Датчик ультразвукового расходомера Советский патент 1992 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть найти применение в приборостроительной, нефтяной и химической промышленности.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена конструкция датчика.

Датчик состоит из отрезка трубопровода 1, пластины 2, пъезоэлементов 3 излучающего преобразователя, пластины 4, пьезоэлементов 5 приемного преобразователя.

Датчик работает следующим образом.

Электрические колебания, подводимые к обкладкам пъезоэлементов 3, преобразуются в механические колебания пластины 2, так как поляризация соседних пъезоэлементов 3 противоположна.

Скорость движения каждой точки поверхности пластины 2 в направлении, перпендикулярном оси трубопровода, описывается равенством

U(t,x) Um Sin (2 rcfot ) .cos - , (1)

где Um - амплитудное значение скорости;

to - частота электрических колебаний, подводимых к пъезоэлементам;

х - координата в осевом направлении;

t - время;

d - расстояние между пъезоэлемента- ми 3.

8 контролируемой среде от такого излучателя распространяются две акустические волны под углами плюс а и минус а к на- . правлению,перпендикулярному оси трубопровода. При равном расстоянии между геометрическими центрами соседних пъезоэлементов направление максимума излучения определяется условием

sin a

2dfG

(2)

где с - скорость звука в контролируемой среде.

Пересекаясь, эти две волны образуют интерференционное поле, интенсивность в котором периодически меняется вдоль оси с пространственным периодом Л. Движение в таком поле различных неоднородно- стей, которыми могут служить пузырьки нерастворенных газов, механические вклк чения и турбулентные пульсации скорости потока, приводит к тому, что интенсивность рассеянного ими излучения периодически меняется с частотой, равной

р--Уh л(3)

где U - средняя скорость движения неоднородностей,

В осевом направлении пространственный период Л интенференционного поля, образующегося в области пересечения двух акустических волн, распространяющихся

под углами + а и - а к направлению, перпендикулярному оси трубопровода, равен

15

Л

sin a

(4)

где Я - длина ультразвуковой волны в контролируемой среде.

Подстановка в формулу (4) значения синуса угла из выражения (2) дает

Л 2d.

(5)

Т.е. пространственный период интерференционного поля определяется только расстоянием между геометрическими центрами соседних пъезоэлементов d и не зависит от скорости звука в контролируемой среде.

Рассеянное неоднородностями, присут- ствующими .в потоке, излучение, изменяющееся по интенсивности с частотой

р

U 2d

(6)

принимается пластиной 4 приемного преобразователя и преобразуется пъезоэлемен- тами 5 в электрические колебания.

Датчик позволяет получить на своем выходе электрический сигнал, амплитуда которого промодулирована с частотой, пропорциональной скорости потока и независимой от скорости распространения звука в

среде, что приводит к повышению точности.

Формула изобретения

Датчик ультразвукового расходомера, содержащий установленные на противоположных стенках трубопровода излучающий и приемный преобразователи, выполненные на основе пьезоэлементов, закрепленных на одной пластине, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, излучающий преобразователь выполнен в виде набора п пъезоэлементов с чередующейся поляризацией, установленных на равном расстоянии друг от друга, а прием

ч

ный преобразователь выполнен в виде п цией, установленных на пластине, идентич- пъезоэлементов с одинаковой поляриза- но излучающему.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборостроительной, нефтяной и химической промышленности. Целью изобретения является повышение точности. Электрические колебания, подводимые к обкладкам пъезо- элементов 3, преобразуются в механические колебания пластин 2, так как поляризация соседних пьезоэлементов 3 противоположна. В контролируемой среде распространяются две акустические волны под углами + а и -а к. направлению, перпендикулярному оси трубопровода. Пересекаясь, эти две волны образуют интерференционное поле, интенсивность в котором периодически меняется вдоль оси с пространственным периодом Л. Рассеянное неоднородностями, присутствующими в потоке, излучение принимается пластиной 4 приемного преобразователя и преобразуется пъезоэлементами 5 в электрические колебания. 1 ил. СО с Ч) ю о 4