UA17437U

UA17437U - Device for testing bimorph piezoelectric elements

Info

Publication number: UA17437U
Application number: UAU200604303U
Authority: UA
Inventors: Valerii Mykhailovych Sharapov; Mykola Volodymyrovyc Raievskyi; Zhanna Vasylivna Sotula
Original assignee: Valerii Mykhailovych Sharapov
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2006-09-15

Abstract

The proposed device for testing bimorph piezoelectric elements contains a bimorph piezoelectric transformer with two signal electrodes and one common electrode, an oscillator, and a measuring unit. The first signal electrode is connected to the input of the oscillator, and the second signal electrode is connected to the input of the measuring unit. The piezoelectric element to be controlled is connected to the common electrode. The output resistance of the piezoelectric transformer at the frequency that is equal to the resonance frequency of the piezoelectric element is too mach less than the input resistance of the piezoelectric element at the resonance frequency.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до приладобудування і призначена для контролю якісних характеристик 2 біморфних п'єзоелементів.The useful model refers to instrument engineering and is designed to control the quality characteristics of 2 bimorphic piezo elements.

Відомий пристрій для контролю біморфних п'єзоелементів |див. патент Мо1405813, бюл. Мо24, 19861), що містить п'єзотрансформатор, причому до одної системи електродів підключено генератор електричних коливань, а до другої - вимірюючий пристрій, а загальний електрод п'єзотрансформатора підключено до біморфного п'єзолемента, що контролюється. 70 Недоліком його є порівняно низька чутливість вимірювання.A well-known device for controlling bimorphic piezo elements | see patent Mo1405813, bull. Mo24, 19861), containing a piezotransformer, and a generator of electrical oscillations is connected to one system of electrodes, and a measuring device is connected to the other, and the common electrode of the piezotransformer is connected to the bimorphic piezoelement being controlled. 70 Its disadvantage is relatively low measurement sensitivity.

Відомий пристрій для контролю біморфних п'єзоелементів див. патент Мо1571795, СССР, НО4К 31/00, бюл.A well-known device for controlling bimorphic piezo elements, see patent Mo1571795, USSR, НО4К 31/00, bull.

Мо22, 1990), що містить п'єзотрансформатор, причому до одної системи електродів підключено генератор електричних коливань, а до другої - вимірюючий пристрій, а загальний електрод п'єзотрансформатора підключено до біморфного п'єзолемента, що контролюється. 12 Зазначений пристрій найбільш близький по технічній сутності і обраний в якості прототипу.Mo22, 1990), containing a piezotransformer, and a generator of electrical oscillations is connected to one electrode system, and a measuring device is connected to the other, and the common electrode of the piezotransformer is connected to a bimorphic piezoelement under control. 12 The specified device is the closest in terms of technical essence and was chosen as a prototype.

Недоліком його є порівняно низька чутливість вимірювання.Its disadvantage is relatively low measurement sensitivity.

В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою для контролю біморфних п'єзоелементів шляхом використання мономорфного п'єзотрансформатора з таким опором на резонансній частоті біморфного п'єзоелемента, щоб запобігти шунтуванню біморфного п'єзоелемента, що досягається використанням мономорфного п'єзотрансформатора, опір якого на резонансній частоті біморфного п'єзоелемента, що контролюється, значно менший активного опору біморфного п'єзоелемента, що контролюється, на резонансній частоті.The useful model is based on the task of improving the device for controlling bimorphic piezo elements by using a monomorphic piezo transformer with such resistance at the resonance frequency of the bimorphic piezo element to prevent shunting of the bimorphic piezo element, which is achieved by using a monomorphic piezo transformer whose resistance is the resonant frequency of the controlled bimorphic piezo element is much smaller than the active resistance of the controlled bimorphic piezo element at the resonant frequency.

Пристрій для контролю біморфних п'єзоелементів, що заявляється, містить п'єзотрансформатор, причому до одної системи електродів підключено генератор електричних коливань, а до другої - вимірюючий пристрій, а 22 загальний електрод п'єзотрансформатора підключено до біморфного п'єзолемента, що контролюється. -оThe device for controlling bimorphic piezo elements, which is claimed, contains a piezo transformer, and a generator of electrical oscillations is connected to one electrode system, and a measuring device is connected to the other, and the 22 common electrode of the piezo transformer is connected to the bimorphic piezo element being controlled. -at

Пропонований пристрій для контролю біморфних п'єзоелементів відрізняється від прототипу тим, що опір п'єзотрансформатора на резонансній частоті біморфного п'єзоелемента 7птут значно менший активного опору біморфного п'єзоелемента, що контролюється, на резонансній частоті Кепе, тобто 2пти«РБпе.The proposed device for controlling bimorphic piezoelements differs from the prototype in that the resistance of the piezotransformer at the resonance frequency of the bimorphic piezoelement is 7p, which is much smaller than the active resistance of the controlled bimorphic piezoelement at the resonance frequency Kepe, i.e. 2pty«RBpe.

Вказані ознаки є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату. -The indicated signs are necessary and sufficient to achieve a technical result. -

Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є підвищення чутливості вимірювання. соA technical result of the claimed useful model is an increase in the sensitivity of the measurement. co

Корисна модель пояснюється кресленням, де: - на Фіг.1 показана схема пропонованого пристрою; М - на Фіг.2 показана амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) пропонованого пристрою (в якості біморфного /-|ч п'єзоелемента, що контролюється, використовується п'єзоелемент З3П-19), причому крива 1 відповідає 3о п'єзоелементу діаметром 20 та товщиною 1,2мм (прототип); крива 2 - п'єзоелементу діаметром 18 та товщиною -- 0О,Змм (пристрій, що заявляється).The useful model is explained by the drawing, where: - Fig. 1 shows the scheme of the proposed device; M - Fig. 2 shows the amplitude-frequency characteristic (frequency response) of the proposed device (the Z3P-19 piezo element is used as a bimorphic /-|h piezo element under control), and curve 1 corresponds to a 3o piezo element with a diameter of 20 and 1.2 mm thick (prototype); curve 2 - a piezo element with a diameter of 18 and a thickness of 0.00 mm (applied device).

Пристрій для контролю біморфних п'єзоелементів містить мономорфний п'єзотрансформатор 1, з електродами 2, 3, 4 причому до одної системи електродів (2, 4) підключено генератор електричних коливань 5, а « до другої (3, 4) - вимірюючий пристрій б, електрод 4 п'єзотрансформатора 1 підключено до біморфного З п'єзолемента 7, що контролюється, за допомогою електродів контактного пристрою 8, 9. с Пристрій для контролю біморфних п'єзоелементів працює наступним чином.The device for controlling bimorphic piezoelements contains a monomorphic piezotransformer 1, with electrodes 2, 3, 4, and an electric oscillation generator 5 is connected to one system of electrodes (2, 4), and a measuring device b is connected to the second (3, 4) , the electrode 4 of the piezo transformer 1 is connected to the bimorphic З piezo element 7, which is monitored using the electrodes of the contact device 8, 9. The device for monitoring bimorphic piezo elements works as follows.

Із» Як відомо див. Шарапов В.М., Минаев И.Г., Ю.Ю. Бондаренко и др. Пьезозлектрические преобразователи. -From" As is known, see Sharapov V.M., Minaev I.G., Yu.Yu. Bondarenko et al. Piezoelectric transducers. -

Черкассь: ЧГТУ, 2004. - 43бс., с.77, 170), п'єзоелектричні трансформатори - це п'єзоелементи з двома системами електродів - вхідний та вихідний. Біморфний п'єзотрансформатор відрізняється від мономорфного тим, що складається з двох п'єзоелементів, з'єднаних між собою (симетричний), або п'єзоелемента і металічної - пластини (асиметричний), з'єднаних між собою за допомогою клею або припою. -І При підключенні до генератора електричних коливань 5 електроду З біморфного п'єзотрансформатора 1, в біморфному п'єзоелементі 7, що контролюється, виникають вигинові коливання, причому амплітуда вигинових е резонансних коливань залежить від якості з єднання п'єзоелемента металевої пластини біморфного со 20 п'єзоелемента 7, що контролюється. При дефекті біморфного п'єзоелемента 7, що контролюється, вигинові коливання в ньому не виникають. Криві, зображені на Фіг.2 відповідають якісному з'єднанню п'єзоелемента та тм металічної пластини біморфного п'єзоелемента 7, що контролюється.Cherkassy: ChGTU, 2004. - 43bs., p.77, 170), piezoelectric transformers are piezoelectric elements with two electrode systems - input and output. A bimorphic piezotransformer differs from a monomorphic one in that it consists of two piezo elements connected to each other (symmetrical), or a piezo element and a metal plate (asymmetrical), connected to each other using glue or solder. -And when the electrode C of the bimorphic piezotransformer 1 is connected to the electric oscillation generator 5, bending oscillations occur in the controlled bimorphic piezoelement 7, and the amplitude of the bending and resonant oscillations depends on the quality of the connection of the piezoelement to the metal plate of the bimorph so 20 of the piezoelectric element 7, which is controlled. In the event of a defect in the monitored bimorphic piezo element 7, bending oscillations do not occur in it. The curves shown in Fig. 2 correspond to the qualitative connection of the piezo element and the metal plate of the bimorphic piezo element 7, which is controlled.

Приклад практичного використання.An example of practical use.

Був виготовлений пристрій із мономорфними п'єзотрансформаторами, виконаними на мономорфних 29 п'єзоелементах із п'єзокераміки ЦТО-19 з розмірами: 1 - діаметром 20 та товщиною 1,2мм (прототип), 2 - с діаметром 18 та товщиною 0,З3мм (пристрій, що заявляється), генератором електричних коливань Г3-109, вимірюючого пристрою, що складається з частотоміра Ч3-57, міллівольтметра 83-38, осцилографа С1-55, контактного пристрою, та біморфним п'єзоелементом ЗП-19, що контролюється.A device with monomorphic piezotransformers made of monomorphic 29 piezo elements made of piezoceramic TsTO-19 with dimensions: 1 - diameter 20 and thickness 1.2 mm (prototype), 2 - diameter 18 and thickness 0.33 mm ( the claimed device), a generator of electric oscillations G3-109, a measuring device consisting of a frequency meter Ch3-57, a millivoltmeter 83-38, an oscilloscope C1-55, a contact device, and a bimorphic piezo element ZP-19, which is controlled.

Результати вимірювань амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) пристрою для контролю біморфних 60 п'єзоелементів показані на Фіг.2. Параметри п'єзотрансформаторів і біморфного п'єзоелемента, що контролюється, приведені у табл. 1.The results of measuring the amplitude-frequency characteristic (frequency response) of the device for controlling bimorphic 60 piezo elements are shown in Fig.2. The parameters of the piezo transformers and the controlled bimorphic piezo element are given in the table. 1.

П'єзоелемент пт, кОм (її-3,621) ве щи б5 т даPiezoelement pt, kΩ (its-3.621) things b5 t yes

(220х1, 2(прототип) 4,253 218х0,3 (пристрій, що заявляється) 0,235 зп вав 1:11 , , , , що шк(220х1, 2(prototype) 4,253 218х0,3 (applied device) 0,235 zp vav 1:11 , , , , that shk

Як видно з Фіг.2 і табл. 1, для п'єзотрансформатора, у якого опір на резонансній частоті біморфного п'єзоелемента 7пту значно менший активного опору біморфного п'єзоелемента на резонансній частоті Квпр, тобто 7птя«КеБпе, забезпечується підвищення чутливості 5 пристрою (співвідношення напруги на резонансній частоті біморфного п'єзоелемента до напруги в дорезонансній області) в порівнянні з прототипом.As can be seen from Fig. 2 and table. 1, for a piezotransformer in which the resistance at the resonance frequency of the bimorphic piezo element 7ptu is significantly less than the active resistance of the bimorph piezo element at the resonance frequency Kvpr, i.e. 7ptya"KeBpe, an increase in the sensitivity of the device 5 is ensured (the ratio of the voltage at the resonance frequency of the bimorph p' isoelement to the voltage in the pre-resonance region) compared to the prototype.

Claims

Formulation of the invention Device for controlling bimorphic piezo elements, containing a piezo transformer, to one system of 75 electrodes of which an electric oscillation generator is connected, and to the second - a measuring device, and the common electrode of the piezo transformer is connected to the bimorphic piezo element being controlled, which differs in that a piezo transformer is used with a resistance at the resonance frequency of the bimorphic piezo element 7pti much smaller than the active resistance of the bimorph piezo element at the resonance frequency Clair, i.e. 7pti"Kerpe. that 2 in Zo so « in yo

- and? - -and the Cheka" (95) that 60 b5