RU5866U1 - Ультразвуковой измерительный преобразователь - Google Patents

Abstract

Ультразвуковой измерительный преобразователь, содержащий звукопередающий узел, выполненный в виде призмы с размещенным на ней пьезокерамическим преобразователем, отличающийся тем, что пьезокерамический преобразователь выполнен излучающим поперечную волну и закреплен на грани призмы, плоскость которой перпендикулярна расчетному направлению угла падения поперечной волны на основание корпуса призмы.

Description

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ И31еРИТЕЛЬНШ ПРЕСЖРАЭОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области измерительной технюш, в час шости к измepитeJШHЫll приборам, выполняюцим измерение расхода жидкости или газа с помоцью ультразвука.

Известен ряд конструкций ультразвуковых измеркгельньк преобразователей, нащямер:

-из заявки &Т N3438976, публикация 09.05.85 года;

-из патента СШ N4373491 от 05.05.80 года;

-из патента США N4467659 от 2а 0& 84 года;

- КЗ asQjDssa злпарзтуры, 11рсмггодк1юй как ispSijaMK Г:

Integrator, Pananetriks, Danfoss, так и фирмами других стран.

Недостатка1А1 описанных в этих материалах преобразователей, несмотря на их конструктивные различия, является то, что в них для измерения используется преобразование продольной волны в поперечную с помои ю ПРИ31А1, на которой закреплен пьезопреобразователь. При этом происходи частичная потеря энергии возбуждающего сигнала, так как только часть энергии, возбужденной преобразователем продольной жхлны, преобразуется в полезную поперечиую волну. Отраженная же схг стенки пр§1змы продож ная волна становится вредной. Частично она проникает в стенку трубопровода и вызывает акустические псмехи в измерительнсм устройстве, так как, имея большую скорость, хгаразитная продольная волна попадает в измерительное устройство раньше поперечной волны. Частично паразитная продольная волна остается в пределах призмы и постепен1Ю затухает после мног(жратных отражений от союнок , что создает акустический шум, мешающий работе измерительного устройства.

Наиболее близкой по технической сущности является модель ультразвукового преобразователя (УЗП), примененная в патенте СМ. N4467659 от 28. 08. 84 года.

Выбранный прототип содержит звукопередающий узел (щашму), пьезопреобразователь, юклучаищий продольную волну, падающую на грань призмы корпуса таким образом, что при отражении часть энергии волны преобразуется в энергию поперечных колебаний. Эта отраженная поперечная волна, падая под определенны углем на основание корпуса призмы, контактирующее с трубощюводсш, проходит в стенку трубопровода и возбуждает ультразвуковой луч в

о жидкости, ncsTGK которой требует из14ерения.

Однако этому устройству свойственны те же недостатки, что и описанным выне аналогам, а именно:

- необходимость преобразования щюдолыюй волны в 1Ю1Юречную со всеми присущими ей погрешностями (вредное воздействие на измер1сюльное устройство энергии оставшейся части не преобразованной щюдольной волны).

В отдельных конструкциях описанных выве аналогов для уменьшения влияния паразит1юй продольной волны в конструкцию призмл введены дополнительные отражающие грани, рассеивающие грани, акустические ловуиси и т. п. Все эти о хнические решения значителыю усложняют конструкцию преобразователя, но не решают проблему шэлностью.

Целью изобретения является искдвочение влияния паразитной продольной волны на работу измерительного устройства и одновременное упрощение конструкции преобразователя и его габгфитов. Поставленные цели достигаются следующим путем:

Для этого предлагается использовать пьезсжерамический щ)еобразователь излучающий поперечную вол, закрепленный на грани призмы, причем угол наклона этой грани относительно трубопровода, на 1юторш1 закрепляют преобразователь для измерения потока жидкости, рассчитывают таким , чтобы плоскость этой грани была, перпендикулярна расчитаннсшу направлению (углу) падения попереч юй волны на основание корпуса тру6о11рош)да. Из этого следует, что при ж;пользовании такого преобразователя отпадает необходамость в той части призмы, которая служила как для крепления пьезопреобразователя, так и для формирования падающей щюдольной волны, а сам от ялеенный от второй грани прмзмы паразитнь пролрльный луч отс ТСТБу8т (мсчеззет).

Из изложешютч) следует, что предлагается ультразвуповой измерительный преобразователь, параметры потока, движущегося 1Ю трубопроводу, содержащий звукопередаищий узел, выюлненый в виде призмы с размещенньм на ней пьезокерамическим преобразователем,

отличающийся тем, что

пьезсжерамический преобразователь выполнен излучающим поперечную и закреплен на грани призмы, плоскость которой перпендикулярна расчетному направлению угла падения юпереч}юй волны на основание корпуса npH3iAiL

- 4

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство.

В состав устройства вход1«т пьезсхюрамический преобразователь 1 и призма 2, закрепляемая одной из своих граней на стенке трубопровода 3с измеряемой жидкостью 4.

Предлагаемый ультразвуковой измери1%льный преобразователь работает следующим об1жзш

1ьезсжерамический преобразователь 1, жестко скрепленньй с призмой 2, излучает в нее поперечную волну 5, которая падает на нижним грань призьи 2, контактирующую со стенкой трубопровода 3, загюлненного жидкостью или газом, шфаметры которых требуется измерить, под углсжсс (угол падения поперечной волны 5 на стеуку трубопрош да 3). Эта волна 5 проходит в стеш трубопровода 3 как поперечная волна под углсж 1феломления Ч) t, подчиняясь закону Снеллиуса:

SincVtSin ft

(1)

Ct(Tt

где Ct - скорость поперечной волны в материале щжзмл 2. crt- (жорость поперечной волны в материале стенки

трубощхэвода 3.

Пройда через стенку трубопровода 3, поперечная волна 5 падает на внутренний границу стенки трубопровода 3 под углом (р t При щюхождении звуковой волны через границу раздела двух сред под нйсоторьн углом происходит трансформация вида волн (щюдольных и поперечных), и посколы в жидкости или газе может существовать лип щюдольная волна, то падакцая на внутреннпо стенку трубопровода 3 1Ю1Юречная волна 5 прелсжяяется в аодрюсть в виде продольной волны 6 с углом преломления QI, которлй также может Qufb рассчитан по заюэну Снеллиуса:

Sin lSin t

с 1crt

где - скорость продольной волны 6 в жидкости.

Объединяя формулы (1) и (2), получаем зависимость угла прелсмления продольной волны 6 в жидкость от угла падения поперечной волны 5 на нижнюю грань iqncsiAii 2:

SincL t Sin (3)

Угол iseiK гранью 2 м гранью, гда крешбтся преобразователь 1 ощюделяют из следумщих соображений:

- грань крепления преобразователя 1 перпендикулярна направленио распространения шэперечной волны 5 в призме 2. Исходя из этого, получаем

. 90° -(90 - o(t) o/t, где САПР, - угол между гранями призма 2. Все приведенные соотновения позволяют провести расчет щ измл 2 (угла меяиу нижней гранью призш 2 и гранью 1феш1ения преобразователя 1) по заданнт у углу вхождения ультразвукового Л|уча 6 в жидкость 4 (углу прелсмления щюдольной волны 6 01):

НР. arcsin (sin ill)

Из анализа заявляемого и известных ренений следует, что тождест нных ю технической сущности и решаемой задаче не 1меется.

- б ФОРМУЛА

Claims (1)

1. Ультразвуковой измерительный преобразователь, содержащий звукопередающий узел, выполненный в виде призмы с размещенным на ней пьезокерамическим преобразователем, отличающийся тем, что пьезокерамический преобразователь выполнен излучающим поперечную волну и закреплен на грани призмы, плоскость которой перпендикулярна расчетному направлению угла падения поперечной волны на основание корпуса призмы.