Ультразвуковой преобразователь



Ультразвуковой преобразователь
Ультразвуковой преобразователь
Ультразвуковой преобразователь

 


Владельцы патента RU 2566530:

КРОНЕ АГ (CH)

Изобретение относится к ультразвуковому преобразователю. Ультразвуковой преобразователь как существенная часть ультразвукового расходомера, с корпусом преобразователя, имеющим ультразвуковое окно, корпусную трубку и корпусный фланец, и преобразовательным элементом, выполненным для передачи и приема ультразвуковых волн и предусмотренным либо вблизи ультразвукового окна корпуса преобразователя, либо на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем предусмотрена относительно мягкая механическая система сопряжения, предпочтительно имеющая по меньшей мере один слабо связанный механический резонатор или по меньшей мере два слабо связанных механических резонатора, отличается тем, что предусмотрена вторая мягкая механическая система сопряжения, причем из двух систем сопряжения одна система сопряжения расположена с ближней к ультразвуковому окну стороны корпусного фланца, а другая система сопряжения расположена с дальней от ультразвукового окна стороны корпусного фланца, при этом система сопряжения, предусмотренная с ближней к ультразвуковому окну стороны корпусного фланца, на своем ближнем к ультразвуковому окну конце соединена с корпусной трубкой, а на своем удаленном от ультразвукового окна конце соединена с корпусным фланцем, и система сопряжения, предусмотренная с дальней от ультразвукового окна стороны корпусного фланца, на своем удаленном от ультразвукового окна конце соединена с корпусной трубкой, а на своем ближнем к ультразвуковому окну конце соединена с корпусным фланцем. Технический результат - повышение устойчивости ультразвукового преобразователя к колебаниям. 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к ультразвуковому преобразователю в качестве существенной части ультразвукового расходомера, с корпусом преобразователя и с преобразовательным элементом, причем корпус преобразователя имеет ультразвуковое окно и корпусную трубку, преобразовательный элемент выполнен для передачи и приема ультразвуковых волн и предусмотрен либо вблизи ультразвукового окна корпуса преобразователя, либо на расстоянии от ультразвукового окна корпуса преобразователя, и причем предусмотрена относительно мягкая механическая система сопряжения. При этом корпус преобразователя может иметь ультразвуковое окно в первой области. Ультразвуковые волны распространяются, как правило - в виде корпусных волн, из первой области корпуса преобразователя через передающую вторую область корпуса преобразователя в находящуюся напротив первой области первого корпуса преобразователя третью область корпуса преобразователя. Относительно мягкая механическая система сопряжения может быть предусмотрена во второй области корпуса преобразователя и может иметь по меньшей мере один слабо связанный механический резонатор, преимущественным образом два слабо связанных механических резонатора.

В промышленности придается особое значение измерительной, управляющей, регулирующей технике и технике автоматизации. Это относится, прежде всего, к измерительной технике, которая является основой управляющей, регулирующей техники и техники автоматизации. Важной областью измерительной техники является расходомерная техника (ср. с развернутым изложением профессора, доктора естественных наук Отто Фидлера (Otto Fiedler) „Stromungs - und DurchfluBmeBtechnik", R. Oldenbourg Verlag Mtinchen 101992). Для расходомерной техники особое значение имеют (см. „Stromungs - und DurchfluBmeBtechnik", там же) устройства для измерения расхода по механическим принципам действия, прежде всего поплавковые расходомеры и кориолисовые расходомеры, тепловые расходомеры, магнитно-индукционные расходомеры, а также ультразвуковые расходомеры.

В ультразвуковых расходомерах используется эффект, заключающийся в том, что в транспортируемой по измерительной трубе среде на скорость распространения ультразвукового сигнала налагается скорость транспортировки среды. Таким образом, если среда транспортируются в направлении ультразвукового сигнала, то измеренная скорость распространения ультразвукового сигнала по отношению к измерительной трубе больше, чем в покоящейся среде, а если среда транспортируется против направления ультразвукового сигнала, то скорость ультразвукового сигнала по отношению к измерительной трубе меньше, чем в покоящейся среде. За счет эффекта сопутствующего движения время распространения звукового сигнала между передатчиком звука и приемником звука - передатчик звука и приемник звука являются ультразвуковыми преобразователями - зависит от скорости транспортировки среды относительно измерительной трубы и, следовательно, относительно ультразвукового преобразователя, то есть относительно передатчика звука и приемника звука.

В ультразвуковых расходомерах проблематичным является то, что выработанные в ультразвуковом преобразователе ультразвуковые волны или же принятые ультразвуковым преобразователем ультразвуковые волны передаются в окружающую среду ультразвукового преобразователя не только с передающей и/или приемной стороны корпуса преобразователя, но что переданные или принятые ультразвуковые волны передаются также через корпус преобразователя, в определенных случаях даже через держатель корпуса. Это является проблематичным не только потому, что при определенных обстоятельствах значительная часть мощности приемника или же мощности передатчика «теряется», а это является проблематичным скорее, прежде всего, потому, что переданные на корпус преобразователя посредством так называемых перекрестных наводок ультразвуковые волны могут привести также к значительным помехам с приемной стороны. Это основывается на том, что с приемной стороны невозможно, например, различить, были ли приняты принятые ультразвуковые волны через среду (полезный сигнал) или через корпус преобразователя.

Прежде всего при применении ультразвуковых расходомеров для измерения расхода газообразных сред передаваемая от ультразвукового преобразователя в газообразную среду доля энергии колебаний по сравнению с общей выработанной энергией колебаний является очень малой, так что здесь проблема перекрестных наводок является особенно существенной.

Из уровня техники известны различные меры для того, чтобы снизить ранее поясненные перекрестные наводки, то есть возникновение корпусных волн. Некоторые меры включают в себя задачу недопущения даже возникновения такого рода корпусных волн. К ним относятся, например, определенные формы выполнения ультразвукового окна корпуса преобразователя на предмет особенно хорошего согласования полного сопротивления для максимизации переданной доли энергии или на предмет определения параметров ультразвукового окна как λ/4-слоя для снижения отражений. Другие меры имеют дело с тем, чтобы воспрепятствовать дальнейшей передаче уже возникших корпусных волн, например посредством рассогласованных акустических переходов полного сопротивления.

За счет немецкой выложенной заявки 102008033098 и равнозначной по содержанию европейской выложенной заявки 2148322 описанный вначале ультразвуковой преобразователь, из которого исходит изобретение, относится к уровню техники. В данном ультразвуковом преобразователе реализована другая мера по предотвращению передачи корпусных волн на корпус преобразователя ультразвукового преобразователя посредством того, что во второй области корпуса преобразователя предусмотрена относительно мягкая механическая система сопряжения, и система сопряжения имеет по меньшей мере два слабо связанных, действующих по существу друг за другом в направлении распространения корпусных волн механических резонатора.

Посредством механических резонаторов, а именно посредством возбуждения колебаний механических резонаторов, является возможным, прежде всего, местное «улавливание» транспортируемой ультразвуковыми волнами энергии. Механические резонаторы являются, как правило, описываемыми как системы «пружина-масса», причем в реальных системах «пружина-масса» свойство пружин, а именно зависящее от отклонения действие силы, не является реализуемым без внесения хотя бы очень малого приращения к массе резонатора, точно так же как масса вследствие ее конструктивного внесения в резонатор тоже всегда влияет на амортизационную способность системы «пружина-масса»; конструктивно пружина и масса не являются полностью отделимыми друг от друга.

Благодаря последовательному расположению по меньшей мере двух механических резонаторов в направлении распространения корпусных волн достигается то, что корпусные волны для достижения из первой области корпуса преобразователя третьей области корпуса преобразователя и наоборот должны пересечь все резонаторы. Благодаря слабой связи обоих резонаторов достигается то, что резонаторы представляют собой, в целом, большее препятствие для корпусных волн, чем это имеет место при крепко сопряженных резонаторах, даже если в остальном им свойственны одинаковые колебательные характеристики. При крепком механическом сопряжении колебание одного резонатора передается на соседний резонатор практически непосредственно, что при слабой механической связи не происходит, хотя здесь механическое взаимодействие между соседними резонаторами, разумеется, тоже имеет место.

В дальнейшем ранее описанная, состоящая по меньшей мере из двух слабо связанных механических резонаторов система сопряжения называется также «относительно мягкой механической системой сопряжения», и в отношении возможностей реализации для предотвращения повторений делается ссылка на объем раскрытия немецкой выложенной заявки 102008033098 или же параллельной европейской выложенной заявки 2148322; настоящим объем раскрытия этих предварительно опубликованных печатных изданий безоговорочно становится также объемом раскрытия в сочетании с настоящим изобретением.

Лежащая в основе изобретения задача состоит в том, чтобы усовершенствовать ультразвуковой преобразователь, из которого исходит изобретение, в отношении предотвращения передачи корпусных волн.

Предложен ультразвуковой преобразователь как существенная часть ультразвукового расходомера. Ультразвуковой преобразователь содержит корпус преобразователя, имеющий ультразвуковое окно, корпусную трубку и корпусный фланец, и преобразовательный элемент, выполненный для передачи и приема ультразвуковых волн и предусмотренный либо вблизи ультразвукового окна корпуса преобразователя, либо на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя. При этом предусмотрена относительно мягкая механическая система сопряжения, предпочтительно имеющая по меньшей мере один слабо связанный механический резонатор или по меньшей мере два слабо связанных механических резонатора. Для решения поставленной задачи предусмотрена вторая мягкая механическая система сопряжения, причем из двух систем сопряжения одна система сопряжения расположена с ближней к ультразвуковому окну стороны корпусного фланца, а другая система сопряжения расположена с дальней от ультразвукового окна стороны корпусного фланца, при этом система сопряжения, предусмотренная с ближней к ультразвуковому окну стороны корпусного фланца, на своем ближнем к ультразвуковому окну конце соединена с корпусной трубкой, а на своем удаленном от ультразвукового окна конце соединена с корпусным фланцем, и система сопряжения, предусмотренная с дальней от ультразвукового окна стороны корпусного фланца, на своем удаленном от ультразвукового окна конце соединена с корпусной трубкой, а на своем ближнем к ультразвуковому окну конце соединена с корпусным фланцем.

Благодаря предлагаемому расположению двух систем сопряжения по обе стороны фланца эти системы колеблются противофазно. Технический результат, достигаемый при, эта система сопряжения сама начинает колебаться и может передавать эти колебания на весь ультразвуковой преобразователь, что отрицательно сказывается на выполняемые с помощью ультразвукового преобразователя измерения. Благодаря двум противофазно колеблющимся системам сопряжения, расположенным с противоположных сторон фланца, это отрицательное влияние колебаний существенно уменьшается или вообще устраняется.

Как указано выше, предлагаемый в изобретении ультразвуковой преобразователь, усовершенствованный в отношении предотвращения передачи корпусных волн, имеет вторую мягкую механическую систему сопряжения. При этом вторая система сопряжения может быть реализована по существу соответственно первой системе сопряжения. Для этого в этом месте еще раз делается ссылка на объем раскрытия немецкой выложенной заявки 102008033098 и параллельной европейской немецкой выложенной заявки 2148322.

В ультразвуковом преобразователе, из которого исходит изобретение, преобразовательный элемент предусмотрен на нижнем конце корпуса преобразователя, то есть на конце, который обращен к текущей среде или даже вдается в текущую среду. Механическая система сопряжения реализована более или менее на верхнем конце корпуса преобразователя, некоторым образом тоже является частью корпуса преобразователя. Область корпуса преобразователя, в которой предусмотрен преобразовательный элемент, далее названа первой областью корпуса преобразователя, верхняя область третьей областью, а расположенная между первой областью и третьей областью область второй областью, а именно передающей второй областью корпуса преобразователя, через которую корпусные волны распространяются в направлении третьей области корпуса преобразователя. Известный ультразвуковой преобразователь, из которого исходит изобретение, может быть описан также в том отношении, что он выполнен состоящим из трех частей, а именно он имеет нижнюю первую, принимающую преобразовательный элемент область, передающую вторую область и верхнюю третью область, к которой относится система сопряжения. Нижняя первая область, передающая вторая область и верхняя третья область соответственно соединены между собой, например, посредством сварки. Передающая вторая область может быть корпусной трубкой, верхний конец корпуса преобразователя может быть выполнен в виде корпусного фланца. Нижняя первая область корпуса преобразователя, передающая вторая, выполненная в виде корпусной трубки область корпуса преобразователя, система сопряжения и корпусный фланец расположены последовательно.

С учетом того, что до настоящего времени сделано в отношении известного ультразвукового преобразователя, из которого исходит изобретение, становится особенным образом очевидным другое техническое решение изобретения, которому снова придается особенное значение. Согласно ему ультразвуковой преобразователь согласно изобретению дополнительно отличается тем, что из обеих систем сопряжения одна система сопряжения расположена на ближней к преобразовательному элементу стороне корпусного фланца, а другая система сопряжения расположена на дальней от преобразовательного элемента стороне корпусного фланца. В деталях это может быть реализовано так, что предусмотренная на ближней к преобразовательному элементу стороне корпусного фланца система сопряжения на своем ближнем к преобразовательному элементу конце соединена с корпусной трубкой, а на своем удаленном от преобразовательного элемента конце соединена с корпусным фланцем, и что предусмотренная на дальней от преобразовательного элемента стороне корпусного фланца система сопряжения на своем удаленном от преобразовательного элемента конце соединена с корпусной трубкой, а на своем ближнем к преобразовательному элементу конце соединена с корпусным фланцем. Таким образом, в данной особо предпочтительной форме выполнения ультразвукового преобразователя согласно изобретению обе системы сопряжения являются действующими антипараллельно. Исходящие от преобразовательного элемента корпусные волны в ближней к преобразовательному элементу системе сопряжения, на одной стороне, и в дальней от преобразовательного элемента системе сопряжения, на другой стороне, оказывают в отношении корпусного фланца частично, преимущественным образом полностью, компенсирующееся действие.

Ранее было описано, как, преимущественным образом, соединены системы сопряжения с корпусной трубкой и корпусным фланцем. Это соединение может быть реализовано, разумеется, различным образом. Преимущественным образом, ближний к преобразовательному элементу конец ближней к преобразовательному элементу системы сопряжения и дальний от преобразовательного элемента конец дальней от преобразовательного элемента системы сопряжения сварены с корпусной трубкой. При этом, но не только при этом, рекомендуется форма выполнения, в которой дальний от преобразовательного элемента конец ближней к преобразовательному элементу системы сопряжения и ближний к преобразовательному элементу конец дальней от преобразовательного элемента системы сопряжения выполнены в виде единого целого с корпусным фланцем.

В известном ультразвуковом преобразователе, из которого исходит изобретение, и в описывавшемся до сих пор ультразвуковом преобразователе согласно изобретению преобразовательный элемент находится на обращенном к среде конце корпуса преобразователя или же в нем.

Преобразовательные элементы в ультразвуковых преобразователях зачастую являются пьезоэлементами, которые нельзя применять выше определенной температуры, точки Кюри. С учетом этого в уровне техники имеются также ультразвуковые преобразователи, в которых преобразовательные элементы предусмотрены на удаленном от среды конце, а выработанный ультразвук подводится к ультразвуковому окну через рупор и боковую поверхность рупора (ср., кроме того, с описанием немецкого патента 19812458 и с равнозначным по содержанию описанием европейского патента 1046886). Прежде всего в таких ультразвуковых преобразователях, но не только в таких ультразвуковых преобразователях, рекомендуется, прежде всего, снабдить систему сопряжения или же системы сопряжения обегающей снаружи канавкой или же обегающими снаружи канавками, то есть как бы реализовать эластичный шарнир между одним механическим резонатором и другим механическим резонатором. При этом рекомендуется выполнить канавки в основании канавки в форме дуги окружности или снабдить переходами в форме дуги окружности к боковым сторонам канавки, благодаря чему могут быть предотвращены частичные механические перегрузки.

Согласно другому техническому решению согласно изобретению, которое имеет значение вместе с тем, которое описывалось до сих пор, но которое имеет значение также отдельно от него, ультразвуковой преобразователь согласно изобретению отличается тем, что внутри корпуса преобразователя предусмотрен звукопоглощающий материал, прежде всего бронзовый гранулят или бронзовый порошок. Для того чтобы этот звукопоглощающий материал не мог проникнуть в ультразвуковое окно, которое, конечно, должно оставаться свободным, также предусмотрено, что корпус преобразователя на своем ближнем к ультразвуковому окну конце имеет предотвращающий проникновение звукопоглощающего материала в ультразвуковое окно разделительный диск.

Если под ультразвуковым преобразователем понимается такой, какой известен из описания немецкого патента 19812458 и из равнозначного по содержанию описания европейского патента 1046886, то есть в котором преобразовательный элемент предусмотрен на удаленном от ультразвукового окна корпуса преобразователя конце, и между преобразовательным элементом и ультразвуковым окном предусмотрен ультразвуковой волновод, то рекомендуется предусмотреть окружающую ультразвуковой волновод защитную трубку. Предусмотренный внутри корпуса преобразователя звукопоглощающий материал должен в любом случае гасить только корпусные волны и, разумеется, не должен оказывать отрицательного влияния на передаточные характеристики ультразвукового волновода.

Предусмотренный внутри корпуса преобразователя в описанной в последнюю очередь форме выполнения ультразвукового преобразователя согласно изобретению звукопоглощающий материал действует только тогда или же действует особенно хорошо только тогда, когда он находится внутри корпуса преобразователя под определенным давлением. Следовательно, рекомендуется предусмотреть на удаленном от ультразвукового окна конце корпуса преобразователя действующее на звукопоглощающий материал устройство создания давления. Преимущественным образом, данное устройство создания давления имеет подпертую на одной стороне корпусом преобразователя и действующую на другой стороне на звукопоглощающий материал пружину, прежде всего пакет тарельчатых пружин.

Теперь имеются различные возможности оформления и усовершенствования в деталях ультразвукового преобразователя согласно изобретению. Для этого делается ссылка на зависимые пункты формулы изобретения и на описанные в дальнейшем в сочетании с фигурами и представленные в фигурах примеры выполнения. На фигурах показано:

Фиг. 1 - первый пример выполнения ультразвукового преобразователя согласно изобретению.

Фиг. 2 - второй пример выполнения ультразвукового преобразователя согласно изобретению.

Фиг. 3 - третий пример выполнения ультразвукового преобразователя согласно изобретению.

Каждый из изображенных на фигурах ультразвуковых преобразователей согласно изобретению является существенной частью не изображенного, в остальном, ультразвукового расходомера и имеет, прежде всего, корпус 1 преобразователя и преобразовательный элемент 2, который, преимущественным образом, представляет собой пьезоэлемент. Преобразовательный элемент 2 выполнен для передачи или приема ультразвуковых волн.

Как показано на фиг. 1-3, корпус 1 преобразователя имеет в первой области 3 ультразвуковое окно 4. В примере выполнения согласно фиг. 1 преобразовательный элемент 2 предусмотрен вблизи ультразвукового окна 4 корпуса 1 преобразователя. В отличие от этого в примерах выполнения согласно фиг. 2 и 3 преобразовательный элемент 2 находится вне корпуса 1 преобразователя.

Является нежелательным, однако невозможно предотвратить, чтобы ультразвуковые волны в виде корпусных волн передавались от первой области 3 корпуса 1 преобразователя через передающую вторую область 5 корпуса 1 преобразователя в находящуюся напротив первой области 3 корпуса 1 преобразователя третью область 6 корпуса 1 преобразователя. Во второй области 5 корпуса 1 преобразователя предусмотрена относительно мягкая механическая система 7 сопряжения, которая в примере выполнения согласно фиг. 1 имеет слабо связанный механический резонатор 8, а в примерах выполнения согласно фиг. 2 и 3 имеет два слабо связанных механических резонатора 8.

То, что было достигнуто в ультразвуковых преобразователях согласно изобретению, насколько они были описаны до сих пор, прежде всего за счет слабо связанного механического резонатора 8 или же за счет обоих слабо связанных механических резонаторов 8, далее разъясняется уже в деталях. В остальном в этом отношении тоже делается ссылка на немецкую выложенную заявку 102008033098 и на равнозначную по содержанию европейскую выложенную заявку 2148322, из которых известны ультразвуковые преобразователи с отличительными признаками, которые разъяснялись до сих пор. Следовательно, объем раскрытия названных в последнюю очередь предварительно опубликованных печатных изданий тоже еще раз становится здесь объемом раскрытия в отношении ультразвуковых преобразователей согласно изобретению.

Ультразвуковые преобразователи согласно изобретению, в отличие от известных из уровня техники ультразвуковых преобразователей, усовершенствованы еще раз в отношении предотвращения передачи корпусных волн.

Как показано на фигурах, дополнительно к системе 7 сопряжения предусмотрена вторая мягкая механическая система 9 сопряжения. Данная вторая система 9 сопряжения реализована по существу соответственно первой системе 7 сопряжения. В обеих системах 7 и 9 сопряжения механический резонатор 8 является действующим или же механические резонаторы 8 являются действующими по существу друг за другом в направлении распространения корпусных волн, то есть резонаторы действуют последовательно.

Согласно другому техническому решению изобретения, которому придается особенное значение, тогда, когда дополнительно к первой системе 7 сопряжения предусмотрена вторая система 9 сопряжения, выполнение и расположение обеих систем 7 и 9 сопряжения реализовано так, что они являются действующими параллельно.

В ультразвуковом преобразователе, из которого исходит изобретение, и в ультразвуковом преобразователе согласно изобретению, как он изображен на фиг. 1, преобразовательный элемент 2 предусмотрен на нижнем конце корпуса 1 преобразователя, то есть на конце, который обращен к текущей среде или даже вдается в текущую среду. Первая механическая система 7 сопряжения реализована на первом конце корпуса 1 преобразователя как часть корпуса 1 преобразователя. Известный ультразвуковой преобразователь и ультразвуковой преобразователь согласно изобретению, как он был описан до сих пор, можно описать в этом отношении сводя также к тому, что он выполнен из трех частей, а именно имеет нижнюю первую, размещающую преобразовательный элемент 2 область 3, передающую вторую область 5 и верхнюю третью область 6, к которой относится первая система 7 сопряжения. Передающая вторая область 5 может быть конкретно корпусной трубкой 10, верхний конец корпуса 1 преобразователя может быть выполнен в виде корпусного фланца 11. Таким образом, нижняя первая область 3 корпуса 1 преобразователя, передающая вторая, выполненная в виде корпусной трубки 10 область 5 корпуса 1 преобразователя, первая система 7 сопряжения и корпусный фланец 11 расположены последовательно.

Во всех изображенных на фигурах примерах выполнения ультразвуковых преобразователей согласно изобретению реализовано другое техническое решение изобретения, которому придается особенное значение. Согласно ему ультразвуковые преобразователи согласно изобретению дополнительно отличаются тем, что из обеих систем 7, 9 сопряжения первая система 7 сопряжения расположена с ближней к преобразовательному элементу 2 стороны корпусного фланца 11, а вторая система 9 сопряжения расположена с дальней от преобразовательного элемента 2 стороны корпусного фланца 11. В изображенных примерах выполнения это реализовано в деталях так, что предусмотренная с ближней к преобразовательному элементу 2 стороны корпусного фланца 11 первая система 7 сопряжения на своем ближнем к преобразовательному элементу 2 конце соединена с корпусной трубкой 10, а на своем удаленном от преобразовательного элемента 2 конце соединена с корпусным фланцем 11 и что предусмотренная с дальней от преобразовательного элемента 2 стороны корпусного фланца 11 вторая система сопряжения на своем удаленном от преобразовательного элемента 2 конце соединена с корпусной трубкой 10, а на своем ближнем к преобразовательному элементу 2 конце соединена с корпусным фланцем 11. То есть, обе системы 7, 9 сопряжения являются действующими антипараллельно. Исходящие от преобразовательного элемента 2 корпусные волны в ближней к преобразовательному элементу 2 первой системе 7 сопряжения, на одной стороне, и в дальней от преобразовательного элемента 2 второй системе 9 сопряжения, на другой стороне, оказывают в отношении корпусного фланца 11 частично, преимущественным образом полностью компенсирующееся действие.

Ранее описанное соединение систем 7, 9 сопряжения с корпусной трубкой 10 и корпусным фланцем 11 может быть реализовано различным образом. В изображенных примерах выполнения ближний к преобразовательному элементу 2 конец ближней к преобразовательному элементу 2 первой системы 7 сопряжения и дальний от преобразовательного элемента 2 конец дальней от преобразовательного элемента 2 второй системы 9 сопряжения сварены с корпусной трубкой 10. При этом дальний от преобразовательного элемента 2 конец ближней к преобразовательному элементу 2 первой системы 7 сопряжения и ближний к преобразовательному элементу 2 конец дальней от преобразовательного элемента 2 второй системы 9 сопряжения выполнены в виде единого целого с корпусным фланцем 11.

В изображенном на фиг. 1 ультразвуковом преобразователе согласно изобретению преобразовательный элемент 2 находится на обращенном к среде, интенсивность расхода которой должна быть определена, конце корпуса 1 преобразователя.

Как уже было изложено, преобразовательные элементы в ультразвуковых преобразователях часто являются пьезоэлементами, которые нельзя применять выше определенной температуры, точки Кюри. Следовательно, в уровне техники имеются также ультразвуковые преобразователи, в которых преобразовательные элементы предусмотрены на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя (ср., кроме того, с описанием немецкого патента 19812458 и с равноценным по содержанию описанием европейского патента 1046886). На фиг. 2 и 3 показаны примеры выполнения ультразвуковых преобразователей согласно изобретению, в которых преобразовательные элементы 2 предусмотрены на удалении от ультразвукового окна 4 корпуса 1 преобразователя, то есть на удалении от среды, интенсивность расхода которой следует определять.

В остальном, на фиг. 2 и 3 показаны предпочтительные в этом отношении формы выполнения ультразвуковых преобразователей согласно изобретению, когда каждая из систем 7 и 9 сопряжения снабжена обегающей снаружи канавкой 12, то есть словно между одним механическим резонатором 8 и другим механическим резонатором 8 реализован эластичный шарнир. При этом канавки 12 выполнены в основании канавки в форме дуги окружности или снабжены переходами в форме дуги окружности к боковым сторонам канавки, благодаря чему предотвращаются механические перегрузки.

На фиг. 3 показан особо предпочтительный пример выполнения ультразвукового преобразователя согласно изобретению. В данном ультразвуковом преобразователе преобразовательный элемент 2 предусмотрен, как известно из описания немецкого патента 19812458 и равнозначного по содержанию описания европейского патента 1046886, на удаленном от ультразвукового окна 4 корпуса 1 преобразователя конце. Между преобразовательным элементом 2 и ультразвуковым окном 4 предусмотрен ультразвуковой волновод 15, который окружен защитной трубкой 16. Предусмотренный внутри корпуса 1 преобразователя звукопоглощающий материал 13 должен гасить только корпусные волны и, разумеется, не оказывать отрицательного влияния на передаточные характеристики ультразвукового волновода.

Предусмотренный в примере выполнения согласно фиг. 3 внутри корпуса преобразователя звукопоглощающий материал 13, преимущественным образом бронзовый гранулят или бронзовый порошок, действует особенно хорошо тогда или же только тогда, когда он находится внутри корпуса 1 преобразователя под определенным давлением. Для того чтобы достичь такого давления, в примере выполнения согласно фиг. 3 на удаленном от ультразвукового окна 4 конце корпуса 1 преобразователя предусмотрено действующее на звукопоглощающий материал 13 устройство 17 создания давления, которое в этом примере выполнения на одной стороне опирается на корпус 1 преобразователя, а на другой стороне имеет действующую на звукопоглощающий материал 13 пружину 18, в представленном примере выполнения пакет тарельчатых пружин.

1. Ультразвуковой преобразователь как существенная часть ультразвукового расходомера, с корпусом (1) преобразователя, имеющим ультразвуковое окно (4), корпусную трубку (10) и корпусный фланец (11), и преобразовательным элементом (2), выполненным для передачи и приема ультразвуковых волн и предусмотренным либо вблизи ультразвукового окна (4) корпуса (1) преобразователя, либо на удалении от ультразвукового окна (4) корпуса (1) преобразователя, причем предусмотрена относительно мягкая механическая система (7) сопряжения, предпочтительно имеющая по меньшей мере один слабо связанный механический резонатор (8) или по меньшей мере два слабо связанных механических резонатора (8), отличающийся тем, что предусмотрена вторая мягкая механическая система (9) сопряжения, причем из двух систем (7, 9) сопряжения одна система (7) сопряжения расположена с ближней к ультразвуковому окну (4) стороны корпусного фланца (11), а другая система (9) сопряжения расположена с дальней от ультразвукового окна (4) стороны корпусного фланца (11), при этом система (7) сопряжения, предусмотренная с ближней к ультразвуковому окну (4) стороны корпусного фланца (11), на своем ближнем к ультразвуковому окну (4) конце соединена с корпусной трубкой (10), а на своем удаленном от ультразвукового окна (4) конце соединена с корпусным фланцем (11), и система (9) сопряжения, предусмотренная с дальней от ультразвукового окна (4) стороны корпусного фланца (11), на своем удаленном от ультразвукового окна (4) конце соединена с корпусной трубкой (10), а на своем ближнем к ультразвуковому окну (4) конце соединена с корпусным фланцем (11).

2. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что вторая система (9) сопряжения реализована по существу соответственно первой системе (7) сопряжения.

3. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что ближний к ультразвуковому окну (4) конец ближней к ультразвуковому окну (4) системы (7) сопряжения и дальний от ультразвукового окна (4) конец дальней от ультразвукового окна (4) системы (9) сопряжения сварены с корпусной трубкой (10).

4. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что дальний от ультразвукового окна (4) конец ближней к ультразвуковому окну (4) системы (7) сопряжения и ближний к ультразвуковому окну (4) конец дальней от ультразвукового окна (4) системы (9) сопряжения выполнены в виде единого целого с корпусным фланцем (11).

5. Ультразвуковой преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что дальний от ультразвукового окна (4) конец ближней к ультразвуковому окну (4) системы (7) сопряжения и ближний к ультразвуковому окну (4) конец дальней от ультразвукового окна (4) системы (9) сопряжения выполнены в виде единого целого с корпусным фланцем (11).

6. Ультразвуковой преобразователь по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что система (7) сопряжения или же системы (7, 9) сопряжения снабжена или же снабжены обегающей снаружи канавкой (12), то есть словно между одним механическим резонатором (8) и другим одним механическим резонатором (8) реализован эластичный шарнир.

7. Ультразвуковой преобразователь по п. 6, отличающийся тем, что канавки (12) выполнены в основании канавки в форме дуги окружности или имеют переходы в форме дуги окружности к боковым сторонам канавки.

8. Ультразвуковой преобразователь по одному из пп. 1-5 или 7, отличающийся тем, что ультразвуковое окно (4) расположено в первой области (3) корпуса (1) преобразователя, причем ультразвуковые волны распространяются от первой области (3) корпуса (1) преобразователя через передающую вторую область (5) корпуса (1) преобразователя в расположенную напротив первой области (3) корпуса (1) преобразователя третью область (6) корпуса преобразователя в виде корпусных волн, причем во второй области (5) корпуса (1) преобразователя предусмотрена относительно мягкая механическая система (7) сопряжения, имеющая по меньшей мере два слабо связанных механических резонатора (8), а внутри корпуса (1) преобразователя предусмотрен звукопоглощающий материал (13), прежде всего бронзовый гранулят или бронзовый порошок.

9. Ультразвуковой преобразователь по п. 8, отличающийся тем, что корпус (1) преобразователя имеет на своем ближнем к ультразвуковому окну (4) конце предотвращающий проникновение звукопоглощающего материала (13) в ультразвуковое окно (4) разделительный диск (14).

10. Ультразвуковой преобразователь по п. 8, отличающийся тем, что преобразовательный элемент (2) предусмотрен на удаленном от ультразвукового окна (4) корпуса (1) преобразователя конце и между преобразовательным элементом (2) и ультразвуковым окном (4) предусмотрен ультразвуковой волновод (15), окруженный защитной трубкой (16).

11. Ультразвуковой преобразователь по п. 9, отличающийся тем, что преобразовательный элемент (2) предусмотрен на удаленном от ультразвукового окна (4) корпуса (1) преобразователя конце и между преобразовательным элементом (2) и ультразвуковым окном (4) предусмотрен ультразвуковой волновод (15), окруженный защитной трубкой (16).

12. Ультразвуковой преобразователь по п. 8, отличающийся тем, что на удаленном от ультразвукового окна (4) конце корпуса (1) преобразователя предусмотрено действующее на звукопоглощающий материал (13) устройство (17) создания давления.

13. Ультразвуковой преобразователь по одному из п.п. 9-11, отличающийся тем, что на удаленном от ультразвукового окна (4) конце корпуса (1) преобразователя предусмотрено действующее на звукопоглощающий материал (13) устройство (17) создания давления.

14. Ультразвуковой преобразователь по п. 12, отличающийся тем, что устройство (17) создания давления на одной стороне опирается на корпус (1) преобразователя, а на другой стороне имеет действующую на звукопоглощающий материал (13) пружину (18), прежде всего пакет тарельчатых пружин.

15. Ультразвуковой преобразователь по п. 13, отличающийся тем, что устройство (17) создания давления на одной стороне опирается на корпус (1) преобразователя, а на другой стороне имеет действующую на звукопоглощающий материал (13) пружину (18), прежде всего пакет тарельчатых пружин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения расхода диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу.

Изобретение относится к средствам измерения скорости транспортируемой по трубопроводу текучей среды. Устройство для измерения скорости текучей среды в трубопроводе содержит измерительную вставку, оснащенную концевыми патрубками с фланцами, между которыми расположен мерный участок, выполненный в виде измерительной секции трубопровода из диэлектрического композиционного материала, закрепленной на указанных патрубках.

Изобретение относится к системам водоотведения. В системе, включающей модуль перекачки воды, содержащий насосы, приемный резервуар с подводящим трубопроводом, модуль анализа диагностируемых параметров, модуль контрольно-измерительных приборов, блок ввода объемов приемного резервуара, блок анализа водопритока, модуль анализа диагностируемых параметров, снабженный блоками ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, анализа откачки воды из приемного резервуара, модуль контрольно-измерительных приборов снабжен датчиками уровня воды, установленными на подводящем трубопроводе и в приемном резервуаре, модуль перекачки воды снабжен запорно-регулирующим устройством с исполнительным органом, установленным на подводящем трубопроводе, устройством управления, при этом выходы блоков ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода и блока анализа откачки воды из приемного резервуара подключены к входу блока анализа водопритока.

Описан ультразвуковой преобразователь (110) для применения в текучей среде (116). Ультразвуковой преобразователь (110) включает в себя по меньшей мере один сердечник (118) с по меньшей мере одним акустоэлектрическим преобразующим элементом (112), в частности пьезоэлектрическим преобразующим элементом (112).

Заявленная группа изобретений относится к ультразвуковым преобразователям для контроля текучей среды. Ультразвуковой преобразователь для контроля текучей среды включает в себя по меньшей мере один корпус с по меньшей мере одним внутренним пространством и по меньшей мере один размещенный во внутреннем пространстве сердечник с по меньшей мере одним электроакустическим преобразующим элементом.
Изобретение относится к области гидроакустической метрологии. Сущность: при использовании известного свойства электроакустических излучателей изменять соотношение величин активной и реактивной составляющих своего сопротивления излучения в соответствии с флюктуациями характеристик среды - ее плотности, температуры и давления.

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для использования в системах контроля и измерения скорости и расхода жидких и газообразных продуктов.

Изобретение относится к ультразвуковому проточному датчику (110) для применения в текучей среде. Предложенный ультразвуковой проточный датчик (110) содержит, по меньшей мере, два ультразвуковых преобразователя (120, 122), расположенных в проточной трубе (112), вмещающей поток текучей среды, и разнесенных вдоль потока текучей среды.

Устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе содержит источник сигналов ультразвуковой частоты, как минимум, «N»-управляемых ключей, подсоединенных своими соответствующими выводами к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты через схему развязки, как минимум, «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, «М»-вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, усилитель, непосредственно подсоединенный своим входом к выходу схемы развязки, и схему управления, подсоединенную своими соответствующими выходами к управляющим входам «N»-управляемых ключей и к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты.

Блок преобразователя для ультразвукового расходомера содержит пьезоэлектрический модуль. При этом пьезоэлектрический модуль содержит корпус, имеющий центральную ось, первый конец, второй конец, противоположный первому концу, и первую внутреннюю камеру, проходящую в радиальном направлении от первого конца.

Изобретение относится к блоку из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя, причем ультразвуковой преобразователь (1) имеет корпус (3) преобразователя и преобразовательный элемент (4), причем корпус (3) преобразователя имеет ультразвуковое окно (5), корпусную трубку (6) и корпусный фланец (7), причем преобразовательный элемент (4) предусмотрен либо вблизи от ультразвукового окна (5) корпуса преобразователя или на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем держатель (2) преобразователя имеет фланец (8) держателя, и причем корпусный фланец (7) корпуса (3) преобразователя с помощью контрфланца (9) с промежуточным включением уплотнительного кольца (10) прижат к фланцу (8) держателя держателя (2) преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя улучшен в отношении предотвращения передачи корпусных волн, а именно за счет того, что между корпусным фланцем (7) корпуса (3) преобразователя и фланцем (8) держателя держателя (2) преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо (13). 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ультразвуковым расходомерам для измерения расхода жидкости и газа. Расходомер содержит основной корпус расходомера, кожух, камеру, расположенную между кожухом и основным корпусом расходомера, охватывающий корпус, соединенный с основным корпусом расходомера и выполненный с возможностью размещения электронных средств. Кожух расположен вокруг основного корпуса расходомера и имеет первую криволинейную кромку с радиусом R, расположенную в первой из указанных канавок, и вторую криволинейную кромку с радиусом R, расположенную во второй из указанных канавок, и дополнительно содержит, по меньшей мере, первую часть кожуха и вторую часть кожуха. Первая часть кожуха размещена между охватывающим корпусом и основным корпусом расходомера. Вторая часть кожуха прикреплена к первой части кожуха с возможностью раскрепления. Корпус расходомера имеет внешнюю поверхность и две кольцевые канавки с радиусом R на этой внешней поверхности, которые расположены на заданном расстоянии друг от друга. Технический результат - обеспечение защиты от повреждения кабелей преобразователя, а также обеспечение легкодоступности обслуживания. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 15 ил. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения расхода сред в различных отраслях промышленности, связанных с транспортировкой жидких и газообразных сред по трубопроводам, например в нефтеперерабатывающей, нефтегазодобывающей отраслях, в системах ЖКХ, энергетике. Датчик ультразвукового расходомера содержит измерительный участок трубопровода с проточной частью, имеющей поперечное сечение в форме многоугольника и электроакустические преобразователи (ЭАП), расположенные отдельно друг от друга во входной и выходной частях измерительного участка. Датчик характеризуется тем, что измерительный участок выполнен цельнометаллическим или пластмассовым таким образом, что поперечное сечение проточной части указанного многоугольника выполнено с четным числом граней, на противоположных концах каждой пары параллельных граней в поперечном углублении в материале стенки проточной части установлены не менее двух прямоугольных электроакустических преобразователей поперечных волн с одинаковыми углами наклона к продольной оси на расстоянии трех или четырех диаметров трубопровода, каждый из которых отделен от проточной части резонансной перемычкой, при этом на поверхности измерительного участка трубопровода выполнен поглотитель акустических помех в виде гребенчатой структуры с шагом, большим половины длины волны. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидких и газообразных сред в трубопроводах в условиях изменения температуры и давления контролируемой среды. 10 ил.

Предложены система и способ ультразвукового измерения расхода. В одном варианте реализации ультразвуковая измерительная система для измерения расхода содержит канал для потока текучей среды и множество ультразвуковых расходомеров. Каждый из ультразвуковых расходомеров содержит пару ультразвуковых преобразователей и обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока. Пара ультразвуковых преобразователей выполнена с возможностью формирования хордальной траектории через канал между преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, соединено с ультразвуковыми преобразователями. Обрабатывающее устройство, обрабатывающее данные потока, выполнено с возможностью получения от каждого другого расходомера из указанного множества расходомеров измерения скорости потока, определяемой указанным другим расходомером, и измерения расхода текучей среды через патрубок на основании выходных данных преобразователей всех ультразвуковых расходомеров. Технический результат - повышение точности измерения расхода. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для измерения потока. Изобретение относится к измерению потока, в частности к системе измерения потока путем пространственного пересечения множества путей приема-передачи друг с другом внутри трубопровода. Сущность изобретения: ультразвуковая система измерения потока согласно данному изобретению определяет центральную часть потока текучей среды с помощью пространственного пересечения множества путей приема-передачи друг с другом в пространстве внутри трубопровода и вычисляет расход потока, протекающего в трубопроводе и соответствующего центральной части потока, что обеспечивает более точное измерение расхода потока, чем известный способ. Технический результат: обеспечение минимизации погрешности, вносимой из-за вибрации трубопровода. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: для измерения расхода высокотемпературной текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой датчик содержит пьезоэлектрический вибратор, выполненный из ниобата лития и имеющий в качестве поверхности выхода поверхность, полученную путем поворота поверхности, перпендикулярной оси Υ кристалла ниобата лития, на угол 36°±2° вокруг оси X; демпфер, выполненный из титана; и соединяющий слой для соединения одной поверхности демпфера с поверхностью выхода; при этом соединяющий слой выполнен из серебра и стеклянной фритты, причем стеклянная фритта имеет коэффициент линейного расширения в диапазоне от 5×10-6 K-1 до 15×10-6 K-1. Технический результат: обеспечение возможности создания ультразвукового датчика, который содержит пьезоэлектрический вибратор, генерирующий ультразвуковую волну высокой мощности, который может использоваться в области высоких температур и предотвращает образование трещин в кристалле. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения расхода жидкостей и газов в трубопроводах без контакта с контролируемой средой. Изобретение может быть использовано во многих областях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), в том числе там, где требуется измерение расхода на коротких прямых участках трубопровода. Способ ультразвукового измерения основан на учете изменения скорости звука в среде, вызванного колебаниями температуры и иными внешними условиями; автоматическом учете внутреннего диаметра трубопровода в направлении измерений, который может отличаться от паспортных данных из-за наличия отложений на стенках трубопровода, неидеально круглой формы в сечении, шероховатости поверхности; автоматическом учете взаимных позиций пьезопреобразователей друг относительно друга, что позволяет снизить влияние неточности монтажа (учет Δ в расчетах) и время на установку в переносных расходомерах, основанных на данном способе измерений, а также возможности реализации многоплоскостного бесконтактного расходомера. Технический результат - повышение точности измерения и удобства системы в эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерений расхода газа в трубопроводах. Заявлен способ измерения расхода газа в трубопроводах и устройство для его осуществления. Особенность заявленного способа заключается в том, что возбуждают волну Лэмба кольцевой структуры с круговой симметрией относительно оси трубы, которая излучает продольную волну в газе, также симметричную относительно оси; особенностью заявленного устройства является то, что пьезопластины и звукопроводы имеют кольцевую конструкцию, а звукопроводы состоят из цилиндрической части, торцевая поверхность которой сопрягается с рабочей плоскостью пьезопластины, и конусной части, обеспечивающей поворот цилиндрического ультразвукового пучка и ввод его в стенку трубы под необходимым углом. Техническим результатом является повышение точности измерения расхода. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения прохождения сигналов через контролируемую среду в трубопроводе. Способ прохождения сигналов через контролируемую среду заключается в том, что формируют исходный сигнал, обеспечивают его передачу в прямом направлении через контролируемую среду, как минимум, по одной передающей электрической цепи, принимают сигнал, прошедший в прямом направлении через контролируемую среду, как минимум, по одной приемной электрической цепи, обеспечивают передачу сформированного исходного сигнала в обратном направлении через контролируемую среду, как минимум, по одной приемной электрической цепи, принимают сигнал, прошедший в обратном направлении через контролируемую среду, как минимум, по одной передающей электрической цепи и обеспечивают, таким образом, прохождение сигналов через контролируемую среду. Технический результат заключается в возможности получения сигналов, прошедших через контролируемую среду, с высокой степенью идентичности. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения скорости потока и расхода жидких и сыпучих сред в трубопроводах. В частности, при трубопроводной транспортировке нефтепродуктов и сжиженных газов. Устройство для измерения расхода жидких и сыпучих сред содержит генератор СВЧ, соединенный с его выходом делитель мощности, два циркулятора, первые выводы циркуляторов соединены с выходами делителя мощности, вторые выводы соединены с приемо-передающими антеннами, направленными под одинаковым углом по направлению потока и против него, третьи выводы соединены с входами смесителя, выход смесителя соединен с вычисляющим устройством. Технический результат - повышение чувствительности измерения скорости потока. 1 ил.
Наверх