Ультразвуковий перетворювач

Ультразвуковий перетворювач, що містить співвісно розташовані коаксіальний з'єднувач, монтажне пристосування, звукоізолятор, корпус, на якому укріплений звукоізолятор, що з'єднаний з монтажним пристосуванням, яке виконано у вигляді втулки й на якому укріплений коаксіальний з'єднувач, п'єзоелемент, виводи якого з'єднані дротами, що проходять через внутрішні порожнини корпусу, звукоізолятора й монтажного пристосування, з контактами коаксіального з'єднувача, й мембрану, який відрізняється тим, 3 30608 відсутність контргайки, гайки, заглушеної з торця мембраною, гумового кільця, канавки на внутрішній бічній поверхні корпуса, виконання кріплення п'єзоелемента зазначеним способом, виконання на зовнішній поверхні корпуса різьблення, на яку накручені контргайка й гайка, виконання звукоізолятора у вигляді сильфона погіршує характеристики ультразвукового сигналу й веде до зменшення співвідношення сигналзавада. Найбільш близьким по технічній сутності до пристрою, що заявляється, є перетворювач для ультразвукового витратоміра газу [Патент WO 00/72000 А1, кл. G01N29/04, 30.11.2000, Fig.1], що містить послідовно з'єднані монтажне пристосування, виконане у вигляді втулки, звукоізолятор і корпус циліндричної форми з порожниною всередині, заглушений з однієї сторони металевою мембраною й покритий зсередини демпфіруючим матеріалом, усередині корпуса розташований п'єзоелемент, що притиснутий до мембрани через узгоджуючий шар, звукоізолятор являє собою порожній товстостінний циліндр, на зовнішній поверхні якого виконаний ряд проточок, на торцевій поверхні монтажного пристосування встановлений коаксіальний з'єднувач, при цьому виводи п'єзоелемента з'єднані з контактами з'єднувача дротами, що проходять крізь внутрішні порожнини перетворювача. Даний перетворювач для ультразвукового витратоміра газу так само, як і ультразвуковий перетворювач, що заявляється, містить співвісно розташовані й послідовно з'єднані коаксіальний з'єднувач, монтажне пристосування, звукоізолятор, корпус, п'єзоелемент і мембрану, а також дроти, якими виводи п'єзоелемента з'єднані з контактами коаксіального з'єднувача і які проходять через внутрішні порожнини корпуса, звукоізолятора й монтажного пристосування. Однак, відсутність контргайки й гайки, заглушеної з торця мембраною, гумового кільця, виконання канавки на внутрішній бічній поверхні корпуса на відстані, що дорівнює половині висоти п'єзоелемента від нижнього кінця корпуса, кріплення п'єзоелемента до корпуса в його серединній частині за допомогою гумового кільця, установленого в канавку на внутрішній бічній поверхні корпуса, виконання на зовнішній поверхні корпуса різьблення, на яку накручені контргайка й гайка, заглушена з торця мембраною, заповнення внутрішніх порожнин монтажного пристосування, звукоізолятора й корпуса ультразвукового перетворювача компаундом холодного затвердіння, виконання звукоізолятора у вигляді сильфона й виконання поверхні гумового кільця, що охоплює п'єзоелемент, хвилеподібної форми погіршує характеристики ультразвукового сигналу й веде до зменшення співвідношення сигналзавада. Завданням передбачуваної корисної моделі є поліпшення характеристик ультразвукового сигналу за рахунок підстроювання його форми й амплітуди в процесі виготовлення ультразвукового перетворювача шляхом регулювання товщини 4 узгоджуючого шару, і збільшення ступеня подавлення паразитного сигналу, що веде до підвищення співвідношення сигнал - завада. Поставлене завдання вирішується тим, що в ультразвуковий перетворювач, що містить співвісно розташовані коаксіальний з'єднувач, монтажне пристосування, звукоізолятор, корпус, на якому укріплений звукоізолятор, що з'єднаний з монтажним пристосуванням, що виконано у вигляді втулки й на якому укріплений коаксіальний з'єднувач, п'єзоелемент, виводи якого з'єднані дротами, що проходять через внутрішні порожнини корпуса, звукоізолятора й монтажного пристосування, з контактами коаксіального з'єднувача й мембрану, згідно корисної моделі, уведені контргайка, гайка, заглушена з торця мембраною, і гумове кільце, на внутрішній бічній поверхні корпуса на відстані, рівній половині висоти п'єзоелемента від нижнього кінця корпуса, виконана канавка, кріплення п'єзоелемента здійснюється в його серединній частині за допомогою гумового кільця, установленого в канавку на внутрішній бічній поверхні корпуса, на зовнішній поверхні корпуса виконане різьблення, на яку накручені контргайка й гайка, внутрішні порожнини монтажного пристосування, звукоізолятора й корпуса ультразвукового перетворювача заповнені компаундом холодного затвердіння, звукоізолятор виконаний у вигляді сильфона, при цьому внутрішня поверхня гумового кільця, що о хоплює п'єзоелемент, виконана хвилеподібної форми. Введення гумового кільця, виконання канавки на внутрішній бічній поверхні корпуса на відстані, рівній половині висоти п'єзоелемента від нижнього кінця корпуса, кріплення п'єзоелемента до корпуса в його серединній частині, де знаходиться вузол механічних коливань, за допомогою гумового кільця, установленого в канавку на внутрішній бічній поверхні корпуса, дозволяє зменшити енергію «паразитного» акустичного сигналу, що надходить у корпус, звукоізолятор, монтажне пристосування й далі у трубопровід. Виконання звукоізолятора у вигляді сильфона дозволяє істотно подавити енергію «паразитного» сигналу, що проникає в тр убопровід через звукоізолятор. Заповнення внутрішніх порожнин монтажного пристосування, звукоізолятора й корпуса ультразвукового перетворювача компаундом холодного затвердіння, наприклад, низькомолекулярним силіконовим каучуком СКТН, дозволяє знизити добротність п'єзоелемента й тим самим зменшити тривалість вільних загасаючих коливань після закінчення впливу на п'єзоелемент імпульсу збудження, що також дозволяє зменшити частину енергії «паразитних» коливань, що надходять у тр убопровід. Виконання на зовнішній поверхні корпуса різьблення, на яку накручені контргайка й гайка, заглушена з торця мембраною, а також кріплення п'єзоелемента за допомогою гумового кільця хвилеподібної форми, що забезпечує заповнення компаундом простору між торцем п'єзоелемента й мембраною через зазори між гумовим кільцем і 5 30608 п'єзоелементом - утворення узгоджуючого шару, дозволяє шляхом регулювання товщини узгоджуючого шару настроїти ультразвуковий перетворювач на видачу оптимального за формою й амплітудою ви хідного «корисного» сигналу. У сукупності введення зазначених елементів і їхні х зв'язків дозволяє поліпшити характеристики ультразвукового сигналу й одержати більше високе співвідношення сигнал - завада, чим у відомих пристроїв. На кресленнях наведені: Фіг.1 конструкція ультразвукового перетворювача; Фіг.2 - креслення гумового кільця; Фіг.3 - осцилограма сигналу на виході ультразвукового перетворювача - прототипа; Фіг.4 - осцилограма сигналу на виході ультразвукового перетворювача, що заявляється. Ультразвуковий перетворювач містить коаксіальний з'єднувач 1, монтажне пристосування 2, в яке встановлений коаксіальний з'єднувач 1, звукоізолятор 3, що укріплений у монтажному пристосуванні, наприклад, за допомогою пайки, корпус 4, що з'єднаний зі звукоізолятором 3, наприклад, за допомогою пайки, на нижній зовнішній частині корпуса 4 виконане різьблення 5, а на внутрішній бічній поверхні корпуса 4 виконана канавка 6, гумове кільце 7, п'єзоелемент 8, що розміщений в нижній частині корпуса 4 і закріплений у ньому за допомогою гумового кільця 7, поміщеного в канавку 6, що виконана на відстані рівній половині висоти п'єзоелемента 8 від нижнього кінця корпуса 4, дроти 9, якими виводи п'єзоелемента 8 з'єднані з контактами коаксіального з'єднувача 1 і які проходять у внутрішніх порожнинах монтажного пристосування 2, звукоізолятора 3 і корпуса 4 ультразвукового перетворювача, контргайку 10, гайку 11, заглушен у з нижньої сторони мембраною 12, контргайка 10 і гайка 11 розміщені на нижньому кінці корпуса 4 на різьбленні 5, компаунд 13 холодного затвердіння, яким заповнені внутрішні порожнини монтажного пристосування 2, звукоізолятора 3 і корпуса 4 ультразвукового перетворювача, які розташовані співвісно, звукоізолятор 3 виконаний у вигляді сильфона, а монтажне пристосування 2 виконане у вигляді різьбової втулки з різьбленням 14 і із шестигранною головкою 15 і кришкою 16, укріпленої на ньому за допомогою гвинтів 17. Коаксіальний з'єднувач 1 установлений в отворі кришки 16 монтажного пристосування 2 і укріплений на ній гайкою 18, що входить у комплект коаксіального з'єднувача 1. Складання датчика виконують у наступній послідовності. Монтажне пристосування 2 без кришки 16 і корпус 4 з'єднують звукоізолятором 3. Кріплення звукоізолятора 3 до корпуса 4 і монтажного пристосування 2 виконують будь - яким відомим способом, наприклад, пайкою. Коаксіальний з'єднувач 1 установлюють на кришку 16 монтажного пристосування 2 і закріпляють на ній за допомогою гайки 18. До верхньої і нижньої обкладок п'єзоелемента 8 припаюють дроти 9, 6 пропускають їх крізь внутрішні порожнини корпуса 4, звукоізолятора 3 і монтажного пристосування 2 і з'єднують із контактами коаксіального з'єднувача 1. Потім за допомогою гумового кільця 7 закріплюють п'єзоелемент 8 усередині корпуса 4. При цьому кільце 7, з одного боку, охоплює п'єзоелемент 8 у його серединній частині, а, з іншого боку - установлюється в канавку 6, виконану на внутрішній поверхні корпуса 4. Форма кільця 7 вибрана така (Фіг.2), що між внутрішньою поверхнею кільця 7 і бічною поверхнею п'єзоелемента 8 утворюються зазори, через які компаунд 13 може заповнити ту частину корпуса 4, що лежить нижче горизонтальної площини симетрії п'єзоелемента 8. Нагвинчують послідовно на корпус 4 контргайку 10, а потім гайку 11, таким чином, щоб величина відстані між внутрішньою поверхнею мембрани 12 і торцем п'єзоелемента 8 було б близька до значення l / 4 , де l - довжина акустичної хвилі в матеріалі компаунда 13. Заповнюють компаундом 13 холодного затвердіння внутрішні порожнини ультразвукового перетворювача через торець монтажного пристосування 2. Приєднують за допомогою гвинтів 17 кришку 16 з коаксіальним з'єднувачем 1 до монтажного пристосування 2. Відразу після складання, поки компаунд 13 не затвердів, ультразвуковий перетворювач установлюють на вимірювальний стенд, подають імпульси збудження і контролюють форму й амплітуду сигналу, що випромінюється в газове середовище. При необхідності, обертаючи гайку 11, змінюють відстань між внутрішньою поверхнею мембрани 12 і нижнім торцем п'єзоелемента 8, домагаючись найбільшої амплітуди й найкращої форми сигналу. Знайдене оптимальне положення гайки 11 фіксують за допомогою контргайки 10. Далі ультразвуковий перетворювач знімають із вимірювального стенда й залишають у вертикальному положенні до повного затвердіння компаунда. Ультразвуковий перетворювач працює в такий спосіб. Ультразвуковий перетворювач установлюють в отвір у стінці трубопроводу й підключають до блоку керування (на кресленнях не показаний). Після цього включають блок керування, що починає подавати на коаксіальний з'єднувач 1 ультразвукового перетворювача електричні імпульси, які надходять на п'єзоелемент 8 через коаксіальний з'єднувач 1 і дроти 9. У результаті впливу кожного з електричних імпульсів п'єзоелемент 8 генерує ультразвукові коливання, які передаються через узгоджуючий шар - шар компаунда 13 між торцем п'єзоелемента 8 і мембраною 12-і через саму мембрану 12 у газове середовище, як вихідний «корисний» сигнал ультразвукового перетворювача. При цьому, цей сигнал завдяки попередньому настроюванню має оптимальні параметри - форму й амплітуду. Крім того, «паразитний» сигнал у пристрої що заявляється, подавляється більшою мірою, чим у відомих пристроях за рахунок зазначених ви ще факторів, що ілюструється осцилограмами сигналу на виході ультразвукового перетворювача 7 30608 прототипу Фіг.3 і сигналу на виході ультразвукового перетворювача, що заявляється, - Фіг.4. Таким чином, запропонований ультразвуковий перетворювач у порівнянні з відомими пристроями, з одного боку, дозволяє збільшити потужність «корисного» сигналу, а, з іншого боку більшою мірою подавити «паразитний» сигнал, у результаті чого зростає співвідношення сигнал завада (Фіг.4). Установча партія ультразвукових газових датчиків успішно пройшла випробування на підприємстві. 8