УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК G01F1/66 G01N29/00 

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в ультразвуковых приборах различного назначения в качестве устройства возбуждения ультразвуковых сигналов и чувствительного элемента на приеме ультразвуковых сигналов, в частности в ультразвуковых расходомерах жидкостей и газов, уровнемерах и т.д.

Известен ультразвуковой преобразователь Марьина ав. св. 1738376 А1, МПК В 06 В 1/06, содержащий корпус, в котором размещены изолятор и пьезоэлемент, установленный между демпфером и протектором, причем демпфер и протектор выполнены в виде единого блока из композитного материала на основе эпоксидной смолы.

Недостатком известного преобразователя является то, что он не может быть применен при высоком давлении контролируемой среды из-за низкой прочности опорного дискового изолятора (фланца демпфера), выполненного из композитного материала на основе эпоксидной смолы и служащего в качестве уплотнительного элемента.

Известный ультразвуковой преобразователь для расходомера по патенту 2079814 содержит патрубок, протектор, демпфер, штуцер, изолятор, гайку.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, является ненадежное соединение металлической трубки-фланца с демпфером, выполненным на основе эпоксидной смолы, так как при разных коэффициентах линейного расширения металла и демпфера при изменении температуры появляются микротрещины в местах соединения металлической трубки-фланца с демпфером, что может послужить причиной протекания контролируемой жидкости наружу.

Кроме того, в известном устройстве при работе с жидкостью повышенной температуры условия работы преобразователя неблагоприятные, так как он вынесен в горячую зону и контактирует с горячей средой со всех сторон. Незначительная теплоотдача осуществляется только через длинную трубку, находящуюся в горячей среде.

И, наконец, в известном устройстве по патенту 2079814 в качестве демпфера используется контролируемая жидкость, что при различных жидкостях и различных условиях (изменение состава, температуры и давления) может вызвать заметные изменения условий перехода ультразвуковых колебаний через границу: композитный материал - контролируемая среда, и это приведет к изменению качества демпфирования, а значит и к неконтролируемым изменениям величины и формы информационного сигнала и, как следствие, к появлению дополнительной погрешности измерения.

Основной задачей, на решение которой направлен заявленный пьезоэлектрический преобразователь, является повышение надежности в работе.

Предлагаемый пьезоэлектрический преобразователь может применяться в более широком диапазоне давлений и температур контролируемой среды, удобен в эксплуатации и проще в конструктивном исполнении.

Указанный технический результат достигается тем, что втулка имеет внутреннюю резьбу, между тыльной поверхностью демпфера и втулкой помещена уплотнительная прокладка, один конец арматуры выполнен в виде конуса и помещен внутрь демпфера, а другой размещен вне демпфера и снабжен наружной резьбой для навинчивания втулки, при этом втулка может иметь разную длину, а патрубок снаружи выполнен в виде радиатора.

Приемно-излучающая поверхность преобразователя выполнена выпуклой или вогнутой.

На чертежах представлено:
На фиг.1 представлен преобразователь, содержащий пьезоэлемент 1, протектор 2, демпфер 3 и арматуру 4. В демпфирующую часть преобразователя помещен один конец арматуры, выполненный в виде конуса. Другой конец арматуры снабжен резьбой.

На фиг.2 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь в сборе в двух вариантах, где 5 - втулка, 6 - уплотнительная прокладка.

На фиг.2а втулка 5 прижимается к демпферу с помощью гайки 7, а на фиг.2б втулка накручивается на арматуру.

На фиг.3 представлен пример крепления преобразователя в установочном патрубке 8 с помощью гайки 9 с наружной резьбой. При этом уплотнение в патрубке производится с помощью второй уплотнительной прокладки 10.

На фиг. 4 представлен механизм съема преобразователя из установочного патрубка 8 с помощью съемной гайки 11. Причем установочный патрубок здесь в качестве возможного варианта выполнен в виде радиатора, служащего для отвода тепла из зоны ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, для случая применения преобразователя при высокотемпературных средах на технологических объектах, фрагмент стенки 12 которого показан на фиг.4.

На фиг.5 представлены варианты ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователе, излучающие стороны которых выполнены в виде выпуклой или вогнутой поверхности.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Арматура 4 преобразователя может выдержать больше усилия на выров ее из демпфера преобразователя. Кроме того, расширена площадь уплотнения на тыльной стороне демпфера. При этом давление на демпфер в месте уплотнения направлено по основной массе демпфера (а не на хрупкий и тонкий фланец, как в известном устройстве), что предотвращает скалывание пластмассы демпфера в месте уплотнения. Все это обеспечивает надежное уплотнение между втулкой 5 и демпфером 3.

Второе уплотнение типа металл-металл с уплотнительной прокладкой 10 является наиболее отработанное и надежное.

Первая причина возможного выхода из строя пластмассовых преобразователей при использовании их при предельно возможных высоких температурах контролируемой среды - это прослабление уплотнения из-за частичной потери твердости пластмассы. Отсюда возрастают требования максимальной теплопередачи от демпфера в месте уплотнения в окружающую среду.

В предлагаемой конструкции режим теплоотвода от протектора и демпфера улучшен за счет увеличения массы металла арматуры как внутри демпфера, так и снаружи его. Омывание преобразователя горячей средой по сравнению с прототипом уменьшено. Наконец, радиаторные ребра установочного патрубка, применяемые для случая высокой температуры контролируемой среды, дополнительно охлаждают зону протектора и демпфера.

Глубина установки пьезоэлектрического преобразователя на различных объектах может меняться. В предлагаемой конструкции для этого не нужно каждый раз изменять размеры преобразователя, а достаточно лишь подобрать соответствующую длину втулки 5 (фиг. 2б).

При демонтаже пьезоэлектрического преобразователя (для замены или очистки из-за закоксованности и залипания преобразователя в установочном патрубке 8) на объекте возникают трудности по вытаскиванию его из патрубка. В предлагаемом преобразователе усиленная арматура с резьбой позволяет для этих целей применять съемную гайку 11, с помощью которой легко произвести демонтаж преобразователя в рабочих условиях непосредственно на объекте. Для того чтобы уменьшить отраженные сигналы от противоположного пьезоэлектрического преобразователя (уменьшить реверберационные помехи) приемно-излучающая сторона преобразователя выполнена в виде выпуклой или вогнутой поверхности (сферы, усеченной сферы, усеченного конуса и т.п.).

Таким образом, предложенный ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь более надежный в работе, так как он выдерживает большие усилия при уплотнении с втулкой 5, имеет большую площадь уплотнения на тыльной стороне демпфера, может работать при более высоких температурах.

Усиленная арматура с резьбой позволяет применять съемную гайку, с помощью которой легко произвести демонтаж преобразователя в рабочих условиях непосредственно на объекте.

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение в ультразвуковых приборах различного назначения, например ультразвуковых расходомерах жидкостей и газов, уровнемерах и т.д. Повышение надежности в работе достигается за счет того, что ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь содержит демпфер и пьезоэлемент, установленные в патрубке посредством втулки, одним концом связанной с тыльной поверхностью демпфера, а другим, выполненным в виде фланца, через уплотнительную прокладку - с патрубком, соединительные провода и арматуру. Втулка имеет внутреннюю резьбу, между тыльной поверхностью демпфера и втулкой помещена уплотнительная прокладка. Один конец арматуры выполнен в виде конуса и помещен внутрь демпфера, а другой размещен вне демпфера и снабжен наружной резьбой для навинчивания втулки. Втулка может иметь разную длину. Патрубок снаружи выполнен в виде радиатора. Приемно-излучающая поверхность преобразователя выполнена выпуклой или вогнутой. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, содержащий демпфер и пьезоэлемент, установленные в патрубке посредством втулки, одним концом связанной с тыльной поверхностью демпфера, а другим, выполненным в виде фланца, через уплотнительную прокладку - с патрубком, соединительные провода и арматуру, отличающийся тем, что втулка имеет внутреннюю резьбу, между тыльной поверхностью демпфера и втулкой помещена уплотнительная прокладка, один конец арматуры выполнен в виде конуса и помещен внутрь демпфера, а другой размещен вне демпфера и снабжен наружной резьбой для навинчивания втулки. 2. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что втулка может иметь разную длину. 3. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что патрубок снаружи выполнен в виде радиатора. 4. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что приемно-излучающая поверхность преобразователя выполнена выпуклой или вогнутой.