П’єзоелектричний перетворювач механічних величин

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить асиметричний біморфний елемент, який складається з металевої пластини та дискового п єзоелемента, який поляризований по товщині, з електродами, які підключені до входу узгоджувального підсилювача та загального проводу схеми, який відрізняється тим, що електроди на п'єзоелементі виконані на одній з торцевих поверхонь у вигляді диска та кільця, а металева пластина закріплена на другій торцевій поверхні п'єзоелемента, причому в ній виконаний отвір, який розміщений СПІВВІСНО з електродами п'єзоелемента, а діаметр отвору d 0 T B більше діаметра дискового електрода d fl , тобто d 0T B > d fl Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний в промисловості і лабораторній практиці для виміру механічних величин Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить два п'єзоелемента, які з'єднані між собою механічно та електрично, узгоджувальний підсилювач напруги, вхід якого з'єднаний з електродом одного з п'єзоелементів, а вихід - з електродом другого п'єзоелемента, ІНШІ електроди п'єзоелементів з'єднані між собою та з загальним проводом схеми (див Джагупов Р Г, Ерофеев А А Пьезоэлектронные устройства вычислительной техники и систем контроля и управления Спр — СПб, Политехника, 1994, стр138, рис 4 8) Недоліком цього перетворювача є порівняно вузький частотний діапазон Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить узгоджувальний підсилювач напруги та асиметричний біморфний елемент, який складається з металевої пластини та дискового п'єзоелементу, який поляризований по товщині, з електродами, що розміщені на торцевих поверхнях п'єзоелементу (див патент України 43964 А, МКИ G01L1/16, G01P15/09 по заявці №2000063244 від 06 06 00, опубл 15 01 02, Бюл №1) Недоліком цього перетворювача є порівняно вузький частотний діапазон Зазначений перетворювач найбільш близький по технічній сутності й обраний в якості прототипу В основу винаходу поставлена задача розширення робочого діапазону частот перетворювача шляхом виконання отвору в металевій пластині, зміни форми електродів, їх розташування, а також вибору співвідношення діаметрів електродів і отвору Перетворювач, що заявляється, містить асиметричний біморфний елемент, який складається з металевої пластини і дискового п'єзоелемента, який поляризований по товщині, з електродами, які підключені до входу узгоджувального підсилювача та загального проводу схеми Перетворювач відрізняється тим, що електроди на п'єзоелементі виконані на одній з торцевих поверхонь у вигляді диска і кільця, а металева пластина закріплена на другій торцевій поверхні п'єзоелемента, причому в ній виконаний отвір, який розміщений СПІВВІСНО з електродами п'єзоелемента, а діаметр отвору d 0 T B більше діаметра d fl , тобто d 0 T B > dfl Усі перераховані у формулі ознаки є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є розширення робочого діапазону частот Винахід пояснюється кресленнями, де - на фіг 1 - показана електрична схема перетворювача, що заявляється, - на фіг 2 - показана конструкція перетворювача в аксонометричній проекції П'єзоелектричний перетворювач механічних величин містить асиметричний біморфний елемент, що складається з металевої пластини 1 з отвором у центрі і дискового п'єзоелемента товщині, з електродами у вигляді диска 3 та кільця 4, які розміщені на торцевій поверхні п'єзоелемента 2 та підключені до входу узгоджувального підси О со (О лювача 5 та загального проводу схеми Отвір у металевій пластині розміщений СПІВВІСНО з електродами п'єзоелемента, а діаметр отвору d 0 T B біль> ше діаметра дискового електрода d fl , тобто d 0T B d fl Перетворювач працює наступним чином Механічний вплив F (сила, тиск, прискорення та ш) створює на електродах 3 та 4 п'єзоелемента 2 електричну напругу, яка підсилюється узгоджувальним підсилювачем 5 Виконання отвору в металевій пластині діаметром більшим за діаметр дискового електрода приводить до того, що вектор напруженості електричного поля вихідного сигналу 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 коливальний п'єзокерамічний елемент перетворюється в аперіодичний ланцюг В результаті цього амплітудно-частотна 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 62730 кілька разів менше тієї ж величини, яка обміряна перпендикулярно вектору поляризації Приклад конкретного застосування Був виготовлений п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить металеву пластину з напівтвердої латуні Л63 діаметром 36мм і товщиною 0,3мм з отвором у центрі діаметром 16мм та дисковий п'єзоелемент діаметром ЗО та товщиною 0,3мм із п'єзокераміки ЦТС-19 з електродами у вигляді диска діаметром 14мм та кільця з внутрішнім діаметром 17 і ЗОВНІШНІМ - 30мм Дисковий електрод підключений до входу узгоджувального підсилювача напруги, а кільцевий електрод з металевою пластиною - до загального проводу схеми Узгоджувальний підсилювач зібраний на мікросхемі К140УД8, вхідний опір 1,8МОм П'єзоперетворювач піддавався впливу акустичного тиску ЮПа, яке створювалося акустичною камерою в діапазоні від 20Гц до ЮкГц До виходу підключався цифровий вольтметр В7-38 Як показали експерименти, АЧХ перетворювача лінійна в діапазоні від 20Гц до ЮкГц При підключенні ж прототипу, був резонанс на частоті 4,8кГц, що обмежувало робочий діапазон частот приблизно до ЗкГц ФІг Фіі.2. Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119