П’єзоелектричний перетворювач механічних величин

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент з двома електродами і узгоджувальний підсилювач заряду, який містить операційний підсилювач, резистор і конденсатор, що включені в ланцюг від'ємного зворотного зв'язку операційного підсилювача, який відрізняється тим, що як конденсатор використаний додатковий п'єзоелемент, який закріплений на електроді першого п'єзоелементу, який підключений до входу операційного підсилювача. (19) (21) 99063570 (22) 24.06.1999 (24) 15.02.2001 (33) UA (46) 15.02.2001, Бюл. № 1, 2001 р. (72) Шарапов Валерій Михайлович, Лега Юрій Григорович, Мусієнко Максим Павлович, Саєнко Наталія Володимирівна (73) Черкаський інженерно-технологічний інститут 34315 зистор 5 і додатковий п'єзоелемент 6 у ланцюгу зворотного зв'язку операційного підсилювача. Перетворювач працює наступним чином. Перетворювач, зображений на фігурі, це так званий підсилювач заряду (див. Е.С.Левшина, П.В.Новицкий. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - С.116, рис. 6.6), що являє собою інтегруючий підсилювач перемінного струму з паралельним від'ємним зворотним зв'язком. Тут замість конденсатора зворотного зв'язку використовується ємність додаткового конденсатора 6. Вихідна напруга підсилювача заряду при достатньо великому коефіцієнті підсилення операційного підсилювача (к = 104-105) визначається формулою: Q U в их » , C33 де: С33 - ємність конденсатора в ланцюгу зворотного зв'язку. Іншими словами, вихідна напруга підсилювача заряду пропорційна заряду на його вході. Досягнення технічного ефекту (підвищення точності) досягається, по-перше, завдяки тому, що і основний п'єзоелемент (вимірювальний) і додатковий виготовляються з однакового матеріалу і тому зміни їхніх характеристик під дією дестабілізуючих факторів компенсуються. По-друге, тому що додатковий п'єзоелемент є активною електромеханічною системою, тоді в основний п'єзоеле мент вводиться і від'ємний зворотний зв'язок по механічним коливанням. Як відомо (див.: Островский Л.А. Основы общей теории электроизмерительных устройств. - Л.: Энергия, 1971. - С.389-413), від'ємний зворотний зв'язок чинить стабілізуючу дію на вимірювальні пристрої і підвищує їхню точність. Приклад конкретного застосування. Був виготовлений п'єзоелектричний перетворювач прискорення (акселерометр) з дисковим п'єзоелементом діаметром 16 і товщиною 1 мм: з п'єзокераміки ЦТС-23 з електродами на торцях диску. Додатковий п'єзоелемент був виготовлений з того ж матеріалу діаметром 8 і товщиною 0,3 мм і закріплений (наприклад, за допомогою низькотемпературного припою) на електроді першого п'єзоелементу, який підключений до входу операційного підсилювача. Операційний підсилювач К140УД8, резистор опором 100 кОм. Вхідний опір підсилювача - 1,8 МОм. Перетворювач встановлювався на вібростенд 4805 фірми "Brüel & Kjer" і піддавався впливу вібрації на частоті 100 Гц з прискоренням 1 g. Потім перетворювач за допомогою спеціального нагрівача нагрівався до температури 50±3°С. Вимірювалася відносна похибка d при розімкнутому ланцюгу зворотного зв'язку (прототип) і з від'ємним зворотним зв'язком при К·b = 1. Результати вимірів: - прототип: d = 11,3%; - перетворювач, що пропонується, - 1,8%. Фіг. 2 34315 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3