Спосіб вимірювання фізичних величин за допомогою п’єзоелектричних елементів

Спосіб вимірювання фізичних величин за допомогою п'єзоелектричних елементів із двома еле ктродами шляхом впливу фізичної величини на п'єзоелектричний елемент і утворення електричного заряду (чи електричної напруги) на цих електродах, який відрізняється тим, що електроди п'єзоелемента розміщені таким чином, щоб вектор напруженості електричного поля вихідного сигналу утворював кут а з вектором поляризації, причому Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний в промисловості і лабораторній практиці для вимірювання механічних величин Відомий спосіб вимірювання фізичних величин за допомогою п'єзоелектричних елементів, а саме, вимірювання ЛІНІЙНИХ та вібраційних прискорень за допомогою п'єзоелектричного акселерометра, що містить монолітний чутливий елементу вигляді порожнистого п'єзокерамічного циліндра, який встановлений на основі з циліндричним виступом, а також два електроди, які розташовані на циліндричних поверхнях циліндра (див Патент України 46299 А, МКИ G01P15/09 П'єзоелектричний акселерометр / В М Шарапов, М П Мусієнко та ш -по заявці № 2001063941 від 1106 2001, опубл 15 05 2002, Бюл №5) Недоліком цього способу є порівняно вузький частотний діапазон Відомий спосіб вимірювання фізичних величин за допомогою п'єзоелектричних елементів із двома електродами шляхом впливу фізичної величини на п'єзоелектричний елемент і утворення електричного заряду (чи електричної напруги) на цих електродах (див Левшина Е С , Новицкий П В Электрические измерения неэлектрических величин Учеб пособие для вузов - Л Энергоатомиздат Ленингр отд-ние, 1983, стр 110, рис 6 нічній сутності й обраний в якості прототипу В основу винаходу поставлена задача розширення робочого діапазону частот способу вимірювання шляхом зміни розташування електродів Спосіб вимірювання фізичних величин, що заявляється, здійснюється за допомогою п'єзоелектричних елементів із двома електродами шляхом впливу фізичної величини на п'єзоелектричний елемент і утворення електричного заряду (чи електричної напруги) на цих електродах Спосіб вимірювання фізичних величин, що допомогою п'єзоелектричних елементів відрізняється тим, що електроди п'єзоелемента розміщені таким чином, щоб вектор напруженості електричного поля вихідного сигналу утворював кут а з вектором поляризації, причому 0 ° « а < 90° Зазначена ознака є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є розширення робочого діапазону частот Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 - показана схема пристрою, оо реалізує спосіб, який заявляється Спосіб, що заявляється, реалізується и пристрої, який містить п'єзоелемент 1, з електродами 2 та 3, які розташовані таким чином, щоб вектор напруженості електричного поля вихідного сигналу Евих утворював кут а з вектором поляризації Р, причому 0 ° « а < 90° Спосіб вимірювання реалізується наступним чином Механічний вплив F (сила, тиск, приско 2) Недоліком цього способу є порівняно вузький частотний діапазон Зазначений спосіб найбільш близький по тех 0° < а < 90° (О (О 62726 рення та ін) створює па електродах 2 та 3 п'єзоелемента 1 електричні заряди (чи електричну напругу) Розташування електродів на п'єзоелементі таким чином, як це показано на фіг1, приводить до того, що вектор напруженості електричного поля вихідного сигналу ЕВИх створює з вектором поляризації Р кут а, причому 0 ° « а < 90° Це, як показали експерименти, приводить до збільшення власного опору п'єзоелемента перетворювача (внутрішнього тертя), за рахунок чого резонансний п'єзоелектричний елемент перетворюється в аперіодичний ланцюг В результаті цього амплітудночастотна характеристика п'єзоперетворювача вирівнюється (зникає резонанс), а отже, розширюється робочий діапазон частот Причина зміни власного опору пов'язана з впливом упорядкованої доменної структури поляризованої п'єзокераміки на рух носив заряду - активний опір втрат уздовж вектора поляризації в кілька разів менше тієї ж величини, яка обміряна під кутом до вектора поляризації Комп'ютерна верстка С Волобуев Приклад конкретного застосування Був виготовлений п'єзоелектричний перетворювач механічних величин (акустичного тиску), що містить діелектричну пластину, яка виготовлена зі склотекстоліту, діаметром 35мм і товщиною 0,5мм, і дисковий п'єзоелемент, який поляризований по товщині, діаметром ЗО і товщиною 0,3мм із п'єзокераміки ЦТС-19 з електродами у вигляді двох напівдисків, які розміщені таким чином, щоб вектор напруженості електричного поля вихідного сигналу утворював кут з вектором поляризації П'єзоперетворювач піддавався впливу акустичного тиску ЮПа, яке створювалося акустичною камерою в діапазоні від 20Гц до ЮкГц До електродів п'єзоелемента підключався цифровий вольтметр В7-38 Як показали експерименти, АЧХ пристрою, що реалізує спосіб, який заявляється, лінійна в діапазоні від 20Гц до ЮкГц При підключенні ж пристрою за схемою прототипу, був резонанс на частоті 3,5кГц, що обмежувало робочий діапазон частот приблизно до 2кГц Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна