SU792150A1 - Voltage meter - Google Patents

Description

Наиболее близте м гслго;.-,.;.:;-.у.,.; ;,)еч-;; нием к данное:у ;чзг,б;.)аг11/:.0 ;v: устройсгьс д.о;. -.;;v;o vv ;;. ;.:: vy: напр жени , -rn-r-p/ve с;, :.,. с;; :.. :;..,-:;- ;/:;;Closest to them; .-,.;.:; -....,.; ;,) ech- ;; nia to this: y; chzg, b;.) ar11 /:. 0; v: device do ;. -. ;; v; o vv ;;. ;. :: vy: stresses, -rn-r-p / ve s ;,:.,. with;; : ..:; .., -:; -; /: ;;

М8НТ, к ЭЛеКТрОЦаМ XO -r/pv/:. ;|Г,,г о - . ;;M8NT, to ELECTROCAM XO -r / pv / :. ; | G ,, g about -. ;;

изглернемсе ааир  ;-:эк;:;о, К|Ор:-5р.:ЗСзе: :: ;деформации в электрггзесЕдао ззоОччкну (пьезорезонатор) и указатегль,  ричем, преобразователь деформации,  в1:жошш5с  пьезоэлектрическим резонатором; зыпсл ненным КЗ линейного кристалла кзарп в виде удлиненной в направпеник сек пластины AT - среза, снабжекмой злзхз одами дл  включени  з схзыу аазоГз--. нератора и механически жестко св занНой г Торцами упом нутого пьезоэле™ мента. Причем, пьезоэлемент и пьезсрэ зонатор выпо.лнены из одного матер аг-.с: кварца, а точки кх механическсгс сУз-динени  расположень вдоль оси X j -3 ,izglernemse aair; -: ek;:; o, K | Op: -5р.: ЗСзе: ::; deformations in electrically freezers with a zooOpchknu (piezoresonator) and a pointer, deformation converter, deformations, in 1: joshsh5 with a piezoelectric resonator; Complied with short-circuit of a linear kzarp crystal in the form of an AT-slit elongated in the direction of a penny, supplied with a shield for switching on into the azohm -... and mechanically rigidly connected by the ends of the mentioned piezoelement ment. Moreover, the piezoelectric element and the piezreson zonator are made of one material ag-.c: quartz, and the points kx are mechanically xUz-dinin located along the axis X j -3,

Недостатками прототипа  злгютс ; недостаточна  точность измеренач, св .-занна  с использованием лкнйккзг-з пзэ-зоэлектрического кристалла тшарца; у которого числанткыз зз -зкзз пьеззк-з-:фициентов малы, а, следозатагагНЗ; к-згз и возникаюл:; 9 пзфррмзтт .И; : вод т к малым ЗЗМЗЕЗКИЯМ чзз.з :: з-дающего размэра :1ьз ор8зозз::ч:р з зрзмен емык АТ-Зрез пластины-ч:зазг(р -- тимизирозе:; г:-пь:сз v):: .3:3.3,:,. коэффициенту частоты, г. не ас 3iv:333rv:3му параметру; налинейнссть иткалы з;..з5рени , поскольку прк Л1шейкой двфзрг-тз-. ции, относительное измэмен.ие чзз. пъезорезонатора описызазтсу иэгатзейзой функцией упругих модулем зтззз з : трз тьего пор дков, что пркволиг к нзз;з:(сй- ной зависимос1и выходнрго пзра1ч-лзтр2 зз величины измер емопо напр жени .The disadvantages of the prototype zlguts; insufficient accuracy of measurement, St.-zanna using lcnkzgzz pze-zoelectric crystal tshartsa; in which the number of zyz-zkzzz piezk-z-: beneficiaries are small, and, sodozatagagNZ; to-zhz and arose :; 9 pzfrrmztt .I; : water to small SPZMZYKIYAM chzz.z :: s-giving the size of: 1hz or8ozzoz: h: p from zrzmen emyk AT-Zrez plate-h: zazg (p - thymizyrose :; g: -f: cz v): : .3: 3.3,:,. frequency coefficient, m. not ac 3iv: 333rv: 3rd parameter; on the linear itkalah s; .. fuck, since prk L1 neck dvfzrg-tz-. tion, relative imenmen.ie chz. piezoresonator descriptive and eagatzeizy function of elastic moduli z: three orders of magnitude, which is suitable for the sps; 3: (the dependence of the output pzprah-lztr2 z the size of the measured voltage.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и получение линейной зависимости выходного сигнала от измер емого напр жени .The aim of the invention is to improve the accuracy and obtain a linear dependence of the output signal on the measured voltage.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном устройстве, содержщем пьезорезонатор, снабженный первой парой электродов, расположенных на противоположных гран х пьезрезонатора , и подключенных к схеме генератора , смеситель и индикатор дополнительно введены генератор и конденсатор , пьезорезонатор снабжен второй пв-« рой электродов, расположенных на противоположных гран х пьезорезонатора, каж . дый из электродов второй пары подключ через упом нутые конденсаторы к введе ному генератору, подключение каждогоThe goal is achieved by the fact that in a known device containing a piezoresonator equipped with a first pair of electrodes located on opposite faces of a piezresonator and connected to a generator circuit, a mixer and an indicator, the generator and a capacitor are additionally inserted, the piezoresonator is equipped with a second set of electrodes arranged on the opposite edges of the piezoresonator, each. one of the electrodes of the second pair is connected through the aforementioned capacitors to the input generator, each

35pjji К гзпэратору гззж E;,;}iG3iv:з{о 3;рзз ioii.uGHcarop)i, а . .; . 3.---: ..р;г;у3,.-: з.1:::::х злекгрода ,.3..:..,:..:; it;..j г;зрбп1з кагуилш кндук .:1. ..;.- 3..eii-3.t3iTb г-,.зчпу собой, причем йзмузгезм-е напр жен.э подключено к зДКз-З з:о5 з зкгрсдоз каждой пары через зтсрью казушки икду13 кв ссти,.35pjji To gzperatoru gzzh E;,;} iG3iv: s {about 3; rzz ioii.uGHcarop) i, a. ; . 3 .---: ..р; г; у3, .-: з.1 ::::: z zlegroda, .3 ..: ..,: ..:; it; .. j g; zrbp1z kaguilsh knduk.: 1. ..; .- 3..eii-3.t3iTb r - ,. zchpu by itself, and the physical bus is connected to the ppc-W: o5 from each pair through each kazushka and 13 square meters ,.

Усзрсйстдз содержит пьезорезистор, которьй выполнен из нелинейного пье,зокрисгаатта , nanpjsviep, мокохристалла нхобага лиз:кз;зUszrsystdz contains a piezoresistor, which is made of non-linear pied, zokrisgaatta, nanpjsviep, mokhochristla nhobaga liz: kz; s

На - TRPTsxte шэедс азлзЕа электрическа  зхзтза устрзйз:за.On - TRPTsxte Shades Azela Electric Electrical Equipment: For.

УслЗззззво зззтсз;:г 3 пь9зсрезона. тсра ;.; зъгоолнззнсзс кз кзлиззйзсзо пьезокристш1ла Б плас ины, к которой две лрОГиволе :аптЕе па-ээ.злзльныеCondotzdz zzztszz;: g 3 p9zresreona. tsra; zgololnzznszs kz kzlizizizzzo piezocrystal B pls ins, to which two of the heroes: apt ee pa-e.ezlzlye

ыаль к 3-:зззетз ysT наппаэлениюG to 3-: Zzzetz ysT

. з-зззапь; .,:..зт ;73зз.зщ;Э злекТ .;7зь р : 3, -J vi;f поз л ;.рз:..л3 1эцгро . zzzap; .: ... .. zt; 73zz.zsc; E zlK.; 7z p: 3, -J vi; f pos;; rz: .. l3 1etsgro

Не;зэЗлзз;:;зз;,з9 электроды 6 и 9, после- ;з:.-...3.3:3 зздзаэнныз между собой че-393 /Ззву: ГЗЗуЦЖу И ДртТИБНОСТИ 10,Not; zeZlz;:; sz;, z9 electrodes 6 and 9, after; h:.-... 3.3: 3 separated between themselves through Th-393 / Star: GZZUTSZHU AND DTI STABILITY 10,

ззд x3:3 v3H3r з к.земме 1 i, ка которую з:зд 3л33 33i33nqeMoe Еапр жекиэ через ..: 3j.33:pv зздукз аз остз J..2.zzzd x3: 3 v3H3r from k.zem 1 i, which is: h: building No. 33333 33i33nqeMoe Eapprzkie through ..: 3j.33: pv zduks zosz J..2.

-:лЗ;33ззз)з-1з(ие з.пел;гродь; 7 и 8, зоз.пздзойгззьпо зоедине нь-е между собой -дзраз лерзудо катуижу индуктивности 13 псдх7Г3-езг1 Z клемме 14, на которую подаэзз  ззмзз емое напр жение через .зчтуаку и дук изнсст { з5.-: LZ; 33ZZZ) S-1Z (and ZEPEL; Grod; 7 and 8; through .cchtauku and dukznsst {z5.

.зо -са11тие элехтрсды 6 и 8, з&рез зонденсаторы 16 и 17 подключены к генератору 4, а противолежащие электроды 7 и 9, через конденсаторы 18 и 1 подключены к генератору 5, Выходы генерат-оров 4 и S подключены ко входу смесител  20, к выходу которого подключен индикатор 21..So-11a Elekthrsdy 6 and 8, C & Cut Sensors 16 and 17 are connected to the generator 4, and the opposite electrodes 7 and 9, through capacitors 18 and 1 are connected to the generator 5, the Outputs of the generators 4 and S are connected to the input of the mixer 20 , the output of which is connected to the indicator 21.

Устройство работает следующим образом . До Подключени  :измер емого i напр жени  (J v на клеммы Ilk 14, возбуждающее напр жение с двух одинаковых генераторов 4 и 5, подаетс  на соответствующие электроды 6, 8, 7 к 9, через конденсаторы 16, 17, 18 и 19. При этом на частоте возбуждаетс  пьезорезонатор. Сигналы с генераторов 4 и 5 частоты fp поступают на вход смесител  20. При этом, разностный сигнал с выхода смеситал  равен нулю. Измер емое напр жение, подключенное кThe device works as follows. Before Connecting: measured i voltage (J v to terminals Ilk 14, energizing voltage from two identical generators 4 and 5, is applied to the corresponding electrodes 6, 8, 7 to 9, through capacitors 16, 17, 18 and 19. When This causes the piezoresonator to be excited at a frequency. The signals from the oscillators 4 and 5 of the frequency fp are fed to the input of the mixer 20. At the same time, the difference signal from the mixer output is zero. The measured voltage connected to

клеммам li и ч.4, поступает через катушки и гдуктиБР1ости 12, 15, 10 и 13 к накрестлежаплтм электродам 6 и 9, 7 и 9. Индуктивность катушек 10, 13, 12 и 15 выбираетс  таким образом, чтобы источник измер емого напр жени  при подключении не вли л на i частоту колебаний генераторов 4 и 5. Емкость с конденсаторов 16, 17, 18 и 19 выбираетс  из услови  С 7 Ср, где Ср- электрическа  емкость пьезорезонатора. Рабочее напр жение конденсаторов .должно соответствовать вел1гч1гне верхнего предела шкалы измерений. Измерительное наар жение создает в объеме пьезорезонато- ра 1, вьшолненного из нелинейного гге езоэлектрвлескогоА кристалла, электрическое поле, которое за счет упругоэлектрического эффекта, заключающегос  в изменении ттругости кристалла от величины напр женности электрического пол , приводит к изменению частоты колебаний резонатора. Нелинейные пьезоэлектрические кристаллы характеризуютс  большим изменением частотной посто нной среза кристапла от величины электрического пол . Относительное изменение частотыл1/{ пьезорезонатора из нелинейного ньезокристалла, от величины напр жености электрического пол  Е, описываетс  вьфажением:terminals li and part 4, goes through coils and conductors 12, 15, 10 and 13 to crosswise electrodes 6 and 9, 7 and 9. The inductance of coils 10, 13, 12 and 15 is chosen so that the source of the measured voltage at The connection did not affect the oscillation frequency of the oscillators 4 and 5. The capacitance from the capacitors 16, 17, 18 and 19 is chosen from the condition C 7 Cf, where Cf is the electrical capacitance of the piezoresonator. The operating voltage of the capacitors must correspond to the value of the upper limit of the measurement scale. In the volume of a piezoresonator 1, made from a nonlinear GEO-erectA crystal, the electric field, which due to the elastic-electric effect, consisting in the variation of the crystal elasticity on the intensity of the electric field, leads to a change in the oscillation frequency of the resonator. Nonlinear piezoelectric crystals are characterized by a large change in the frequency constant of the Kristapp slice as a function of the electric field. The relative change in the frequency 1 / {of the piezoresonator of a nonlinear noncrystalline, depending on the strength of the electric field E, is described by the extrusion:

.2.2

..обЕ + рЕ , .. O + pE,

где 0(, и Р) Коэффициенты,  вл ющиес  комбинаци ми упругих модулей второго пор дка и упр тоэлектрических коэффициентов кристалла. Характер изменени  частоты нелинейного пьезоре- зонатора определ етс  типом колебани , направлением распространени  и направлением приложени  электрического пол . Выбор направлени  распространени  и типа колебаний, а также направлени  приложени  электрического напр жени , позвол ет определить срез кристалла и изготови1ъ дтьезорезонатор, который обладает максжлально--линейной завнси- мостью изменени  частоты от величины измер емого напр жени , т.е. дл  которого величина коэффициента (X, мнозгчз больше коэффициента /3 . Такой срез может обладать некоторым температурным Коэффициентом частоты. Поэтому, повышение термостабильности в данном устройстве достигаетс  конструктивным выполнением резонатора, а именно, Применением на одном кристаллическом срезе двух наз электродов 6, 7, 8 и 9where 0 (, and P) are the coefficients, which are combinations of second-order elastic moduli and the simple electric coefficients of the crystal. The nature of the change in the frequency of the nonlinear piezoresonator is determined by the type of oscillation, the direction of propagation and the direction of application of the electric field. The choice of the direction of propagation and the type of oscillations, as well as the direction of application of the electrical voltage, makes it possible to determine the cut of the crystal and the fabrication of a resonator that has a maxillary-linear variation in the frequency from the value of the measured voltage, i.e. for which the magnitude of the coefficient (X, mnzgzz more coefficient / 3. Such a slice may have some temperature frequency factor. Therefore, increasing thermal stability in this device is achieved by the constructive implementation of the resonator, namely, the use of two 6, 7, 8 electrodes on a single crystal slice and 9

включенных в схемы двух одинаковых генераторов .included in the schemes of two identical generators.

Перекрестное включение электродов 6 и 9 и 7 -8 к измер емому напр же5 нию приводит к тому, что, например, сигнал с генератора 4 будет иметь частоту i,-. + Аг , а сигнал с генератора 5:The cross-connection of electrodes 6 and 9 and 7-8 to the measured voltage leads to the fact that, for example, the signal from generator 4 will have frequency i, -. + Ar, and the signal from generator 5:

ffff

XQ - Л. ± . Сигналы с генераторов 4 и 5 поступают на вход смесител  20,XQ - L. ±. The signals from the generators 4 and 5 are fed to the input of the mixer 20,

0 в котором выдел етс  разностный сигнал частотой 2д . Этот сигнал регистрируетс  индикатором 21, шкала которого проградунрованав вольтах.0 in which a difference signal of frequency 2d is extracted. This signal is recorded by an indicator 21, the scale of which is by voltages.

Предлагаемое устройство при изготовлении пьезореэонаторов из монокристаллов ниобата и танталата лити  с размерами 10 X 5 X 2 мм и выполнении электродов 6, 7, 8 и 9, площадью 16 мм каждый путем нанесени  на про-The proposed device in the manufacture of piezoreonators of single crystals of niobate and lithium tantalate with dimensions of 10 X 5 X 2 mm and the implementation of electrodes 6, 7, 8 and 9, 16 mm each, by applying on

тивоположные параллеЯьные грани 2 и 3 с помощью вакуумного напылени  серебра , а также при ориентации нормали к гран м вдоль оси Y или1. кристалла и ориентации длины пластины пьезорезона торов вдоль направлени  оси X имело точность измерени  напр жени  0,02%. Parallel parallel faces 2 and 3 using silver vacuum deposition, as well as with orientation of the normal to the grains along the Y or 1 axis. the crystal and the orientation of the length of the piezoresonator plate along the direction of the x axis had a voltage measurement accuracy of 0.02%.

Поскольку, диапазон измерений определ етс  геометрией пьезорезонатора и на-Since the measurement range is determined by the geometry of the piezoresonator and

Q пр жением пробо , то использу , дл  этого пластины большей толщины и увеличива  рассто ние между электродами на поверхности , можно расширить диапазон измерений до ± 1О кв.Q by breaking down, using, for this purpose, plates of greater thickness and increasing the distance between the electrodes on the surface, it is possible to extend the measurement range to ± 1 O q.

Использование данного устройства дл  измерени  напр жени  по сравнению с существующими устройствами обеспечивает следующие преимущества: линейность щка-1 лы в широком диапазоне измер емых напр жений , что достигаетс  выбором типа колебаний пьезорезонатора, направлением распространени  колебаний и направлением приложени  электрического напр жени ; большое входное сопротивление и мала  входна  емкость, необходимые дл  подключени  устройства к неизвестным измер емым источникам напр жени  без изменени  выходных характеристик. Так, в случае использовани  в устройстве резонатора из ниобата лити , входное сопротивление составило 2х10 Ом, а входна  емкость 6 пф. В случае использовани  танталата лити ; входное сопротивление составило 5x10 Ом, входна  емкостьThe use of this device for measuring voltage in comparison with existing devices provides the following advantages: linearity of the jaw-1 in a wide range of measured voltages, which is achieved by choosing the type of oscillations of the piezoresonator, the direction of propagation of oscillations and the direction of application of electric voltage; large input impedance and low input capacitance required to connect the device to unknown measured voltage sources without changing the output characteristics. Thus, in the case of using a niobate lithium resonator in the device, the input resistance was 2x10 ohms, and the input capacitance was 6 pf. In the case of using lithium tantalate; input impedance is 5x10 Ohm, input capacitance

f 4 пф; повышение точности и термостабильности устройства достигаетс  путем использовани  на одной пластине пьечзорезона- тора двух пар электрода, включенных в схему двух одинаковых 1 енераторов иf 4 pf; Improving the accuracy and thermal stability of the device is achieved by using on a single plate of a piezo-resonator two electrode pairs included in the circuit of two identical 1 generators and

Claims (2)

Формула изобретения WClaims W 1. Устройство для измерения напряжения, содержащее пьезорезонатор, снабженный первой парой электродов, расположенных на противоположных гранях 15 пьезорезонатора и подключенных к схеме генератора, смеситель и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и получения линейной зависимости выходного сигнала от 20 измеряемого напряжения, дополнительно введены генератор и конденсаторы, пьезорезонатор снабжен второй парой электродов, расположенных на противоположных гранях пьезорезонатора, каждый из элект родов второй пары подключен через упомянутые ’ кондёсаторы к введенному генератору, подключение каждого из электродов первой пары к генератору также выполнено через конденсаторы, а каждые два накрестлежаших электрода обеих пар через первые катушки индуктивности соединены между собой, причем измеряемое напряжение подключено к одному из электродов каждой пары через вторые катушки индуктивности.1. A device for measuring voltage, containing a piezoelectric resonator, equipped with a first pair of electrodes located on opposite sides of the 15 piezoresonator and connected to a generator circuit, a mixer and indicator, characterized in that, in order to improve accuracy and obtain a linear dependence of the output signal from 20 measured voltage , an additional generator and capacitors are introduced, the piezoresonator is equipped with a second pair of electrodes located on opposite faces of the piezoresonator, each of the electrodes of the second pair it is connected through the mentioned 'capacitors to the introduced generator, the connection of each of the electrodes of the first pair to the generator is also made through capacitors, and every two transversely electrodes of both pairs are connected to each other through the first inductors, and the measured voltage is connected to one of the electrodes of each pair through the second coils inductance. 2. Устройство по π. 1, о т л и чающее с я тем, что .резонатор выполнен из нелинейного пьезокристалла, например, монокристалла ниобата лития.2. The device according to π. 1, the fact that the resonator is made of a nonlinear piezocrystal, for example, a lithium niobate single crystal.