П`єзоакустичний перетворювач

1. П'єзоакустичний перетворювач, що містить корпус, п'єзоелемент, електричний роз'єднувач, мембрану, яка контактує з кільцевою прокладкою, упорні кільця, що розташовані з боку мембрани та електричного роз'єднувача, контактну втулку з розміщеними на ній з боку мембрани контактними конусами, який відрізняється тим, що між мембраною та упорним кільцем, яке знаходиться з боку мембрани, розміщено пружний елемент, що має точкові контакти з мембраною по її периферії, кількість яких дорівнює кількості конусів, які розташовані навпроти них з іншого боку мембрани. 2. П'єзоакустичний перетворювач за п. 1, який відрізняється тим, що контакт мембрани з кільцевою прокладкою здійснено по боковій поверхні мембрани. Винахід належить до неруйнуючих акустичних засобів і методів контролю. Він може бути використаний в хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості при визначенні характеристик рідинних систем, зокрема, при визначенні їх концентраційних залежностей. Існує п'єзоакустичний перетворювач, який містить корпус, на опорах якого встановлена п'єзоелектрична мембрана, яка утримується кришкою за допомогою внутрішнього пружного кільця [1]. Недоліком даного перетворювача є недостатня чутливість, тому що мембрана має велику площу контакту з опорою корпуса, внаслідок чого знижується амплітуда коливань мембрани. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу є п'єзоакустичний перетворювач, що містить корпус, п'єзоелемент, електричний роз'єднувач, упорні кільця, мембрану, кільцеву прокладку, контактну втулку, на якій з боку мембрани розміщені контактні конуси [2]. Цей перетворювач також має недостатню чутливість. По-перше, через те, що мембрана взаємодіє з контактними конусами лише однією стороною. З протилежної сторони вона, як і у випадку аналога [1], має контакт по площині або безпосередньо з упорним кільцем, або з прокладкою, тобто задача підвищення чутливості перетворювача вирішена лише частково. По-друге, через те, що при притисканні мембрани до конусів за допомогою прокладки, відбувається деформація мембрани в зонах між конусами. Це призводить до викривлення мембрани і, як наслідок, викривлення фронту акустичної хвилі. В основу винаходу поставлено задачу підвищення чутливості п'єзоакустичного перетворювача за рахунок зменшення демпфуючого впливу на мембрану утримуючих її елементів. Це досягається шляхом введення між мембраною та упорним кільцем пружнього елемента з точковими контактами та зміни геометричної форми прокладки і зони ущільнення мембрани прокладкою. Поставлена задача вирішується тим, що в перетворювачі, що містить корпус, п'єзоелемент, електричний роз'єднувач, упорні кільця, мембрану, кільцеву прокладку, контактну втулку, з розміщеними на ній контактними конусами з боку мембрани, згідно з винаходом, між мембраною та упорним кільцем розміщено пружний елемент, що має точ (19) UA (11) 89512 (13) (21) a200706931 (22) 20.06.2007 (24) 10.02.2010 (46) 10.02.2010, Бюл.№ 3, 2010 р. (72) АДАМЕНКО ІРИНА ІВАНІВНА, БУЛАВІН ЛЕОНІД АНАТОЛІЙОВИЧ, ГРІГОР'ЄВ АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, КЛЕЩОНОК ТЕТЯНА ВОЛОДИМИРІВНА, КУЗОВКОВ ЮРІЙ ГНАТОВИЧ, МАРКОВ ІГОР ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА (56) EP 0331591 A1, 06.09.1989 UA 22295 A, 30.06.1998 SU 477751, 25.07.1975 SU 592026, 05.02.1978 SU 678721, 05.08.1979 SU 1813231 A3, 30.04.1993 RU 93002292 A, 27.02.1995 RU 93054367 A, 20.09.1996 C2 1 3 кові контакти з мембраною по її периферії, кількість яких дорівнює кількості конусів, які розташовані навпроти них. При цьому підвищення чутливості перетворювача забезпечується також тим, що контакт мембрани з кільцевою прокладкою здійснено по боковій поверхні мембрани. Завдяки цьому зменшується демпфуючий вплив прокладки на мембрану. При такому виконанні перетворювача площа контакта мембрани із кріпленням зменшується до мінімума, при цьому за рахунок розташування точкових контактів пружнього елемента навпроти конусів вигинаюче напруження в мембрані та її деформація в зонах між конусами теж зводяться до мінімума, що призводить до підвищення чутливості. Суть винаходу пояснюється кресленнями на фіг. 1, 2. На фіг. 1 зображено п'єзоакустичний перетворювач в загальному вигляді. На фіг. 2 представлений один з варіантів виконання пружнього елемента у вигляді кільця з розрізами. П'єзоакустичний перетворювач включає корпус 1, в якому розташовані п'єзоелемент 2, електричний роз'єднувач 3, упорні кільця 4 і 5, мембрана 6, кільцева прокладка 7, контактна втулка 8, з розміщеними на ній контактними конусами 9 з боку мембрани. Мембрана 6 має контакт своєю боковою поверхнею з кільцевою герметизуючою прокладкою 7. Між мембраною 6 та упорним кільцем 4 розміщено пружний елемент 10, що має точкові контакти з мембраною 6 по її периферії. Кількість точкових контактів дорівнює кількості конусів 9. Контакти розташовані навпроти конусів. Електричний зв'язок між п'єзоелементом 2 і електричним роз'єднувачем 3 забезпечується через дріт 11, а також через конуси 9 контактної втулки 8 і упорне кільце 5, за допомогою якого закріплено роз'єднувач 3. Пружний елемент 10 (фіг. 2) виконаний з пружнього листового матеріалу у вигляді кільця з надрізами. Точкові контакти являють собою загострені відігнуті сегменти кільця, у кількості, що відповідає кількості контактних конусів. Перетворювач діє таким чином. На п'єзоелемент 2 від генератора через роз'єднувач 3 подається електричний сигнал, який збуджує п'єзоелемент. Акустична хвиля через мембрану 6 передається в контрольоване середовище. Прийом акустичного сигнала здійснюється таким самим другим перетворювачем. Отриманий з цього перетворювача електричний сигнал подається на реєструючий пристрій (генератор, другий перетворювач та реєструючий пристрій на фігурах не показані). 89512 4 Завдяки тому, що мембрана 6 пружньо утримується за допомогою розташованих з обох її боків точкових контактів 9, 10, мінімізується демпфування мембрани 6, внаслідок чого суттєво зростає чутливість перетворювача. Розташування контактних конусів 9 та точкових контактів пружного елемента 10 один навпроти іншого усуває небажану деформацію мембрани 6 в зонах між конусами 9, завдяки чому не відбувається викривлення фронту акустичної хвилі. Тобто усувається ще один фактор, який призводить до зниження чутливості перетворювача. Додаткове збільшення чутливості перетворювача досягається також тим, що мембрана 6 має контакт з кільцевою герметизуючою прокладкою 7 лише своєю боковою поверхнею, тобто площа контакта зводиться до мінімума і мембрана 6 розвантажується. Це зменшує небажаний демпфуючий вплив прокладки 7 на мембрану 6. П'єзоелемент виготовлений з двох п'єзокерамічних дисків системи ЦТС, діаметром 20мм товщиною 0,6мм. З торців диски мають покриття сріблом товщиною близько 10мкм. Мембраною є диск з нержавіючої сталі діаметром 30мм, товщиною 0,05мм. Пружній елемент виконаний з листової бронзи Бр.Б2 товщиною 0,2мм. Герметизуюча прокладка виготовлена з еластичної гуми. Чутливість перетворювача пропорційна механічній добротності системи, утвореної мембраною та елементами, що її утримують. В свою чергу, механічна добротність обернено пропорційна опору тертя, отже площі контакту S мембрани з кільцевою прокладкою, контактними конусами та точковими контактами пружнього елемента. Оскільки площа взаємодії мембрани з конусами та пружним елементом значно менша порівняно з площею взаємодії з прокладкою, то вирішальним фактором с тертя між мембраною та кільцевою прокладкою. Згідно з прототипом Sпр = p D2 - d2 , де D і d 4 – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри прокладки. Для D = 30мм і d = 28мм отримуємо: Snp » 90мм2. Згідно з винаходом: Sвин = pDh, де h - товщина мембрани. Для h = 0,05мм отримуємо: Sвин » 5мм2. Тобто Snp Sвин » 18 що забезпечує суттєве ( ) підвищення чутливості перетворювача порівняно з прототипом. Джерела інформації 1. Опис до патенту ЕР №9331591, кл. Н04R 17/00, 1989. 2. Опис до патенту України № 22295, кл. G01N 29/04, 1998. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 89512 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601