SU532403A1

SU532403A1 - Acoustic Transducer

Info

Publication number: SU532403A1
Application number: SU2175855A
Authority: SU
Inventors: Павел Яковлевич Подосиновский
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1975-09-30
Publication date: 1976-10-25

Description

(54) АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Акустические головки вьшолнены в виде отдельных элементов с фланцами, с иомощь. которых они креп тс к корпусу. Кроме того, резонансные мембраны акустдческкх головок преобразовател могут быть выполнены разной толщины, причем толщина донышка в одном щупе равна П а во втором п - - К . где где П - число целых полуволн; Л - длина волны в материале доК - (зависит от материала мембраны), что позвол ет компенсировать температурны погрещности. На фиг. 1 изображен описываемый преоб разователь, общий вид; на фиг. 2 - акустическа головка в разрезе; на фиг. 3 - крива зависимости коэффициента ультразвука в мембране из стали; на фиг. 4 и фиг. 5 го же, в мембране из стекла. Корпус 1 выполнен в ви.де трубки с прорез ми дл поступлени контролрфуемой сред Шупы 2 представл ют собой акустические головки с мембранами 3, закрепленными в корпусе головок с помощью фигурной прокладки 4 из упругого акустически изолирующего материала. К мембранам прижаты пьезозлементы 5. Кольца 6 с расположенньгми по окружности винтами 7 ввинчены в корпусы акустических головок. Поспецние креп тс к корпусу с помощью фланца 8 болтами . Электрический контакт с пьезоэлемен тами осуществл етс с помощью гибкого провода, соединенного со стойками 9. Высокочастотные электрические колебани подают на пьезоизлучатель, который пре ращает их в механические колебани . Пьезоизлучатель , име хороший акустический кон такт с мембраной 3, передает ей механичес кие (ультразвуковые) колебани , которые мембрана передает измер емой среде. Распространению ультразвуковых колебаний по корпусу акустической головки и корпусу преобразовател преп тствует фигурна прокладка 4. Погрешность, возникающа при изменении температуры контролируемой среды ,ком пенсируетс следующим образом. При изменении температуры измер емой среды (фиг, мембрана нагреваетс или охлаждаетс и частота максимального прохождени ультразвуковых колебаний в м х тбранах сдвигаетс относительно частоты генератора (фиг. 3,пунктирна крива ). Сдвиг этот происходит из-за изменени скорости ультра звука в материале мембраны при изменении температуры, В результате этого измен етс коэффициент прохождени (в первом случае Rp во втором R). Следовательно , при неизменном напр жении на вхо)де излучающего пьезоэле мента интенсивность излучени в среду будет мен тьс , вследствие чего снижаетс точность измерени . Если толщиной одной мембраны будет n-l -ч- К а другой п -|- - К , то суммарный коэффициент прохождени ультразвука будет посто нным, исключа тем самым температурную погрешность. Толщина одной из них п - а (фиг.5), другой П 2 Т (фиг.4). При изменении температуры измер емой среды, например увеличении, скорость ультразвука в мембране уменьщаетс , а следовательно, уменьшаетс длина волны. В результате этого коэффициент прохождени в первой мембране увеличиваетс , а в другой уменьшаетс , так как рабоча точка на кривой зависимости коэффициента прохожени ультразвука от толщины мембраны у одной из них расположена на восход щем участке характеристики, а у другой на нис- ход щем. Суммарный коэф |жциент прохождотни обеих мембран остаетс посто нным, что и компенсирует температурную погрешность. При выполнении мембраны переменной по толщине от центра к кра м компенсации температ лрной погрешности достигаетс тем, что при изменении температуры перемещаетс резонансный участок мембраны, а сум.марный коэффициент прохо адени ультразвук ка остаетс неизменным. Акустический измерительный преобразователь значительно упрошает процесс изготовлени датчиков, так как датчики на любые частоты изготавливаютс идентичными., Дл получени требуемой частоты достаточно в стандартный датчик установить мембрану , изготовленную на соответствующую частоту . Предлагаемый преобразователь целесообразно примен ть в ультразвуковых устройствах с частотной модул цией, работающих на принципе изменени коэффициента поглощени ультразвука в жидких средах, например дл измерени концентрации твердых частиц Б пульпах и суспензи х. Формула и 3 о б р е т н и е 1. Акустический измерительный преобразователь , содержащий корпус с двум разнесенными акустическими головками, внутри которых к мембранам прижаты пьезоэлетменты , отличаю щ и и с тем, что(54) ACOUSTIC MEASURING CONVERTER Acoustic heads are made in the form of individual elements with flanges, with help. which they are attached to the body. In addition, the resonant membranes of acoustical transducer heads can be made of different thickness, and the bottom thickness in one probe is equal to P and in the second n - - K. where where P is the number of whole half-waves; L is the wavelength in the doC material - (depends on the membrane material), which makes it possible to compensate for temperature faults. FIG. 1 shows the described transformer, general view; in fig. 2 - sectional acoustic head; in fig. 3 - curve of the dependence of the coefficient of ultrasound in the membrane of steel; in fig. 4 and FIG. 5 th, in a glass membrane. The housing 1 is made in a tube view with slots for the entry of controlled media. The loop-holes 2 are acoustic heads with membranes 3 fixed in the head housing by means of a shaped gasket 4 made of resilient acoustic-insulating material. Piezo-elements are pressed to the membranes 5. The rings 6 with screws 7 located around the circumference are screwed into the shells of the acoustic heads. Special bolts are attached to the body with a flange of 8 bolts. Electrical contact with the piezo elements is carried out using a flexible wire connected to the posts 9. High-frequency electrical oscillations are fed to a piezo emitter, which turns them into mechanical vibrations. The piezo emitter, having a good acoustic contact with the membrane 3, transmits to it the mechanical (ultrasonic) vibrations that the membrane transmits to the measured medium. The propagation of ultrasonic vibrations through the housing of the acoustic head and the housing of the transducer is prevented by the figure pad 4. The error that occurs when the temperature of the controlled medium changes is compensated as follows. When the temperature of the measured medium changes (Fig. 2, the membrane heats up or cools and the frequency of the maximum passage of ultrasonic vibrations in meters and shifts relative to the generator frequency (Fig. 3, dotted curve). This shift occurs due to the change in the speed of ultra sound in the membrane material at temperature change, As a result, the transmission coefficient (in the first case, Rp in the second R) changes. Consequently, with a constant voltage at the input of the radiating piezoelectric element, the intensity of the radiation into the medium This will vary, resulting in reduced measurement accuracy. If the thickness of one membrane is n-l -h-K and the other n - | - - K, then the total transmission coefficient of ultrasound will be constant, thereby eliminating the temperature error. The thickness of one of them p - a (figure 5), the other P 2 T (figure 4). When the temperature of the measured medium changes, for example, an increase, the speed of ultrasound in the membrane decreases, and therefore the wavelength decreases. As a result, the transmission coefficient in the first membrane increases, and decreases in the other, since the operating point on the curve of the ultrasound walk-through factor versus the membrane thickness is located on the upstream portion of the characteristic and on the downside of the other. The total transmission coefficient of the passage of both membranes remains constant, which compensates for the temperature error. When the membrane is made variable in thickness from the center to the edges, compensation of the temperature error is achieved by moving the resonance section of the membrane with temperature, and the sum of the transmission coefficient of the ultrasound remains constant. An acoustic measuring transducer greatly simplifies the process of manufacturing sensors, since sensors for any frequencies are made identical. To obtain the required frequency, it is enough to install a diaphragm fabricated to the appropriate frequency in a standard sensor. The proposed transducer is expediently used in ultrasonic devices with frequency modulation, operating on the principle of changing the absorption coefficient of ultrasound in liquid media, for example, for measuring the concentration of solid particles in pulps and suspensions. Formula and 3 optics 1. Acoustic measuring transducer, comprising a housing with two separated acoustic heads, inside which piezoelectric elements are pressed to the membranes, is distinguished by the fact that

с цепью расширени частотного диапазона и повышени точности измерений, преобразоватепь снабжен кольцами, укрепленными в корпусах акустических головок, и прижатыми по окружности винтами к мембранам выполненным переменными по толщине от центра к кра м в виде сменных герметичных элементов, закрепленных в корпусах акустических головок фигурными прокладками из упругого акустически изолируюшего материала.With a frequency range expansion chain and improved measurement accuracy, the converter is equipped with rings fixed in acoustic housings and circumferentially pressed screws to membranes made variable in thickness from center to edges in the form of replaceable hermetic elements fixed in figure housings of acoustic heads elastic acoustically insulating material.

2. Преобразователь по п.1, о т л и чаюшийс тем, что мембраны выполнены в вице плоскопараллельных пласти разной толщины, причем толщина одной из2. The converter according to claim 1, of which is made by the fact that the membranes are made in a vice plane-parallel sheet of different thickness, moreover, the thickness of one of

7 /7 /

J J

/ / // / /

Фиг.11

них равна п -i-K , а другой п- -К., где П - число целых полуволн;they are equal to n -i-K, and the other n- -K., where P is the number of whole half-waves;

Л - длина волны в материале мембраны;L is the wavelength in the material of the membrane;

К - коэффициент, завис щий от материала мембраны.K is a coefficient depending on the membrane material.

3. Преобразователь по п.1, о т л и ч аю щ и и с тем, что акустические головки выполнены сменными.3. The transducer according to claim 1, about tl and h ay u and with the fact that the acoustic heads are made interchangeable.

Источники, информации прин тые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account in the examination:

1.Автррское свидетельствоо № 254906 М.Кл.В 06 В 1/06, Приоритет 10.07.66.1. Authorship certificate No. 254906 M.Kl.V 06 В 1/06, Priority 10.07.66.

2.Авторское свидетельство Ne 407591, М.Кл.В 06 В 1/О6. Приоритет 04.06.70.2. The author's certificate Ne 407591, M. Kl.V 06 B 1 / O6. Priority 04.06.70.

НH

ЬхУхУИBhwoooo

Фиг.2 2

-J-J

-5-five