Пьезометрическое устройство

 

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТ: . РОЙСТВО, содержащее (шераннонный . усипитепь, пьезоэпемент с цвумя цент & Орапьными эпектроцами, один из которых включен на инвертирующий вхоц операционного усипитепя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности .- за счет уменьшения токов утечки заряца пьезоэлемента в увеличения постоянной времени самозаряаа, усипитепь выпоггаен с электрометрическим, вхоцным каскадом, а пьезоэлемент сна& жен дополнительным электроном, расположенным межцу двумя центральными электродами, при этом дополнительный электрод заземлен, а центральный , электрод подключен к выходу усилитепя . сд ю 00 со САд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l% (11) 893; А ру1 G 01 1, 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ., Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 350 13 29/18-10 (22) 19. 10.82

{46) 07.11.83. Бюп. % 41 (72) А. Ф. Терещенко (53) 531.781 {088.8) (56) 1. Агейкин LL И. и цр. Датчики контропя и регупирования. М., Машиностроение", 1965, с. 617.

2. Электрические измерении неэпекърических венички. Поц рец. П. B. Новиц кого.П., Энергия, с. 237 (прототип).. (54) (57) ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТ» . PGACTBO, соаержашее операционный усипитепь, пьезоэпемент с цвумя цент рапьными эпектроцами, оцин из которых вкпючен на инвертирующий вхоц опера< 7 ционного усипитепя, о т и и ч а ю m eе 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 снв6жен цопопнитепьным эпектроцом, рас попоженным межцу двумя центрапьными эпектроцами, при этом цопопнитепьный эпектроц заземпен, а второй центрацьный ,эпектроц поцкпючен к выходу усипитепяе

105?893

Изобретение относится к технике измерений механических вепичин (сип, цавпений) с помощью пьезометрических устройств.

Известно пьезометрическое устройство, соцер>кашее эпектрометрический усипитепь постоянного тока и пьезомепрический цатчик, включенный межцу в>.о цом усипитепя и общей шиной !.1 ) .

Нецостаток известного устройства 10 состоит в зависимости, резупьтатов измерения сип OT параметров кабепя.

Наибопее бцизким по технической сущности к прецпагаемому явпяется пьезометрическое устройство, соцер>кащее операционный усипитель, пьезоэпемент с двумя центрапьными электроцами, оцин из которых вкпючен на инвертирую> ший вхоц операционного усипитепя (2 ) .

Недостатком такого устройства яв- щ пяется бопьшая погрешность измерения исспецуемых вепичин, обусповпенная ухоцом цупевого напря>кения на выхоце усипитепя вспецствие конечной вепичины сопротивпения изопяции пьезоэпектри- > ческого цатп ка и напичия паразитных

ЭДС (в частности, термо-ЗДС) в пепи соеципения цатчика с усипитепем.

Даже при постоянном значении сопротивпения Й,„ изопяпии пьезоэпектричоского цатчика и постоянном напряжении Е эквияапентного паразитного

О источника ЭДС, ноцкпюченного носцецо-. ватепьно с цатчиком, нупевое выхоцное напряжение О Ь х (4) усилитепя непрерывц но изменяется, нарастая во времени по пинейпому закону п

u ()--- — ()

Qt>х р С

Е(епь изобретения — повышение точности за счет уменьшения токов утечки заряда пьезоэпемента и увепичения пос тоянной времени саморазряца.

Поставпенная цепь цостигается тем, что в пьезометрическом устройстве, соцер>хашем операционный усипитепь, пьезоэпемент с цвумя центрапьными эпектроцами, оцин из которых вкпкчен на инвертирующий вхоц операционного усипи- 50 теця, усипитепь выпопнен с эпектрометрическим вхоцным каскацом, а пьезоэпемент снабжен цопопнитепьным эпектроцом, распопо>кенным межцу цвумя центрапьными

eëeêTponâMè, при этом цопопнитепьный 55 эпекгроц заземпен, а второй пентрапьный эпектрсц поцкшочен к выхоцу усипит е!1я. а

Н!. черч еже прецставпена функпионапьная схема устройства.

Устройство соцержит операционный усипитепь 1, в пели обратной связи которого вкпючены кпюч 2 и трехэпектроц= ный пьезоэпемент 3. Поспецний имеет первый центрапьный эпектроц 4, поцкпюченный экранированным кабепем 5 к инвертирующему вхоцу 6 усипитепя 1, втоpoN пентрапьный протиповопожно пежащий эпектроц 7 (т. е. распопоженный на противопопожной грани пьезоппастиньr) и поцкпюченный к выхоцу 8 операционного усипитепя, а также цопопнитепьный периферийный эпектроц 9, поцкпючепный к общей шине 10 усипитепя, корпуса цатчика и источника питания (не показан).

Периферийный эпектроц 9 окружает оцин из центрапьных эпектроцов (в цанном спучае эпектроц 4) со всех сторон с обеспечением гарантированного зазора.

Другой (неинвертируюший) a>:oq операционного усипитепя 1 соецинен с общей шиной 10. Выхоц 8 операционного усипитепя является выхоцом всего пьезоэпектрического устройства.

Операционный усипитепь 1 в прецпочтитепьном варианте испопнения имеет эпектрометрический вхоцной KBGKE:n (хотя бы на инвертирующем ВКопе усипитепя) и коэффициент усиления, по напряжению не менее нескольких цесятков тысяч.

Устройство работает спецующим обра- зом.

Б исхоцном попожении кпюч 2 замкнут и на выхоце 8 имеет место отрегупированный начапьный уровень напряжения, практически равный нупю. Перец начаnîì эксперимента кшоч 2 размыкается, а выхоцное напряжение; операционного усипитепя 1 процолжает сохраняться HB исхоцном нупевом уровне.

В спучае, еспи во внешней цепи пъезоэпемента (пепи поцключения пентрапьных эпектроцов 4 и 7 к зажимам 6 и 8 усипитепя 1 ) возникает источник паразитной 9ДС F. (g j, что напряжение на выхоце 8 попучает приращение, в пюбой текущей момент времени t не превьнцающее вепичины - Е„(т. ), т, е, U„,õ (i Ä () (2)

Соотношение(2) вытекает из того, что напряжение U„ (4 ) на инвертирующем вхоце 6 усипителя опрецепяется суммой возникшего в момент времени напряжения Е О () и вы х одного напряжения Ut,zt< (t), попностью перецающегося на инвертирующий вхоц 6 операционз f0528 ного усипитепя па пепи обратной связи, т. е. через емкость пьезоэпемента 3, При этом

О„{+) = E„(tl+ 0 „«(

С другой стороны, выкоцное напряжение усипитепя 1 есть усипенное в (-К) раз напряжение U (Ф1, т. е. ц (g)=-y.0„(t) ° (41 ю еЫХо

Поцставпяя соотношение (3) в (4), получаем и„,„(t)=-K(E,(t) Ugly (М). (I „

Отсюда

Ке„{су

"вь!х, () -- К+, =- E„(<) { в)

Поспецняя часть равенства (6) имеет место при К Я 1, что всегца выпоцняется цпя любого операционного усипитепя.

Вспец расмотренной прецваритепьной стацией эксперимента происходит вкпюче- 2 ние исспецуемого объекта и поц цействием измеряемой сипы пьезоэпемент 3 вырабатывает электрический заряц, приводящий к пропорцнонапьному приращению напряжения на выкоце 8, которое регист93 4 рируется оконечным прибором (не показан). При неизменном значении повторяемой сипы выхоцное напряжение устройся» ва сохраняется на новом уровне практически неизмененным в течение неско)п» кик минут.

Обеспечение постоянства выкоцного напряжения, соответствующего измеряе.мой силе, цостигнуто в прецпагаемом устройстве бпвгоцаря тому, что эффектив ная постоянная времени caMopaspsaa ем кости пьезоэпемента 3 увепичена в 0,5 к )(К + 1) раз по сравнению с испопьзовв кием цвухэпектроцного пьезоэпементв, подключенного межцу выхоцом и инвертирующим входом операционного усилите пя 1.Тем самым снимается основной источник погрешности измерения квазиотатической сипы и других цпитепьно протекающих процессов при испопьзовании пьезоэпектрическик датчиков. Повыш .: ние точности измерения цпитепьно протекающик процессов (цо 10 мин) позвопяет осуществить также статическую грвдуировку пьезоэпектрического цатчика и всего измеритепьного тракта, что явпяется несомненным преимуществом цаже цпя измерительных систем, предназначенных цпя исспецования цинвмическик и кратковременных импупьсных процессов.

Состввитепь A. Северин

Редактор Н. Безродная Tentpeg М.Надь Корректор В. Гирняк

Заказ 8846/36 Тираж 973 Поцписное

ВНИИПИ Госуцврственного комитета СССР по цепам изобретений и открытий

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

Фипивп ППП Патент, г. Ужгород, уп, Проектная, 4