П’єзоелектричний перетворювач механічних величин

Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки, і може бути використана 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 зворотного зв'язку операційного підсилювача [див. Патент України 34315 А, МКИ G01L1/16, G01P15/09 бюл.№1]. Недоліком його є нелінійність амплітудно-частотної характеристики (АЧХ). Відомий п'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелектричний перетворювач, що складається із двох п'єзоелементів та металевої пластини, узгоджуючий підсилювач напруги та резистор. Металева пластина закріплена між п'єзоелементами і з'єднана із входом підсилювача напруги, та електродами п'єзоелементів. Перший електрод на першому п'єзоелементі з'єднаний із входом підсилювача, а третій електрод на другому п'єзоелементі - з загальним проводом схеми [див. Пьезоэлектрические преобразователи / Под.ред. В.М.Шарапова. -Черкассы: ЧГТУ, 2004. -435с., рис.6.58]. 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 шляхом введення додаткових резисторів та конденсатора, та відповідним підключенням елементів в мостову схему Віна-Робінсона. Це дозволяє зменшити нелінійність амплітудно-частотної характеристики. Перетворювач містить триморфний п'єзоелектричний елемент, що складається із двох п'єзоелементів та металевої пластини, узгоджуючий підсилювач напруги та резистор. Пропонований перетворювач відрізняється від прототипу тим, що введені два додаткових резистора і конденсатор, причому два резистора і конденсатор підключені в перший Т-подібний ланцюг, а триморфний п'єзоелектричний елемент і резистор включені в другий Т-подібний ланцюг, обидва Т-подібні ланцюги підключені паралельно, причому одна з точок з'єднання цих ланцюгів підключена до узгоджуючого підсилювача напруги. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється є зменшення нелінійності амплітудно-частотної характеристики. Корисна 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 триморфний п'єзоелектричний елемент 1, що складається з двох п'єзоелементів 2, 3 та металевої пластини 4, резисторів 5, 6, 7, конденсатора 8, узгоджуючого підсилювача напруги 9. Електрична схема підключення перетворювача складається з двох Т-подібних ланцюгів, що підключені паралельно. З точки з'єднання ланцюгів 10 через узгоджуючий підсилювач напруги 9 знімається вихідна напруга перетворювача. Перетворювач працює наступним чином. При дії на триморфний п'єзоелектричний елемент 1 механічних величин (наприклад, тиску Р) на електродах п'єзоелементів виникає електричний заряд і електрична напруга, яка поступає на вхід узгоджуючого підсилювача напруги 9. Приклад практичного використання. Була виготовлена схема з триморфним п'єзоелектричним елементом з п'єзокераміки ЦТС-19 діаметром 27мм, товщиною 0,2мм, та металевою пластиною розмірами: діаметром 30мм, товщиною 0,2мм із сталі 40Х, резисторами R1=R2=R3=120кОм та конденсатором С1=27нФ, що підключені відповідно Фіг.1. Узгоджуючий підсилювач зібраний на мікросхемі К140 УД8. Перетворювач досліджувався в акустичній камері, в якій створювався звуковий тиск 10Па на частотах від 20 до 1000Гц. Як показали досліди нелінійність амплітудно-частотної характеристики зменшилася (див. Фіг.2).