П’єзоелектричний перетворювач механічних величин

Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки, і може бути використаний для вимірювання механічних величин. Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент, підсилювач заряду який складається з операційного підсилювача, резистор і додатковий п'єзоелемент у ланцюгу зворотнього зв'язку операційного підсилювача [див. Патент України 34315А, МКИ G01L1/16, G01P15/09 бюл. №1]. Недоліком його є нелінійність амплітудно-частотної характеристики (АЧХ). Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить основний асиметричний біморфний п'єзоелектричний елемент, додатковий біморфний п'єзоелектричний елемент підключений в ланцюг позитивного зворотного зв'язку та узгоджуючий підсилювач напруги [див. Пьезоэлектрические преобразователи / Под. ред. В.М.Шарапова. - Черкассы: ЧГТУ, 2004. -435с., рис.9.27]. Зазначений перетворювач найбільш близький по технічній сутності і обраний в якості прототипу. Недоліком його є нелінійність амплітудно-частотної характеристики. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення перетворювача механічних величин шляхом введення двох додаткових резисторів та підключенням біморфних п'єзоелектричних елементів в протилежні плечі мостової схеми Уінстона-Віна. Це дозволяє зменшити нелінійність АЧХ. Перетворювач механічних величин містить два біморфні п'єзоелектричні елементи та узгоджуючий підсилювач напруги. Пропонований перетворювач відрізняється від прототипу тим, що введено два додаткових резистори, які разом з біморфними п'єзоелектричними елементами включені в схему моста Уінстона-Віна, причому біморфні п'єзоелектричні елементи і резистори підключені в протилежні плечі мостової схеми. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється є зменшення нелінійності амплітудно-частотної характеристики. Саме таке виконання перетворювача забезпечує зменшення нелінійності-амплітудно-частотної характеристики. Корина модель пояснюється кресленням, де: на Фіг.1 показана електрична схема пропонованого перетворювача, на Фіг.2 амплітудно-частотна характеристика пропонованого перетворювача (крива 1) та відомого перетворювача (крива 2). Перетворювач містить біморфні п'єзоелектричні елементи 1, 2, резистори 3, 4, та узгоджуючий підсилювач напруги 5. Біморфні п'єзоелектричні елементи та резистори з'єднані між собою послідовно, що утворюють два ланцюги, котрі з'єднані між собою в мостову схему Уінстона-Віна. Вихідна напруга знімається з діагоналі 6, 7 через узгоджуючий підсилювач напруги 5. Перетворювач працює наступним чином. При дії на біморфні п'єзоелементи 1, 2 механічної величини (наприклад, тиску Р) на електродах п'єзоелементів виникає електричний заряд і електрична напруга, яка поступає на вхід узгоджуючого підсилювача напруги 5. Приклад практичного використання. Була виготовлена схема з біморфними п'єзоелектричними елементами з п'єзокераміки ЦТС-19 із розмірами 27´0,5мм, та резисторами R1=R2=1кОм, що підключені відповідно фіг. 1. Узгождуючий підсилювач зібраний на мікросхемі К140УД8. Перетворювач досліджувався в акустичній камері, в якій створювався звуковий тиск 10Па, на частотах від 20 до 1000Гц. Як показали досліди нелінійність амплітудно частотної характеристики зменшилась (див. Фіг.2).