Пьезометрическое устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 191 (111 1, 1/16 ВТОРСИОМУ С ИДЕАЛ ЬСТ с киашиеэпект- НовицЕ УСТонныйцент ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ(56) 1. Агейкин О. И, и цр. Даконтропя и регупирования, Мностроение", 1965, с. 617.2. Электрические измерении нрических венички. Поц рец. П. Вкого.П., "Энергия", с. 237 (прот. РОЙСТВО, содержащее операциусипитепь, пьезоэпемент с цвумя рапьными эпектроцами, оцин из которых вкпючен на инвертирующий вхоц операУ ционного усипитепя, о т и и ч а ю щ ее с я тем, что, с цепью повышения точности: за счет уменьшения токов утечки заряца пьезоэпемента и увепичения постоянной времени самозаряца, усипитепь выпопнен с электрометрическим вхоцным каскадом, а пьезоэпемент снв 6- жен цопопнитепьным эпектроцом, рас попоженным межцу двумя центрапьными эпектроцами, при этом цопопнитепьный эпектроц заземпен, а второй центраьный эпектроц поцкпючен к выходу усипите1052893 Изобретение относится к технике измерений механических величин (сип, цввпений) с помощью льезсметрцческих устройств.Известно льезометрическсе устройство, соцеркащее эпектрометрцческий усилитель лсстояйногс тока и льезомезрический цатчик, включенный межцу вхо пом усилителя и общей шиной 1.Нецостаток известного устройства 10 состоит в зависимости, результатов измерения сил от параметров кабеля.Наиболее близким ло технической сущности к лрецпагаемому является льезометрическое устройство, соцеркащее операционный усилитель, льезоэпемент с двумя центральными эпектроцами оццн из которых включен на инвертцрующий вхоц операционного усилителя 2 3 .Нецостатком такого устройства яв ляется большая погрешность измерения исспецуемых величин обусловленная ухоцом пулевого напряжения на выхоце усилителя вспецствие конечной величины сопротивления изоляции пьезоэпектри ческого цатч 11 ка и напцчия ларазитных ЭДС (в частности, термо-ЭДС) в цели соеццпения цатчцка с усилителем.Даже лрц НОстсянлсм значении ссп ротцвпения Й,изоляции льезоэпектричосксгс цвтчцкв и постоянном налря 11 ениц Е эквцвапентногс паразитноголисточника ЭДС, лоцкпюченнсго лослецсватепьно с цвтчиком, нупевое выхоцное напРЯжение О х ( +) Усилите 1 Я нелРеРывло изме 1 яется, нарастая во времени полинейному закону лО-ььх " Р СЦепь изобретения - повышение точности зв счет уменьшения токов утечки заряца пьезоэлемента и увеличения лос тоянной времени саморазряца. Поставленная цепь цостигается тем, что в льезометрическом устройстве, соцерквщем операционный усилитель, пьезоэлемент с цвумя центральными эпектроцами, оцин из которых включен на илвертирующий вхоц операционного усцпи тепя, усилитель выполнен с эпектрометрическим вхоцным каскацом, в льезоэпемент снабжен цололнцтепьным эпектроцом, раслопскенным межцу цвумя центральными эпектроцамц, лри этом цолопнитепьный 55 эпекгроц звземпен, в второй центральный эпектрсц лоцклсчен к выхсцу усипи ПЯ 2Нь чертеже прецставпена функциональная схема устройства.Устройство соцержит операционныйусипитепь 1, в цели обратной связи которого включены ключ 2 и трехэпектроцный пьезоэлемент 3. Поспецний имеетпервый центральный эпектроц 4, поцключенный экранированным кабелем 5 к инвертирующему вхоцу 6 усилителя 1, второй центрапьный протиловопожно пежащийэпектроц 7 (т. е. расположенный нв противоположной грани льезоппастинъ) илоцкпюченный к выхоцу 8 операционного усилителя, а также цопопнительныйпериферийный эпектроц 9., поцкпюченныйк общей шине 10 усилителя, корпусацатчика и источника литания (не показан).Периферийный эпектроц 9 окружаетоццн из центральных эпектроцов (в цанном случае эпектроц 4) со всех сторонс обеспечением гарантированного зазора,Другой (неинвертируюший) вхоц операционного усипитепя 1 соецинен с общейшиной 10. Выхоц 8 операционного усилителя является выхоцом всего пьезоэлектрического устройства,Операционный усилитель 1 в лрецлочтитепьном варианте исполнения имеетэпектрометрический вхоцной касквц (хотя бы на инвертирующем вхоце усилителя) и коэффициент усилелия, ло напряжению не менее нескольких цесятков тысяч,Устройство работает спецующим обра-зом.Б исхоцном лопожении кпюч 2 замкнути на выхоце 8 имеет место отрегулированный начальный уровень напряженияпрактически равный нулю. Перец началом эксперимента кшоч 2 размыкается,а выхоцное напряжение; операционногоусипитепя 1 процолжает сохраняться наисхоцном нулевом уровне,В случае, если во внешней цели пьезоэлемента (цели поцключения центральныхэпектроцов 4 и 7 к зажимам 6 и 8 усилителя 1 ) возникает источник паразитной ЭДС Е, ( Ь ), что напряжение навыхоце 8 получает приращение, в любойтекущей момент времени 1 не лревьлцающее величины - Е( т, ), т, е,(вь,х (1 с Е ( (гСоотношение(2) вытекает цз того,что нвлряжение (. ( 1 ) на инвертирующем вхоце 6 усилителя олрецепяетсясуммой возникшего в момент временинапряжения Е л ( 1 ) и вы х оцного напряжения О , ( ), лопностью перецающегося на и 1 вертирующцй вхоп 6 олервцион з 10528ного усипитепя ио цепи обратной связи,т. е, через емкость пьезоэпемента 3,При этом О (+) = еп (Ф, + О выхС цругой стороны, выкоцное напряжение усипитепя 1 есть усипенное в (-К) раз напряжение О.,(Ф 1, т. е.О (1)=-КО(1) . (4) 1 ОеьиоПопставпяя соотношение (3) в (4),попучаемО) Й 1клерОщ) 1 ф)5ОтсюпвКЕ(С)Овьюхк+1 ф ПИ)(6)20Поспецняя часть равенства (6) имеет место при К Я 1, что всегца выпоцняется цпя пюбого операционного усипитепя.Вспец расмотренной прецваритепьной стацией эксперимента проискоцит вкпюче ние исспецуемого объекта и поц цействием измеряемой сипы пьезоэпемент 3 вырабатывает эпектрический звряц, привопящий к пропорцнонапьному приращению напряжения на выкоце 8, которое регист 93 4рируется оконечным прибором (не показан). При неизменном значении повторяемой сипы выхоцное напряжение устройся ва сохраняется на новом уровне практически неизмененным в течение нескопькик минут.Обеспечение постоянства выкоцного напряжения, соответствующего измеряе,мой силе, цостигнуто в прецпагаемом устройстве бпвгоцаря тому, что эффектив нвя постоянная времени саморвзряца ем кости пьезоэпемента 3 увепячена в 0,5 х к(К + 1) раз по сравнению с испопьзовь. кием цвухэпектроцного пьезоэпемента, поцкпюченного межцу выхоцом и инвертирующим вхоцом операционного усипите пя 1.Тем самым снимается основной источник .погрешности измерения квазиотатической сипы и цругих цпитепьно протекающих процессов при испопьзовании пьезоэпектрическик цатчиков. Повыше ние точности измерения цпитепьно протекающик процессов (по 10 мин) позвопяет осуществить также статическую грвцуяровку пьезоэпектрического цатчика и всего измеритепьного тракта, что явпяется несомненным преимуществом паже цпя измерительных систем, прецназнвченных цпя исспецования пинвмическик и кратковременных имлупьсных процессов.Состввитепь А. СеверинРепвктор Н. Безроцнвя Техрец М.Наць Корректор В. ГириякЗаказ 8846/36 Тираж 973 Поцписиое ВНИИПИ Госуцврственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., ц. 4/5 Фипиап ППП фПатент, г. Ужгороц, уп, Проектная, 4