Пьезоэлектрическое устройство

ООИСАЙИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,1. 512396 Союз Советских Соцнэпнстическнх Республик(22) Заявлено 06.09.7 8121/18-10 соединением заявки Министров СССРлам изобретенийн открытий Совет Опубликовано 3) УДК 531.787(088 6. Бюллетень Л"е описания 02,06.7 а опубликован 1(72) Авторы изобретения А. Ф. Терещенко и И, А. Леженин 1) Заявител 54) П ЬЕЗОЗХ ИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВ Изобретение относится к измерительной техникев 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 электро- метрического 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 судэрственнын комитет (23) Приорит регулируемого напряжения постоянного тока, времязадающий генератор 7 (программное устройство) с основными выходными зажима.ми 8, 9 и дополнительным зажимом 10, а так.5 же дополнительную цепь из токоограничивающего резистора 11, конденсатора 12 и ключа 13.Ключ 13 соединяет выходной зажим ключа5 с источником 6 напряжения, а точка соеди нения ключей 5 и 13 лодключена к выходуэлектрометрического 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 так же определяющий выходной его уровень.Перед началом эксперимента генератор 7на выходном зажиме 8 вырабатывает напряжение высокого уровня, в результате чего ключ 5 размыкается. При этом уровень вы- ЗО ходного напряжения электрометрического по 51239645 50 55 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 электро- метрического 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 выполнен 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 управ 5 1 О 15 2 О 25 зо 35 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 104 ом) и низкое выходное сопротивление (порядка сотен ом).При использовании истокового повторителя с илевым 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 конденсатор 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 изобретенияПьезоэлектрическое устройство, содержащее пьезокристаллический датчик, электро- метрический усилитель, цепь из резистора, ключа и источника постоянного напряжения и управляющий генератор, о т л и ч а ю щ е еся 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 - с выходом электро- метрического усилителя, а электрометрический усилитель вьпполнен неинвертирующим,аказ 1220,3ЦНИИПИ ппснос нпография, пр. Сапунова, 2 Изд. Ъо 1304 Государственного по делам изо 13035, Москва, Ж