Ультразвуковой преобразователь температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K11/24 

нутой ленты, поверхность которой покрыта электроизоляционным материалом, на котором, размещены возбуждающая 4 и приемная 5 катушки, а отражающий нерабочий торец магнитострикционного преобразователя 3 обжат вибропогло- щающим материалом 6 на длине не менее полутора длин волн в материале ленты.

Электрический сигнал подается в возбуждающую катушку 4 и преобразуется в магнитострикционном преобразователе 3 в акустические сигналы, которые распространяются в обе стороны от катушки 4. Один из сигналов транслируется звукопроводом 2 к чувствительному элементу 1, отражается от него, возвращается по звукопро- воду 2 и преобразуется в магнитострикционном преобразователе 3 и приемной катушке 5 в электрический сигнал.

Второй сигнал, проходя по задней части магнитострикционного преобразователя к торцу и обратно, подавляется вибропоглощающим материалом 6.

В магнитострикционных материалах при наложении высокочастотного магнитного поля наблюдается скин-эффект из-за вихревых токов, что приводит к существенному снижению коэффициента электромеханической связи и сужению рабочего диапазона частот. Устра

тические колебания. Это может быть .. резина различных марок, искусственные смолы с добавлением различных наполнителей (например, графитового порошка).

Экспериментальные исследования магнитострикционных преобразователей, отличающихся длиной обжатия со стороны нерабочего торца, показывают, что обжатие на длине, соответствующей 1,5 длин волн в материале ленты, является достаточным условием, обеспечивающим неравномерность АЧХ около 3 дБ, Дальнейшее увеличение длины f обжатия незначительно выравнивает ,. АЧХ (фиг.З).

Предлагаемый ультразвуковой преобразователь имеет широкий частотный диапазон и обеспечивает преобразование импульсных сигналов с малыми нелинейными искажениями. Учитывая то, что в импульсных термометрах производится измерение временного интервала - между фронтами отраженных импульсов, а крутизна фронта зависит от содержа

ния в спектре сигнала высокочастот- . ных составляющих, широкополосный МП обеспечивает малые искажения фронтов и меньшую погрешность измерения 55 временных интервалов и соответственно температуры.

Кроме того, широкополосный МП 1 позволяет применять в случае резонансных чувствительных элементов резонансные элементы с различными значениями начальных рабочих частот . или производить взаимную замену указанных чувствительных элементов без переделки конструкции (или без регулировки) МП.

Выполнение МП в виде спирально свернутой ленты позволяет регулировать эквивалентное сечение МП изменением числа витков спирали и обеспечивать оптимальное согласование акустических импедансов МП и звуко- провода заданного сечения. Это обеспечивает передачу сигнала, в звуко- провод с максимальной амплитудой и позволит избежать частичных отражений акустического сигнала от места соединения МП и звукопровода. Такие отражения уменьшают амплитуду полезного сигнала и, кроме того, увег личивают уровень помех, наблюдаемых в виде реверберационного шума.

Введение новых элементов выгодно отличает предлагаемый ультразвуковой преобразователь температуры от извегт стного, так как обеспечивает повыше ние точности измерения в широком частотном и температурном диапазонах за счет исключения наложения прямых и отраженных сигналов и выравнивания амплитудно-частотной характеристики, а также снижает погрешность измерения за счет увеличения амплитуды полезного сигнала,снижения реверберационных помех и увеличения отношения сигнал/ шум.

Повышение точности измерения температуры ультразвуковым преобразователем температуры обеспечивается за счет увеличения и стабилизации отно-ч шения сигнал/шум, при этом уменьшается влияние вихревых токов и. за счет этого увеличивается коэффициент,

г

.

10

15

20

25

30

35

40

45

электромеханической связи, что увели-- чивает амплитуду полезного сигнала; обеспечивается лучшее согласование акустических импедансов магнитострик- ционного преобразователя и звукопрог«, вода за счет возможности задавать эквивалентное сечение магнитострик- ционного преобразователя выбором чис.- ла витков спирали, что в свою очередь уменьшает интенсивность сигна-о лов отраженных из-за акустического несоответствия и образующих ревербе- рационный шум; выравнивается амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в широкой полосе рабочих частот. . Например, преобразователь иэ никелевой фольги, заглушенный на длине 120 мм резиновым демпфером, обеспечивает при работе с молибденовым звукопроводом 0 2 мм неравномерность АЧХ не более 4 дБ в полосе частот 80-140 кГц, причем работоспособность сохраняется в полосе частот 60- 240 кГц без 1|провалов амплитуды.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь температуры, содержащий чувствительный элемент, соединенный через звуко- провод с магнитострикционным преобразователем с размещенными на нем возбуждающей и приемной катушками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком частотном и температурном диапазонах, магнитострикционный преобразователь выполнен в виде спирально свернутой ленты, поверхность которой покрыта электроизоляционным материалом, а со стороны отражающего нерабочего торца спрессован в форме пластины и обжат вибропоглощающим материалом на длине не менее полутора длин волн в материале ленты.

Ч

.-I

Ч

и

Изобретение позволяет получить ультразвуковой преобразователь температуры повышенной точности измерения с расширенными функциональными возможностями. Целью изобретения является повышение точности измерений в широком частотном и температурном диапазонах. Ультразвуковой преобразователь температуры содержит чувствительный элемент 1, звукопровод 2, магнитострикционный преобразователь 3, возбуждающую катушку 4, приемную катушку 5, вибропоглощающий материал 6. Магнитострикционный преобразователь 3 выполнен в виде спирально свернутой ленты, поверхность которой предварительно покрыта изоляционным материалом. Со стороны отражающего нерабочего торца магнитострикционный преобразователь спрессован в форме пластины и обжат вибропоглощающим материалом на длине не менее полутора длин волн в материале ленты. 3 ил.

к-к

Фаг. 2

г А

го tsj

/5

to

Q5

±

6-Б