Акустический измерительный преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 532403 (61) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 30.09.75.(21) 2175855/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.10.76Áþëëåòeíü № 39 (45) Дата опубликования описания 23.12.76 (51) М. Кл.

B 06 В 1/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Автор изобретения

П. Я. Подосиновский

Запорожский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкт орск ог D института "Цветметавт оматика" (71) Заявитель (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в приборах для контроля физико-химических свойств жидких сред, например концентрации твердых частиц в суспензиях. 5

Известнь|е акустические преобразователи содержат трубу с фланцем и корпус в виде двух соосно установленных стаканов, к днищу которых прижаты пьезопластины 1 ) .

Ближайший к изобретению по техническо- 10 му решению преобразователь содержит корпус с двумя разнесенными акустическими гОловками, внутри которых к мембранам прижаты пьезоэлементы. (2 1. Для уменьшения сигнала помехи, распространяющегося по ме-15 таллу, в корпусе выполнены резонансные ребра.

Известный преобразователь нельзя использовать в широком диапазоне частот, так как толщина и глубина ребер на корпусе пред-gp назначенных для ослабления сигнала, проходящего по корпусу выполняется для одной

1 определенной частоты. При работе датчика на высоких частотах выполнить указанную гребенку невозможно, так как, например, на частоте 10 мгГц толщина ребра должнабыть

0,214- 0,356 мм, глубина 0,571 мм, а при более высоких частотах эти величины соответственно уменьшаются. Практической проверкой установлено, что на частотах бо лее 5 мгГц с помощью указанных гребенок сигнал по корпусу (сигнал помехи) ослабляется не более чем на 50% по сравнению с основным сигналом. При работе датчика в приборе с глубокой частотной модуляцией уже на частоте 2 мгГц сигнал помехи увеличивается до недопустимой величины.

Цель изобретения — расширить частотный диапазон и повысить точность измерения.

Для этого предлагаемый преобразователь снабжен кольцами, ввинченными в корпусы головки, с расположенными по окружности винтами, прижатыми к мембранам, причел мембраны выполнены переменными по толщине от центра к краям в виде сл енных герметичных элементов,,закрепленных в кдрпуоах головок с помощью фигурных прокладок из упругого акустически изолиру-ющего материала.

532403 погрешности

1. Акустический измерительный преобОазователь, содержаший корпус с двумя раЭнесеяными акустическими головками, внутри которых к мембранам прокаты пьезоэле,ф9 менты, о т л и ч а ю ш и ч с я тем, чта

Акустические головки выполнены в виде отдельных элементов с фланцами, с цомешью которых они крепятся к корпусу.

Кроме того, резонансные мембраны акустических головок преобразователя могут g, бьггь выполнены разной толшины, причем

il толшина донышка в одном шупе равна п М а во втором и — — К, где

ll где и — число целых полуволн;

Л вЂ” длина волны в материале go — ® нышка;

К вЂ” (зависит от материала мембраны), что позволяет компенсировать температурные

На фиг. 1 изображен описываемый прео разователь, обший вид; на фиг. 2 — акустическая головка в разрезе; на фиг. 3 — кривая зависимости коэффициента ультразвука г. — Ю в мембране из стали; на фиг. 4 и фиг. 5— го же, в мембране из стекла.

Корпус 1 выполнен в виде трубки с прорезями для поступления контролируемой среды.

Шупы 2 представляют собой акустические головки с мембранами 3, закрепленными в корпусе головок с помошью фигурной прокладки 4 из упругого акустически изолируюгцего материала. К мембранам прижаты пьезоэлементы 5. Кольца 6 с расположенными по окружности винтами 7 ввинчены в корпусы акустических головок. Последние крепятся к корпусу с помошью фланца 8 болтами. Электрический контакт с пье;зоэлементами осушествляется с помошью гибкого @ провода, соединенного со стойками 9.

Высокочастотные электрические колебания подают на пьезоизлучатель, которыйпреврашает их в механические колебания. Пьезаизлучатель, имея хороший акустический кон такт с мембраной 3, передает ей механические (ультразвуковые) колебания, которые мембрана передает измеряемой среде, Pàñпространению ультразвуковых колебаний <О корпусу акустической головки и корпусу преобразователя препятствует фигурная прокладка 4.

Погрешность, возникающая при изменении температуры контролируемой среды,ком- 1 пенсируется следуюшим образом. При изменении температуры измеряемой средь (фиг,3) мембрана нагревается или охлаждается и частота максимального прохождения ультразвуковых колебаний в мембранах сдвигается относительно частоты генератора (фиг. З,пунктирная кривая). Сдвиг этот происходит из-за изменения скорости ультра звука в материале мембраны при изменении температуры. В результате этого изменяется коэффициент прохождения (в пер1 вом случае Я,, во втором — R ), Следовательно, при неизменном напряжении на вхцде излучаюшего пьезоэлементаинтенсивность излучения в среду будет меняться, вследствие чего снижается точность измерения, Если толшиной одной мембраны будет

A — + К, а другси и — —, то суммарный коэффициент прохождения ультразвука будет постоянным, исключая тем самым температу-рную погрешность. Толшина одной из них и д — S (фиг.5), другой 0 2

Л Л (фиг.4). При изменении температуры измеряемой среды, например увеличении, скорость ультразвука в мембране уменьшается, а следовательно, уменьшается длина волны.

В результате этого коэффициент прохождения в первой мембране увеличивается, а в другой уменьшается, так как рабочая точка на кривой зависимости коэффициентапрохожения ультразву-ка от толшины мембраны у одной из них расположена на восходящем участке характеристики, а у другой на нис» ходяшем, Суммарный коэффициент прохожде ния обеих мембран остается постоянным, что и компенсирует температурную погрешность.

При выполнении мембраны переменной по толшине от цен-,ра к краям компенсации темпепатурной погрешности достигается тем, i что при изменении температуры перемешается резонансный участок мембраны, а суммарный коэффициент прохождения ультразвука остается неизменным.

Акустический измерительнь;й преобразователь значительно упрошает процесс изготовления датчиков, так как датчики на люОые частоты изготаВГ:иваются идентичными..

Для получения требуемой частоть. достаточно в стандар-.ный датчик установить мембраh>,,изГОтовленную на соответствующую часготу, Предлагаемый преобразователь целесообразно применять в ультразвуковых устройствах с частотной модуляцией, работаюших на принципе из лэнения коэффициента поглсшения ультразвука в жидких средах, например для измерения концентрации твердых частиц;-. пульпах и суспензиях.

Фор лула изобретнияе

532403

ЗЬ

/ б с целью расширения частотного диапазона и повышения точности измерений, преобра зователь снабжен кольцами, укрепленными в корпусах акустических головок,и прижатыми по окружности винтами к мембранам выполненным переменными по толщине от центра к краям в виде сменных герметичных элементов, закрепленных в корпусах акустических головок фигурными прокладками из упругого акустически изолирующего материала.

2. Преобразователь по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что мембраны выполнены в виде плоскопараллельных пластин разной толшины, причем толщина одной из них равна > T + К, а другой nT -К, л ) где Г\ — число целых полуволн;

Д. — длина волны в материале мембраны; б

К вЂ” коэффициент, зависящий от материала мембраны.

3, Преобразователь по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что акустические головки выполнены сменными.

Источники, информации принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельствоо № 254906, М. Кл. В 06 В 1 /06, Приоритет 1 О. 07. 6 6, 2. Авторское свидетельство ¹ 407591 а

М.Кл, В 06 В 1/06. Приоритет 04.06.70.

lб