрические датчики. -М: Техносфера, 2006: стр.68, рис.2.9 и стр.85, рис.2.14). 2Piezoelectric sensors. - M: Technosfera, 2006: p. 68, fig. 2.9 and p. 85, fig. 2.14). 2

Вказаний п'єзоелектричний трансформатор найбільше близький по технічній сутності до того, що заявляється, і вибраний в якості прототипу.The specified piezoelectric transformer is closest in technical essence to what is claimed, and was chosen as a prototype.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення п'єзоелектричного трансформатора шляхом вибору форми та розположення електродів та схеми підключення електродів до вхідних та вихідних проводів о п'єзоелектричного трансформатора. «ІThe basis of the useful model is the task of improving the piezoelectric transformer by choosing the shape and location of the electrodes and the connection scheme of the electrodes to the input and output wires of the piezoelectric transformer. "AND

П'єзоелектричний трансформатор містить п'єзоелемент з електродами та вхідні та вихідні проводи.A piezoelectric transformer contains a piezoelectric element with electrodes and input and output wires.

Пропонований п'єзоелектричний трансформатор відрізняється від прототипу тим, що п'єзоелемент виконаний (87 у вигляді диска, а електроди виконані на торцевих поверхнях п'єзоелемента у вигляді диска та двох полукілець, (у причому електроди у вигляді полукілець знаходяться на одній торцевій поверхні, електрод у вигляді диска - на 3о другій, площа поверхні кожного електрода дорівнює площі інших електродів, а діаметр електрода у вигляді диска со дорівнює внутрішньому діаметру електродів у вигляді полукілець і дорівнює 0,707 від діаметра п'єзоелемента, тобто ад-0,707 ар, вхідний провід підключений до першого електрода у вигляді полукільця, а вихідний - до другого електрода у вигляді полукільця, а загальний провід схеми - до електрода у вигляді диска. «The proposed piezoelectric transformer differs from the prototype in that the piezoelectric element is made (87) in the form of a disk, and the electrodes are made on the end surfaces of the piezoelectric element in the form of a disk and two semi-rings, (and the electrodes in the form of semi-rings are on one end surface, electrode in the form of a disc - on 3 o second, the surface area of each electrode is equal to the area of other electrodes, and the diameter of the electrode in the form of a disc is equal to the inner diameter of the electrodes in the form of semi-rings and is equal to 0.707 of the diameter of the piezo element, i.e. ad-0.707 ar, the input wire is connected to the first electrode in the form of a semi-ring, and the output - to the second electrode in the form of a semi-ring, and the common wire of the circuit - to the electrode in the form of a disk.

Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного 70 результату. о, с Технічним результатом корисної моделі є підвищення лінійності АЧХ п'єзоелектричного трансформатора. з» Корисна модель пояснюється кресленням, де: - на Фіг.1 показана схема підключення п'єзоелектричного трансформатора; - на Фіг.2 - АЯХ трансформатора, що пропонується (крива 1) та прототипу (крива 2).Each of the specified distinguishing features is necessary, and all of them together are sufficient to achieve a technical 70 result. o, c The technical result of the useful model is an increase in the frequency response linearity of the piezoelectric transformer. z» The useful model is explained by the drawing, where: - Fig. 1 shows the connection diagram of the piezoelectric transformer; - in Fig. 2 - AYAH of the proposed transformer (curve 1) and the prototype (curve 2).

П'єзоелектричний трансформатор містить п'єзоелемент 1 у вигляді диска з електродами - 2 у вигляді диска со та З, 4 - у вигляді полукілець, причому діаметр електрода у вигляді у вигляді диска 4 д дорівнює внутрішньому о діаметру електрода у вигляді полукілець дв і дорівнює 0,707 від діаметра п'єзоелемента ар, тобто дд-0,7074 м.The piezoelectric transformer contains a piezo element 1 in the form of a disk with electrodes - 2 in the form of a disk c and z, 4 - in the form of semi-rings, and the diameter of the electrode in the form of a disk 4 d is equal to the inner diameter of the electrode in the form of semi-rings dv and is equal to 0.707 from the diameter of the piezoelectric element ar, i.e. dd-0.7074 m.

Вхідний провід 5 підключений до електрода З у вигляді полукільця, а вихідний - до електрода 4. Загальний - провід схеми 7 підключений до електрода 2 у вигляді диска. ї» 20 П'єзоелектричний трансформатор, який вибраний в якості прототипу, є коливальною системою з достатньо високою добротністю, тобто має нелінійну АЧХ. Однак в деяких випадках є потреба в розширенні лінійної ділянки бо» АЧХ.Input wire 5 is connected to electrode C in the form of a semi-ring, and output - to electrode 4. Common - circuit wire 7 is connected to electrode 2 in the form of a disk. и» 20 The piezoelectric transformer, which was chosen as a prototype, is an oscillating system with a sufficiently high Q-factor, that is, it has a nonlinear frequency response. However, in some cases there is a need to expand the linear section of the frequency response.

Для цього в п'єзоелектричному трансформаторі, що пропонується, вхідні та вихідні проводи підключені до електродів п'єзоелемента таким чином, як це показано на Фіг.1. 25 П'єзоелектричний трансформатор працює наступним чином. с При підключені генератора сигналів (або іншого джерела сигналів) до вхідних електродів п'єзоелектричного трансформатора, він коливається. При цьому на вихідних електродах п'єзоелектричного трансформатора генерується електрична напруга.For this, in the proposed piezoelectric transformer, the input and output wires are connected to the electrodes of the piezoelectric element as shown in Fig.1. 25 Piezoelectric transformer works as follows. c When the signal generator (or other signal source) is connected to the input electrodes of the piezoelectric transformer, it oscillates. At the same time, an electric voltage is generated at the output electrodes of the piezoelectric transformer.

В зв'язку з тим, що використана схема підключення, як це показано на Фіг.1, АЧХ пропонованого 60 п'єзоелектричного трансформатора лінійна.Due to the fact that the connection scheme used, as shown in Fig. 1, the frequency response of the proposed 60 piezoelectric transformer is linear.

Приклад конкретного використання.An example of a specific use.

У конкретному випадку використовувався п'єзоелектричний трансформатор з п'єзокераміки ЦТо-19 діаметром ЗО та товщиною 0,8мм з електродами у вигляді дисків діаметром 1бмм та кілець з зовнішнім діаметром 30 та внутрішнім 17мм. Для підвищення механічної міцності п'єзоелемент був приклеєний до бо металевої (латунь ЛбЗ) пластини діаметром 36 з отвором діаметром 17мм, що знизило резонансну частоту п'єзоелектричного трансформатора до 4кГц (вигинні коливання).In this particular case, a piezoelectric transformer made of piezoceramics TsTo-19 with a diameter of 30 mm and a thickness of 0.8 mm was used, with electrodes in the form of discs with a diameter of 1 mm and rings with an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 17 mm. To increase the mechanical strength, the piezoelectric element was glued to a metal (LbZ brass) plate with a diameter of 36 with a hole with a diameter of 17 mm, which reduced the resonant frequency of the piezoelectric transformer to 4 kHz (bending oscillations).

П'єзоелемент був підключений за схемою прототипу до генератора Г3-106 (електроди 2, 3) та мілівольтметру 83-38 (електроди 4, 5). Електроди 3, 5 були підключені до загального проводу схеми. Результати вимірюванняThe piezo element was connected according to the prototype scheme to the G3-106 generator (electrodes 2, 3) and the 83-38 millivoltmeter (electrodes 4, 5). Electrodes 3, 5 were connected to the common wire of the circuit. Measurement results

АХЧ показані на Фіг.2 (крива 2).AHF are shown in Fig. 2 (curve 2).

Результати вимірювання АЧХ для п'єзоелектричного трансформатора, що пропонується, показані на Фіг.2 (крива 1).The frequency response measurement results for the proposed piezoelectric transformer are shown in Fig. 2 (curve 1).

Як видно з Фіг2, АЧХ пропонованого п'єзоелектричного трансформатора має лінійність у більшому частотному діапазоні, ніж прототип.As can be seen from Fig2, the frequency response of the proposed piezoelectric transformer has linearity in a larger frequency range than the prototype.

Claims

Formula of the invention Piezoelectric transformer, which contains a piezoelectric element with two systems of electrodes and input and output wires, which is characterized by the fact that the piezoelectric element is made in the form of a disk, and the electrodes are made on the end surfaces of the piezoelectric element in the form of a disk and two semi-rings , and the electrodes in the form of semi-rings are on one end surface, the electrode in the form of a disk is on the other, the surface area of each electrode is equal to the area of other electrodes, and the diameter of the electrode in the form of a disk is equal to the inner diameter of the electrodes in the form of semi-rings and is equal to 0.707 of the diameter of the piezo element , that is, ad-O,707a p, the input wire is connected to the first electrode in the form of a half-ring, and the output wire is connected to the second electrode in the form of a half-ring, and the common wire of the circuit is connected to the electrode in the form of a disk. shchi z (ze) "I "-- o Zo "o -

with . and? o o - FT» Se p 60 b5