П’єзоелектричний перетворювач механічних величин

П'єзоелектричний перетворювач механічних величин, що містить п'єзоелемент, узгоджувальний підсилювач напруги і ланцюг негативного зворотного зв'язку, який відрізняється тим, що перетворювач обладнаний п'єзоелектричним трансформатором, причому вхідна система електродів п'єзотрансформатора підключена до виходу підсилювача, а вихідна - до входу, утворюючи ланцюг негативного зворотного зв'язку чення в ланцюг зворотного звязку елемента з частотною і фазовою характеристикою, яка аналогічна ВІДПОВІДНИМ характеристикам п'єзоелемента зокрема, п'єзотрансформатора Перетворювач, що заявляється, містить п'єзоелемент, узгоджувальний підсилювач напруги, ланцюг зворотного зв'язку Перетворювач відрізняється тим, що він обладнаний п'єзоелектричним трансформатором, причому вхідна система електродів п'єзотрансформатора підключена до виходу підсилювача, а вихідна - до входу, утворюючи ланцюг негативного зворотного зв'язку Усі вказані ознаки є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату Технічним результатом винаходу є розширення робочого діапазону частот і підвищення точності виміру Винахід пояснюється кресленнями, де - на фіг 1 - показана електрична схема перетворювача, що заявляється, - на фіг 2 - структурна схема пропонованого перетворювача, - на фіг 3 - амплітудно-частотна характеристика прототипу, - на фіг 4 - амплітудно-частотна характеристика перетворювача, що заявляється П'єзоелектричний перетворювач механічних величин містить п'єзоелемент 1, узгоджувальний підсилювач 2, ланцюг негативного зворотного зв'язку, в якості якого використовується п'єзоелектричний трансформатор 3, причому до виходу підсилювача 2 підключається вхідна система електродів 4 п'єзотрансформатора, а до входу СО о 00 ю ю 55803 вихідна 5 Перетворювач працює таким чином Механічний вплив F (сила, тиск, прискорення т ш ) створює на п'єзоелементі 1 електричну напругу, що підсилюється підсилювачем 2 П'єзотрансформатор 3, який включений у ланцюг негативного зворотного зв'язку, має частотну і фазову характеристики, які аналогічні ВІДПОВІДНИМ характеристикам п'езоелементу 1, що дозволяє одержати лінійну амплітудно-частотну характеристику всього перетворювача і підвищити його точність Розглянемо спрощену структурну схему п'єзоелектричного перетворювача зі зворотним зв'язком (фіг 2) Для цієї схеми можна записати Узз = 5 к,(р) 33 5, де 1 + К | під РФ) — — У^^ ^ (5) ВІДП0ВІДН0 % |Д «%(?) 5К «р(р) Розглянемо тепер окремі випадки Нехай Кпід Р(р)=1 Тоді З урахуванням (4) і (6) 1 1 Г\оо РФ) 1 + К, РФ) під - ВІДНОСНІ похибка, яка ство рена ланками Кі(р),Кпід.Р(Р) (6) — Оі^ Таким чином, при Кпід Р(р) = 1 АЧХ перетворювача лінійна при зменшенні чутливості і відносної похибки ВДВІЧІ Припустимо тепер, що Кпід Р(р) » 1 Тоді З урахуванням (4) і (6) К ss 1 К п і д (1) 1 + КП|Д-Р(Р) де Кзз(р) - коефіцієнт передачі перетворювача з негативним 33, Кі(р) - коефіцієнт перетворення п'єзоелемента 1 перетворювача (п'єзоелемента - сенсора), Кпід - коефіцієнт підсилення підсилювача, Р(р) - коефіцієнт передачі ланки зворотного зв'язку Умова лінеаризації амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) має вигляд Кзз (Р) = const (2) Ця умова легко реалізується при Кі(р) = const (3) Р(Р) З виразу (3) випливає, що і частотна і фазова характеристики ланок Кі(р) і р(р) повинні змінюватися по однаковому закону В окремому випадку к 41ІД "п,д (р) = к (р) 1 Узз^ 0 Отже, при К р(р) » 1 АЧХ перетворювача лінійна при Кзз - 1, а відносна похибка прямує до нуля Результати експериментальної перевірки показані на фіг 3 і 4 для п'єзоелемента 1 у вигляді дискового п'єзоелемента 030 і товщиною 0,3мм із пєзокераміки ЦТС - 19 Ємність п'єзоелемента 28нф П'єзотрансформатор мав аналогічну конструкцію, але один електрод п'єзоелемента був розділений на дві рівні частини (ємність однієї секції - 14нф) Використовувався підсилювач, зібраний на транзисторах КПЗОЗА та КТ315Б Виміри проведеш на вимірнику амплітудночастотних характеристик ХІ-46 На фіг 3 зображена АЧХ перетворювача без 33, а на фіг 4 - АЧХ перетворювача з п' єзотра н ефо р мато ром у ланцюгу 33 Як показали експерименти, похибка виміру перетворювача зменшилася в 2,7 рази в порівнянні з прототипом Як видно з фіг 3 і 4, робочий частотний діапазон перетворювача істотно розширений =1 (4) Р(Р) , тобто Кі(р) = р(р) Відносна похибка узз пристрою, який зображено на фіг 1, може бути легко визначена з виразу (1) (див Островский Л А Основы общей теории электроизмерительных устройств - М - Л Энергия, 1965 -532 с ) \L_L7 F \ Фіг. 1 55803 Фіг. 2 70 /кГц Фіг. З о /кГц Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24