П’єзоелектричний перетворювач механічних величин

Корисна модель належить до вимірювальної техніки та може використовуватися у промисловості. Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент у вигляді циліндра з електродами та узгоджуючий підсилювач [див. Патент України №69885 A, G01L1/16, G01Р15/09, опубл.15.09.04,Бюл.№9]. Недоліком цього перетворювача є порівняно невисока точність вимірювання. Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент у вигляді циліндра з електродами, узгоджуючі підсилювачі [див. Патент України №69884 А, G01L1/16, G01Р15/09, опубл.15.09.04, Бюл.№9]. Недоліком цього перетворювача є порівняно невисока точність вимірювання. Вказаний перетворювач найбільше близький по технічній сутності до того, який заявляється, і вибраний в якості прототипу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення п'єзоелектричного перетворювача механічних величин шляхом використання електроду на внутрішній циліндричній поверхні у вигляді циліндра, чотирьох електродів у вигляді гребінок, розташованих на зовнішній циліндричній поверхні п'єзоелемента попарно, зуби яких направлені паралельно твірної лінії циліндра, причому для кожної пари електродів зуби однієї з гребінок входять у проміжки між зубами другої гребінки, електродів у вигляді кілець розміщених на кожній торцевій поверхні п'єзоелемента, підключення цих електродів до двох ланцюгів зворотного зв'язку. П'єзоелектричний перетворювач механічних величин містить п'єзоелемент у вигляді циліндра з електродами, та узгоджуючі підсилювачі. Пропонований перетворювач відрізняється від прототипу тим, що електрод на внутрішній циліндричній поверхні виконаний у вигляді циліндра, чотири електроди у вигляді гребінок, розташованих на зовнішній циліндричній поверхні п'єзоелемента попарно, зуби яких направлені паралельно твірної лінії циліндра, причому для кожної пари електродів зуби однієї з гребінок входять у проміжки між зубами другої гребінки, електроди у вигляді кілець розміщені на кожній торцевій поверхні п'єзоелемента, причому вхід першого узгоджуючого підсилювача підключений до одного електрода у вигляді кільця, а вихід підключений до однієї з гребінок першої пари електродів, вхід другого узгоджуючого підсилювача підключений до другого електрода у вигляді кільця, а вихід підключений до другої гребінки першої пари електродів, а циліндричний електрод підключений до загального проводу схеми. Кожна з вказаних відмінних ознак є необхідною, а всі разом - достатніми для досягнення технічного результату. Технічним результатом корисної моделі є підвищення точності вимірювання. Корисна модель пояснюється кресленням, де: - на Фіг. показана конструкція перетворювача, що пропонується. Перетворювач містить п'єзоелемент 1 у вигляді циліндра з електродом 2 на внутрішній циліндричній поверхні виконаний у вигляді циліндра, чотирьох електродів 3, 4, 5, 6 у вигляді гребінок, розташованих на зовнішній циліндричній поверхні п'єзоелемента попарно, зуби яких направлені паралельно твірної лінії циліндра, причому для кожної пари електродів зуби однієї з гребінок входять у проміжки між зубами другої гребінки, електроди 7, 8 у вигляді кілець розміщені на кожній торцевій поверхні п'єзоелемента. Вхід першого узгоджуючого підсилювача 9 підключений до одного електрода 7 у вигляді кільця, а вихід підключений до однієї з гребінок З першої пари електродів (3, 4). Вхід др угого узгоджуючого підсилювача 10 підключений до другого електрода 8 у вигляді кільця, а вихід підключений до другої гребінки 4 першої пари електродів. Циліндричний електрод 2 підключений до загального проводу схеми. Вихідна напруга знімається з виходу узгоджуючого підсилювача 9. Перетворювач працює наступним чином. При дії на п'єзоелемент 1 сили F (тиску Р або прискорення а) на електродах 7 та 8 у вигляді кілець, з'являється електричний заряд та електрична напруга. Напруга з електрода 7 подається на вхід узгоджуючого підсилювача 9. Підсилена напруга з підсилювача 9 подається на електрод 3 у вигляді гребінки. Напруга з електрода 8 у вигляді кільця подається на вхід узгоджуючого підсилювача 10. Підсилена напруга з виходу підсилювача 10 подається на електрод 4 у вигляді гребінки, створюючи два ланцюги зворотного зв'язку [див. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. - М: Те хносфера, 2006. - 632с.: ил.]. В зв'язку з тим, що використовуються електрод на внутрішній циліндричній поверхні виконаний у вигляді циліндра, чотири електроди у вигляді гребінок, розташованих на зовнішній циліндричній поверхні п'єзоелемента попарно, зуби яких направлені паралельно твірної лінії циліндра, причому для кожної пари електродів зуби однієї з гребінок входять у проміжки між зубами другої гребінки, електроди у вигляді кілець розміщені на кожній торцевій поверхні п'єзоелемента, два ланцюги зворотного зв'язку, це приводить до підвищення точності вимірювання. Приклад конкретного використання. У конкретному випадку використовувався п'єзоелемент з п'єзокераміки ЦТС-19 з діаметром 25мм та висотою 35мм. Електроди на зовнішній поверхні п'єзоелемента, та торцевих поверхнях розташовані так, як показано на Фіг. Підсилювачі зібрані на мікросхемі К140УД8. Перетворювач встановлювався на вібростенд і піддавався впливу вібрації на частоті 100Гц з прискоренням 1g. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50±3°С. Вимірювалася відносна похибка d для перетворювача за схемою прототипі та за схемою перетворювача, що заявляється. Результати вимірів: - прототип: d=5,3%; - перетворювач, що заявляється: d=4,95%