Пьезоэлектрическое устройство

 

OllMCAHME

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,1ц 5l2396

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.09.72 (2! ) 1828121/18-10 с присоединением заявки №

О 011 9 08

Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий

Опубликовано 30.04.76. Бюллетень ¹ 16

Дата опубликования описания 02.06.76 (53) УДК 531.787(088.8) (72) Авторы изобретения

А. Ф. Терещенко и И. А. Леженин (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЗЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измерительной технике,,в частности к пьезоэлектрическим устройствам измерения давления усилия и т. д.

Известные устройства аналогичного назначения, содержащие пьезокристаллический датчик, электрометрический усилитель, цепь из резистора, ключи и источника постоянного напряжения и управляющий генератор, не обеспечивают достаточной точности.

Для повышения точности предлагаемое устройство снабжено дополнительным ключом и цепочкой из последовательно соединенных резистора и конденсатора, при этом цепочка из резистора и ключа одним концом соединена с входом электрометрического усилителя, а другим через дополнительный ключ с источником постоянного напряжения, через цепочку из последовательно соединенных резистора и конденсатора — с,выходом электрометрического усилителя, а электрометрический усилитель выполнен неинвертирующим.

На фиг. 1 показана блок-схема пьезоизмерительного устройства.

Устройство содержит пьезокристаллическпй датчик 1 с высоким сопротивлением изоляции, в частности кварцевый датчик давления, электрометрический повторитель 2 с выходными клеммами 3, подключенную к пьезодатчику 1 цепь из резистора 4 и ключа 5, источника 6

ГосУдврственный комитет (23) Приоритег регулируемого напряжения постоянного тока, времязадающий генератор 7 (программное устройство) с основными выходными зажимами 8, 9 и дополнительным зажимом 10, а также дополнительную цепь из токоограничивающего резистора 11, конденсатора 12 и ключа 13.

Ключ 13 соединяет выходной зажим ключа

5 с источником 6 напряжения, а точка соеди10 нения ключей 5 и 13 лодключена к выходу электрометрического повторителя 2 через конденсатор 12 и резистор 11. Выходные зажимы 8 и 9 генератора 7 аодключены к управляющим входам ключей 5 и 13, а зажим 10

15 служит для управления испытуемым объектом. В частности, с выходным зажимом 10 связан орган включения объекта на работу или на его нагружение по заданному закону.

Устройство работает следующим образом.

20 В исходном .положении ключи 5 и 13 нормально замкнуты, а конденсатор 12 и емкость датчика 1 заряжены до напряжения источника 6, задающего необходимый режим работы электрометрического повторителя 2, а так25 же определяющий выходной его уровень.

Перед началом эксперимента генератор 7 на выходном зажиме 8 вырабатывает напряжение высокого уровня, в результате чего ключ 5 размыкается. При этом уровень вы30 ходного напряжения электрометрического по512396

60 вторителя 2 практически не изменяется. Затем генератор 7 вырабатывает высокое напряжение .на выходном зажиме 9, поступающее на управляющий вход ключа 13, который переходит в разомкнутое состояние. После этого генератор 7 вырабатывает командный импульс на дополнительном зажиме 10, поступающий на управляющий вход иопытуемото объекта, включая его на рабочий режим или режим эталонного нагружения при тарировке. При этом на пьезодатчик 1 воздействует измеряемая величина, в результате чего в датчике вырабатывается дополнительный электрический заряд и на вход электрометрического повторителя 2 поступает сумма напряжения от источника 6 и сигнала в виде постоянного или изменяющегося напряжения.

Это суммарное напряжение практически без ослабления передается на выход электрометрического повторителя, так что выходное напряжение повторителя на клеммах 3 получает приращение относительно исходного уровня, близкое или точно равное приращению напряжения сипнала на обкладках пьезодатчика 1.

Приращение выходного напряжения повторителя 2 передается на общую точку ключей

13 и 5 через токоограничивающий резистор

11 и конденсатор 12, в результате чего потенциал общей точки ключей 13 и 5 оказывается приблизительно равным потенциалу на входе ключа 5.

Приблизительное равенство потенциалов на обоих зажимах ключа 5, достигаемое автоматически при любом сигнале, вырабатываемом пьезодатчиком 1, обусловливает малый ток утечки по ключу 5, а следовательно, увеличение эффективного сопротивления ключа в разомкнутом состоянии и сохранение сигнала пьезодатчика в течение длительного времени.

На фиг. 2 показана принципиальная схема одного из возможных вариантов устройства.

Электрометрический повторитель 2 вы полнен на МОП-транзисторе 14 по простейшей схеме истокового повторителя, источник 6 напряжения — регулируемый и содержит батарею 15 и потенциометр 16, времязадающий генератор 7 включает в себя батарею 17 и два переключаемых вручную тумблера 18, 19 для подачи питания на обмотки реле 20 и 21 соответственно. В качестве ключей 5 и 13 используются нормально замкнутые контакты реле 20 и 21.

Возможны другие варианты реализации предложенного устройства. В частности, генератор 7 выполняют на базе нескольких кипп-реле, автоматически вырабатывающих (при нажатии оператором кнопки) в нужной очередности требуемые импульсы для управ5

40 ления ключами 5, 13 и испытуемым объектом.

Электрометрический повторитель 2 при необходимости может быть выполнен по более сложной схеме истокового повторителя, например, с применением в цепи истока токостабилизирующето двухполюсника на биполярном транзисторе, с использованием двух

МОП-транзисторов, на электрометрической лампе и т. д. Принципиально важным здесь являются только следующие обстоятельства: чтооы электрометрический усилитель был неинвертирующим, чтобы коэффициент передачи его по напряжению точнее приближался к единице и чтобы обеспечивалось высокое входное сопротивление (порядка 10" ом) и низкое выходное сопротивление (порядка сотен ом).

При использовании истокового повторителя с н левым смещением между входным и выходным напряжениями, источник 6 напряжения может быть из схемы исключен. Ключ

13 тогда соединяет выход ключа 5 с заземленной шиной источника питания. Оба ключа

5 и 13 могут быть выполнены на магнитоуправляемых контактах.

В случае применения истокового повторителя с нулевым смещением между входом и выходом конден сатор 12 также может быть исключен из схемы, поскольку он служит в устройстве специально для автоматической компенсации напряжения смещения электрометрическото повторителя. Резисторы 4 и 11 являются токоотраничивающими и в некоторых случаях могут быть исключены из схемы.

К выходным клеммам 3 устройства подключают, как обычно, .показывающий прибор с отградуированной шкалой или регистратор (не показаны). Кроме того, на схеме не изображены генератор калибровочных сигналов и тарпровочное устройство, а также конденсаторы, шунтирующие обмотки реле.

Формула изобретения

Пьезоэлектрическое устройство, содержащее пьезокристаллический датчик, электрометрический усилитель, цепь из резистора, ключа и источника постоянного напряжения и управляющий генератор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительным ключом и цепочкой из .последовательно соединенных резистора и конденсатора, при этом цепочка из резистора и ключа одним концом соединена с входом электрометрического усилителя, а другим через дополнительный ключ — с источником постоянного напряжения, через цепочку из последовательно соединенных резистора и конденсатора — c выходом электрометрического усилителя, а электрометрический усилитель вьпполнен неинвертирующим, 5123S6

sz фиг.1

ГБ

Корректор А. Галакова

Редактор Т. Рыбалова

Заказ 1220, 3 Изд. ¹ 1304 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делана изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1у ! !

Составитель О. Сафонов

Текред 3. Тараненко