Способ ввода ультразвуковой волны в расходомере с жидкостным звукопроводом

 

i6 f51053

Класс 42е, 23ва

426

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗО

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11оаписная группа М 1б7

Н, И. Бражников

СПОСОБ ВВОДА УЛЬТРАЗВУКОВОИ ВОЛНЫ В РАСХОДОМЕРЕ

С ЖИДКОСТНЫМ ЗВУКОПРОВОДОМ

Заявлено 2 июля 1960 г. за № 672034/26 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете л1инистров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 20 за 1962 г, Известные способы ввода ультразвуковой волны в расходомерах имеют ряд существенных недостатков, из-за которых они не могут быть эффективно использованы для автоматизации технологических процессов непрерывного измерения расхода агрессивных, загрязненных и кристаллизующихся жидкостей.

Описываемый способ ввода ультразвуковой волны повышает чувствительность расходомеров тем, что в нем изменен принцип построения акустических каналов и ввод ультразвуковой волны осуществляется под углом, находящимся в пределах между первым критическим и вторым критическим углами падения — преломления на границе раздела сред жидкостного звукопровода и наружной поверхности трубопровода.

При этом сохраняется целостность магистрального трубопровода.

На чертеже изображена схема распространения ультразвуковых колебаний по предлагаемому способу.

В контролируемый поток 1 жидкости ультразвуковые "колебания 2 вводят под углом к направлению потока с помощью жидкостных акустических камер 8 через стенки магистрального трубопровода 4. В случае двухканальных электронных схем (схема без коммутации) необходимы две пары акустических камер, в случае одноканальной схемы (схема с коммутацией) — одна пара акустических камер. Камеры в каждой паре расположены друг относительно друга на противоположных сторонах наружной поверхности трубопровода.

Ввод ультразвуковых колебаний в стенку трубопровода через жидкостной звукопровод камеры осуществляется под углом а, большим первого критического и меньшим второго критического углов падения— преломления. За время полного акустического хода от излучающего № 151053 б азователя 5 до приемного пьезопреобразователя б ультрапьезопрео разоват с е с четы ехзвуковые колебания проходят четыре границы раздела сред р кратным преломлением и трансформацией (преобразованием) одного ви да ультразвуковых колебаний в другой на этих границах.

Ультразвуковые колебания, падающие на границу раздела р д: с е: жидкость акустической камеры — наружная поверхность стенки трубопровода под углом а к нормали границь| раздела, на этой границе преломляются и, трансформируясь из продольных колебаний в поперечные, распространяются в стенке трубопровода под углом, величина которого определяется соотношением: где С вЂ” скорость распространения поперечных ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода;

С1 — скорость распространения ультразвуковых колебаний в жидкости акустической камеры.

На границе раздела сред: внутренняя поверхность стенки трубопровода — контролируемая жидкость, поперечные ультразвуковые колебания, падающие на нее под углом Pq к ее нормали, трансформируясь в продольные колебания, преломляются и распространяются в контролируемой жидкости под углом р, величина которого определяется соотношением:

sin ) = — sin )„

С, (2) С

sin Ii = — — sin a.

С, Независимость направления распространения ультразвуковых колебаний в контролируемой жидкости от скорости распространения ультразвука в стенке трубопровода является важным обстоятельством,обеспечиваюшим возможность применения принципа акустической компенсации температурных погрешностей на все классы жидкостей, имеющие любой знак и величину температурного коэффициента скорости ультразвука.

Для повышения чувствительности датчика и обеспечения однозначности показаний угол а посылки — приема ультразвука в акустических где С вЂ” скорость распространения ультразвуковых колебаний в контролируемой жидкости.

Аналогично ультразвуковые колебания преломляются на другой стороне трубопровода на двух границах раздела сред. Так как в обеих акустических камерах находится одна и та же жидкость, то угол выхода ультразвуковых колебаний а на приемный пьезоэлемент б равен углу посылки колебаний с излучаюшего пьезоэлемента б.

Таким образом, направление распространения ультразвуковых колебаний в контролируемой жидкости не зависит от скорости поперечных ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода, что особенно важно в случае применения трубопроводов с неизвестной скоростью ультразвука в его материале, а также в случае применения пульп и кристаллизующихся жидкостей. Действительно, как следует из соотношений (1) и (2), угол р имеет следующую зависимость: № 151053 камерах устанавливается в пределах между первым критическим к, ) и взорым критическим c, ð углами, величины которых определи;о. ;; —,;,:;,.- дующими соотношениями: (4) где С -- скорость распространения продольных ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода.

Однозначность показаний прибора достигается тем, что при угле а, большем a,,продольные колебания отсутствуют в стенках трубопровода и распространяются только поперечные колебания. Так как скорость ч . 2(1 — а) распространения поперечных колебаний в раз меньше скоро 1-, сти продольных колебаний (— коэффициент Пуассона поперечного сжатия), то, как показывает теоретический анализ, в случае металлических, керамических и стеклянных трубопроводов чувствительность датчика увеличивается в

2(! — о) раз по сравнению с датчиком, ис1 — 2a пользующим звукопровод из тех же материалов. B случае пластмассовых трубопроводов повышение чувствительности по сравнению с применением звукопроводов из тех же пластмасс составляет значительно большую величину, так как скорость поперечных колебаний в пластмас.сах близка или меньше скорости ультразвука в жидкостях.

Предмет изобретения

Способ ввода ультразвуковой волны в расходомере с жидкостным звукопроводом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности расходомера, ввод ультразвуковой волны осуществляется под углом, находящимся в пределах между первым критическим и вторым критическим углом падения — преломления на границе раздела сред жидкостного звукопровода и наружной поверхности трубопровода.