ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РАСХОДОМЕРОВ ГАЗА Российский патент 2020 года по МПК G01F1/42 

Данное изобретение относиться к измерительной технике. Применяется для измерения расхода газа в напорных трубопроводах, где каждый преобразователь поочередно излучает и принимает ультразвуковую волну. Разность времени прохождения волны в прямом и обратном направлении относительно патока является информацией о его скорости, а, следовательно, и объемном расходе носителя.

Известны пьезоэлектрические преобразователи для ультразвуковых расходомеров газа, содержащие металлический цилиндрический корпус в виде стакана с мембраной на рабочей стороне и выходными контактами для линии связи на противоположной стороне, пьезоэлемент в виде диска, согласующий слой в виде стеклосфер, связанных эпоксидной смолой.

Каждый преобразователь поочередно излучает и принимает ультразвуковую волну. Разность времени прохождения волны в прямом и обратном направлении относительно потока является информацией о его скорости, а, следовательно, и объемном расходе энергоносителя. Преимущества ультразвуковых расходомеров газа заключатся в возможности измерений в трубах как малого (от 15 мм), так и большого (до 3 м) диаметра, широком динамическом диапазоне (обычно 1:100), высокой точности измерений (погрешность менее ±1% для двух лучевой схемы измерений), беспроливной поверке приборов.

Аналогом данного преобразователя является пьезоэлектрический преобразователь для ультразвуковых расходомеров газа, описанный в книге «Пьезоэлектрическое приборостроение» том 9 автор Богуш М.В. стр. 225-234.

Недостатком этого технического решения является то, что резонансная кривая имеет 2 и более пиков. Это приводит к неопределенности при регистрации скорости потока и расхода газа.

Целью изобретения является повышение воспроизводимости и точности измерений за счет доминирующего пика на резонансной кривой.

Цель достигается подбором толщины согласующего слоя для получения одного доминирующего пика резонансной кривой и повышение точности регистрации скорости потока и расхода газа. (Рис. 1)

Произвольный выбор комплектующих пары преобразователей приводит к тому, что на резонансной кривой появляется 2 и более пика, (рис. 3), что препятствует точной регистрации скорости потока и расхода газа. Детальное исследование частотных характеристик показало, что при фиксируемых размерах, комплектующих, на резонансной кривой остается 1 доминирующий пик, что позволяет более точно регистрировать данные.

Из рис. 1 видно, что доминирующий пик на резонансной кривой наблюдается у пьезоэлектрических преобразователей с относительной толщиной протектора от 0.05 до 0.12 диаметра преобразователя.

Пример конструкции пьезоэлектрического преобразователя показан на рис. 2.

Краткое описание чертежа

1 - Металлическая мембрана;

2 - Согласующий слой;

3 - Пьезоэлемент;

4 - Опора пьезоэлемента (поджимающий элемент);

5 - Проводники (линия связи);

6 - Металлический корпус преобразователя;

7 - Выходные контакты.

Литература

1. М.В. Богуш Пьезоэлектрическое приборостроение. Том 9. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротермоупругих моделей. / Москва: техносфера, 2014, ст. 225-234.

Заявленный Пьезоэлектрический преобразователь для ультразвуковых расходомеров газа используется в приборостроении для передачи звуковой энергии в газ и приема звуковой энергии из газа при измерении ее расхода в напорных газопроводах. Пьезоэлектрический преобразователь содержит пьезоэлемент в виде диска, согласующий слой в виде стеклосфер, связанных эпоксидной смолой, металлический корпус с мембраной на рабочей стороне и выходные контакты для линии связи на противоположной стороне. Заявленный преобразователь отличается тем, что с целью повышения воспроизводимости измерений за счет доминирующего пика на резонансной кривой относительная толщина согласующего слоя составляет от 0.05 до 0.12 от диаметра излучателя. Пара преобразователей устанавливается соосно друг другу в газопровод под углом к движущемуся потоку, поочередно возбуждаются электрическими импульсами и принимают акустический сигнал, прошедший через поток. Разность времени прохождения звуковой волны по и против потока является мерой скорости потока и его расхода. Технический результат- обеспечение одного доминирующего пика на резонансной кривой, повышается воспроизводилось и точность измерений расхода газа. 3 ил.

Пьезоэлектрический преобразователь для ультразвуковых расходомеров газа, содержащий металлический цилиндрический корпус в виде стакана с мембраной на рабочей стороне и выходными контактами для линии связи на противоположной стороне, пьезоэлемент в виде диска, согласующий слой в виде стеклосфер, связанных эпоксидной смолой, отличающийся тем, что с целью повышения воспроизводимости измерений за счет доминирующего пика на резонансной кривой относительная толщина согласующего слоя составляет от 0.05 до 0.12 от диаметра излучателя.