Патент на изобретение №2273967

(54) ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РАБОТЫ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в системах ультразвуковой локации для газовых сред, в уровнемерах, системах ультразвуковой сигнализации и управления. Техническим результатом изобретения является создание электроакустического преобразователя, инертного к агрессивной среде и обеспечивающего в такой среде излучение и прием ультразвуковых колебаний. Электроакустический преобразователь содержит корпус с акустическим окном, расположенный в корпусе пьезоблок в виде последовательно соединенных пьезоэлементов, размещенных между тыльной накладкой и одной из сторон крепежной пластины, скрепленной другой стороной с передней накладкой, причем пьезоблок размещен перпендикулярно оси корпуса с возможностью излучения через акустическое окно. На внешнюю сторону передней накладки наложена двухслойная мембрана, внутренний слой которой плотно прилегает к внешней стороне передней накладки, а наружный слой является химически инертным к окружающей среде. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в системах ультразвуковой локации для газовых сред, в уровнемерах, системах ультразвуковой сигнализации и управления.

Известны электроакустические преобразователи (ЭП), которые используются в газовой среде. Основой таких ЭП является пьезоблок, состоящий из соединенных пьезоэлементов [1].

Прототипом заявляемого изобретения может служить ультразвуковое устройство по патенту [2], в котором использован электроакустический преобразователь, использующий приемоизлучающее устройство на основе пьезоэлементов.

Такой ЭП содержит корпус с акустическим окном, расположенный в корпусе пьезоблок в виде последовательно соединенных пьезоэлементов, размещенных между тыльной накладкой и одной из сторон крепежной пластины, скрепленной другой стороной с передней накладкой, причем пьезоблок размещен перпендикулярно оси корпуса с возможностью излучения через акустическое окно, а электроды пьезоэлементов соединены между собой, так что образуются общие выводы пьезоблока.

Как указанный выше аналог [1], так и прототип [2] – непригодны для работы в химически агрессивной среде, что в первую очередь обусловлено химическим взаимодействием ее с материалами элементов конструкции пьезоблока.

Задачей заявляемого изобретения является создание ЭП инертного к агрессивной среде и обеспечивающего работоспособность в такой среде ультразвуковых приемоизлучающих устройств, основной частью которых они являются.

Поставленная задача решается следующим образом.

Заявляемый ЭП содержит корпус с акустическим окном, расположенный в корпусе пьезоблок в виде последовательно соединенных пьезоэлементов, размещенных между тыльной накладкой и одной из сторон крепежной пластины, скрепленной другой стороной с передней накладкой, причем пьезоблок размещен перпендикулярно оси корпуса с возможностью излучения через акустическое окно, электроды пьезоэлементов соединены между собой так, что образуют общие выводы, при этом на внешнюю сторону передней накладки наложена двухслойная мембрана, внутренний слой которой плотно прилегает к внешней стороне передней накладки, а наружный слой является химически инертным к окружающей среде, причем поверхность мембраны превышает прилегающую поверхность передней накладки и по периметру образует герметичное соединение с размещенной внутри корпуса полой металлической вставкой, прижимаемой через уплотнительную прокладку к корпусу по периметру акустического окна с помощью прижимного узла, причем неизлучающие поверхности пьезоблока покрыты виброизолирующим материалом, внутренний объем корпуса залит герметизирующим компаундом, между упомянутым герметизирующим компаундом размещена эластичная прокладка, а выводы пьезоблока выведены из корпуса через гермовывод.

Предлагается вариант ЭП, в котором в качестве мембраны использована полиимидно-фторопластовая пленка.

Предлагается толщину мембраны выбрать не большей 0,005 длины ультразвуковой волны.

Предлагается ЭП, в котором корпус и пьезоблок имеют цилиндрическую форму, при этом металлическая вставка выполнена в виде кольца, а прижимной узел выполнен в виде гайки и ответной резьбы на части внутренней поверхности корпуса.

Предлагается вариант данного ЭП, в котором прижимной узел фиксирован относительно оси корпуса с помощью фиксирующего винта.

Работа заявляемого ЭП поясняется с помощью фиг.1 и 2.

На фиг.1 преобразователь содержит корпус 1 с акустическим окном 2, расположенный в корпусе пьезоблок в виде последовательно соединенных пьезоэлементов 3, размещенных между тыльной накладкой 5 и одной из сторон крепежной пластины 6, скрепленной другой стороной с передней накладкой 7, причем пьезоблок 3 размещен перпендикулярно оси корпуса 1 с возможностью излучения через акустическое окно 2, а электроды пьезоэлементов соединены между собой так, что образуют общие выводы 8.

На внешнюю сторону передней накладки наложена двухслойная мембрана 9, внутренний слой которой плотно прилегает к внешней стороне передней накладки, а наружный слой является химически инертным к окружающей среде, при этом поверхность мембраны превышает прилегающую поверхность передней накладки и по периметру образует герметичное (например, клеевое или сварное) соединение с металлической вставкой 10, прижимаемой через уплотнительную прокладку 11 к корпусу по периметру акустического окна 2 с помощью прижимного узла 12, причем неизлучающие поверхности пьезоблока 3 покрыты виброизолирующим материалом 13, внутренний объем корпуса залит герметизирующим компаундом 14, между компаундом и мембраной размещена эластичная прокладка 15, а выводы 8 пьезоблока 3 выведены из корпуса через гермовывод 16.

В качестве мембраны 9 целесообразно использовать полиимидно-фторопластовую пленку, полиимидной стороной, приклеенной к накладке 7. Фторопластовая сторона мембраны 9 инертна к агрессивной среде. Толщину мембраны целесообразно выбрать не большей 0,005 длины ультразвуковой волны во избежание ухудшения согласования передней накладки с внешней средой.

На фиг.1 корпус 1 и пьезоблок 3 имеют цилиндрическую форму, металлическая вставка 10 выполнена в виде кольца, а прижимной узел 12 выполнен в виде гайки, ввинчиваемой в ответную резьбу на части внутренней поверхности корпуса 1 и кольца 17.

При цилиндрической конструкции “проворачивание” кольца 10 при сборке можно избежать, если кольцо 17 фиксировать относительно оси корпуса 3 с помощью фиксирующего винта 4 (см. фиг.2).

Принципиально возможно использовать пьезоэлементы других конструкций – прямоугольной (квадратной), кольцевой формы и соответствующие конструкции взаимодействующих узлов.

Устройство работает следующим образом.

В режиме излучения при подаче электрического сигнала определенной частоты на выводы 8 напряжение прикладывается к пьезоблоку 3, пьезоэлементы которого начинают совершать продольные колебания. Эти колебания через крепежную пластину 6 и переднюю накладку 7 передаются в направлении акустического окна 2, а с другой стороны – гасятся тыльной накладкой 5.

Колебания с передней накладки 7 передаются через мембрану 9 и окно 2 в окружающую среду.

В режиме приема через окно 2 в обратном направлении передаются отраженные акустические колебания, при этом на выводах пьезоблока возникает электрический сигнал, по амплитуде которого определяют расстояние, на которое распространился излучаемый сигнал.

Экспериментальный ЭП использовался при работе в следующих средах: пары нефтепродуктов, воды, кислот, щелочей, аммиака, спиртов и т.д.

Заявленный ЭП обладает новыми конструктивными узлами и новыми конструктивными связями, что в совокупности с его промышленной полезностью говорит о его соответствии уровню изобретения.

Заявленный ЭП находит широкое применение в ультразвуковой локации.

Источники информации

1. Патент РФ 2237980, МПК 7 Н 04 R 1/22, заявл. 16.07.2003, опубл. 10.10.2004, Бюл.28.

2. Патент РФ 2038867, МПК 7 В 06 В 1/06, заявл. 06.08.1993, опубл. 09.07.1995.

Формула изобретения

1. Электроакустический преобразователь, содержащий корпус с акустическим окном, расположенный в корпусе пьезоблок в виде последовательно соединенных пьезоэлементов, размещенных между тыльной накладкой и одной из сторон крепежной пластины, скрепленной другой стороной с передней накладкой, причем пьезоблок размещен перпендикулярно оси корпуса с возможностью излучения через акустическое окно, а электроды пьезоэлементов соединены между собой так, что образуют общие выводы, отличающийся тем, что на внешнюю сторону передней накладки наложена двухслойная мембрана, внутренний слой которой плотно прилегает к внешней стороне передней накладки, а наружный слой является химически инертным к окружающей среде, при этом поверхность мембраны превышает прилегающую поверхность передней накладки и по периметру образует герметичное соединение с размещенной внутри корпуса полой металлической вставкой, прижимаемой через уплотнительную прокладку к корпусу по периметру акустического окна с помощью прижимного узла, причем неизлучающие поверхности пьезоблока покрыты виброизолирующим материалом, внутренний объем корпуса залит герметизирующим компаундом, между компаундом и мембраной размещена эластичная прокладка, а выводы пьезоблока выведены из корпуса через гермовывод.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембраны использована полиимидно-фторопластовая пленка.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина мембраны выбрана не большей 0,005 длины ультразвуковой волны.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус и пьезоблок имеют цилиндрическую форму, металлическая вставка выполнена в виде кольца, а прижимной узел выполнен в виде гайки и ответной резьбы на части внутренней поверхности корпуса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прижимной узел фиксирован относительно оси корпуса с помощью фиксирующего винта.

РИСУНКИ