Ультразвуковой преобразователь температуры

Авторы патента:

ЛИХНОВСКИЙ ИГОРЬ СТЕПАНОВИЧ

ГАМУЛА ПАВЕЛ РОМАНОВИЧ

ЛУЦИК ЯРОСЛАВ ТЕОДОРОВИЧ

ГИЛЬ БОГДАН ИВАНОВИЧ

G01K11/24 - скорости распространения звука

Изобретение позволяет получить ультразвуковой преобразователь температуры повышенной точности измерения с расширенными функциональными возможностями. Целью изобретения является повышение точности измерений в широком частотном и температурном диапазонах. Ультразвуковой преобразователь температуры содержит чувствительный элемент 1, звукопровод 2, магнитострикционный преобразователь 3, возбуждающую катушку 4, приемную катушку 5, вибропоглощающий материал 6. Магнитострикционный преобразователь 3 выполнен в виде спирально свернутой ленты, поверхность которой предварительно покрыта изоляционным материалом. Со стороны отражающего нерабочего торца магнитострикционный преобразователь спрессован в форме пластины и обжат вибропоглощающим материалом на длине не менее полутора длин волн в материале ленты. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 К 11/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4401722/24-10 (22) 04.04.88 (46) 23.01.90. Бюл. Р 3 (71) Специальное конструкторское бю, ро Луцкого Производственного объединения "Электротермометрия" (72) И.С.Лихновский, П.P.Гамула, Я.Т.Луцик и Б.И.Гиль (53) 536.6 (088.8) (56) Патент США Р 3738174, кл. G 01 К 11/24, 1973.

Авторское свидетельство СССР

Р 523308, кл. G 01 К 11/24, 1972. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение позволяет получить ультразвуковой преобразователь температуры повышенной точности измерения с расширенными функциональными воз,,su„„ so a1

2 можностями.Целью изобретения является повышение точности измерений в широком частотном и температурном диапазонах. Ультразвуковой преобразователь температуры содержит чувствитель ный элемент 1, эвукопровод 2, магни-.. тострикционный преобразователь 3, возбуждающую катушку 4, приемную катушку 5, вибропоглощающий материал 6. Магнитострикционный преобразо-. ватель 3 выполнен в виде спирально свернутой ленты, поверхность которой предварительно покрыта изоляционным материалом. Со стороны отражающего нерабочего торца магнитострикционный преобразователь спрессован в форме пластины и обжат вибропоглощающим материалом на длине не менее полутора длин волн в материале ленты. 3 ил. С:

4 нить это явление можно, выполняя сердечники набором тонких пластин (фольги), изолируя их друг от друга. Например, можно применять чистый никель . или сплав пермендюр, проведя предварительную технологическую обрабоТку.

Для никеля это нагрев до 700-800 С с доступом воздуха, что приводит к образованию не поверхности металла тонкой окисной пленки зеленого цвета, обладаюшей электроизоляционными свойствами. Пермендюр необходимо загрузить в печь при 300 С, нагреть до

450 С с выдержкой 2,5 ч и охладить до ЗОООС со скоростью 60-80 С/ч с доступом воздуха.

При экспериментальной апробации изготовляют магнитбстрикционные преобразователи из никелевой фольги толщиной 0,1 мм, подвергнутой термообработке, свитой в спираль на оправке. 0,6+0,8 мм.

Обжатие задней части магнитострикционного преобразователя производят материалом, хорошо поглощающим акустические колебания. Это может быть, резина различных марок, искусственные смолы с добавлением различных наполнителей (например, графитового порошка).

Экспериментальные исследования магнитострикционных преобразователей, отличающихся длиной обжатия со стороны нерабочего торца, показывают, что обжатие на длине, соответствующей 1,5 длин волн в материале ленты, является достаточным условием, обеспечивающим неравномерность АЧХ около

3 дБ. Дальнейшее увеличение длины . обжатия незначительно выравнивает

АЧХ (фиг.3).

Предлагаемый ультразвуковой преобразователь имеет широкий частотный диапазон и обеспечивает преобразование импульсных сигналов с малыми нелинейными искажениями. Учитывая то,,что в импульсных термометрах производится измерение временного интервала между фронтами отраженных импульсов, а крутизна фронта зависит от содержа-. ния в спектре сигнала высокочастот-.... ных составляющих, широкополосный

ИП обеспечивает малые искажения фрон-. тов и меньшую погрешность измерения временных интервалов и соответственно температуры.

Кроме того, широкополосный ИП позволяе r применять в случае резо3 153806

Изобретение относится к контактной термометрии и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для измерения температуры.

Целью изобретения является повыше«5 ние точности измерения s широком час-. тотном и температурном диапазонах.

На фиг.1 изображен предлагаемый ультразвуковой преобразователь на, фиг.2 вЂ” магнитострикционный преобра-. зователь, на фиг.3 вЂ” raðôèê АЧХ и амплитуды эхо-сигнала в зависимости от длины обжатия сердечника вибропоглощающего материала. 15

Ультразвуковой преобразователь температуры содержит чувствительный элемент 1, звукопровод 2, магнитострикционный преобразователь 3, возбуждающую 4 и приемную 5 катушки,, вибропоглощающий материал 6.

Ультразвуковой преобразователь . температуры содержит чувствительный

; элемент 1, соединенный через звукопровод 2 с магнитострикционным реоб- 25 . разователем 3 в виде спирально свер" нутой ленты, поверхность которой покрыта электроизоляционным материалом, на котором размещены возбуждающая 4 и приемная 5 катушки, а отражающий нерабочий торец магнитострикционного преобразователя 3 обжат вибропоглощающим материалом 6 на длине не менее полутора длин волн в материале ленты.

Электрический сигнал подается в возбуждающую катушку 4 и преобразуется в магнитострикционном преобразователе 3 в акустические сигналы, которые распространяются в обе сторо40 ны от катушки 4. Один из сигналов транслируется звукопроводом 2 к чувствительному элементу 1, отражается от него, возвращается по звукопроводу 2 и преобразуется в магнито-, стрикционном преобразователе 3 и

45 приемной катушке 5 в электрический сигнал °

Второй сигнал, проходя по задней части.магнитострикционного преобразователя к торцу и обратно, подавляется вибропоглощающим материалом 6.

В магнитострикционных материалах при наложении высокочастотного магнитного поля наблюдается скин-эффект из-за вихревых токов, что приводит 55 к существенному снижению коэффициента электромеханической связи и сужению рабочего диапазона частот. Устра153806 нансных чувствительных элементов резонансные элементы с различными значениями начальных рабочих частот . или производить взаимную замену указанных чувствительных элементов без переделки конструкции (или без регулировки) ИП.

Выполнение ИП в виде спирально свернутой ленты позволяет регулиро" : вать эквивалентное сечение MII изменением числа витков спирали и обеспечивать оптимальное согласование акустических импедансов ИП и звукопровода заданного сечения. Это обеспечивает передачу сигнала в звукопровод с максимальной амплитудой и позволит избежать частичных отра- . жений акустического сигнала от места соединения. ИП и звукопровода. Такие отражения уменьшают амплитуду полезного сигнала и, кроме того, уве.-.. личивают уровень помех, наблюдаемых в виде реверберационного шума.

Введение новых элементов выгодно 2 отличает предлагаемый ультразвуковой преобразователь температуры от извегт стного, так как обеспечивает повышен . ние точности измерения в широком частотном и температурном диапазонах за счет исключения наложения прямых, и отраженных сигналов и выравнивания амплитудно-частотной характеристики, а также снижает погрешность измерения за счет увеличения амплитуды полезного сигнала, снижения реверберационных 35 .помех и увеличения отношения сигнал/ IIPJM °

Повышение точности измерения температуры ультразвуковым преобразова. телем температуры обеспечивается за 4О счет увеличения и стабилизации отно- : шения сигнал/шум, при этом уменьшается влияние вихревых токов и эа счет этого увеличивается коэффициент .

3 6 электромеханической связи, что увели-.. чивает амплитуду полезного сигнала; обеспечивается лучшее согласование акустических импедансов магнитострикционного преобразователя и звукопро-.,<., вода эа счет возможности задавать эквивалентное сечение магнитострикционного преобразователя выбором чис.ла витков спирали, что в свою очередь уменьшает интенсивность сигна-. лов отраженных из-за акустического несоответствия и обраэуницих ревербе-. рационный шум; выравнивается амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в широкой полосе рабочих частот.

Например, преобразователь иэ никелевой фольги, заглушенный на длине

120 мм резиновым демпфером, обеспечивает при работе с молибденовым звукопроводом И 2 мм неравномерность

АЧХ не более 4 дБ в полосе частот

80-140 кГц, причем работоспособность сохраняется в полосе частот 60240 кГц без "провалов" амплитуды.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь температуры, содержащий чувствительный элемент, соединенный через эвукопровод с магнитострикционным преобра- зователем с размещенными на нем возбуждающей и приемной катушками, о твЂ” л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком частотном и температурном диапазонах, магнитострикционный преобразователь выполнен в виде спирально свернутой ленты, поверхность которой покрыта электроизоляционным ма. териалом, а со стороны отражающего нерабочего торца спрессован в форме пластины и обжат вибропоглощающим материалом на длине не .менее полутора длин волн в материале ленты.

1538063

А-А

2 A„prat

Составитель А.Шевченко

Редактор В.Бугренкова Техред Л.Сердюкова Корректор М. Шароши

«4

Заказ 164 Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ .СССР

113035, Иасква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Ультразвуковой преобразователь температуры

Похожие патенты:

Ультразвуковой термометр // 1500865

Акустический термометр // 1415081

Изобретение относится к области контактной термометрии и может быть использовано во всех областях народного хозяйства, требующих измерения высоких температур

Ультразвуковой измеритель температуры // 1397751

Изобретение относится к контактной термометрии

Акустоэлектронный датчик температуры // 1392397

Ультразвуковой термометр // 1381347

Изобретение относится к области температурных измерений

Способ определения температуры // 1377622

Изобретение относится к технике измерения температуры

Преобразователь температуры в цифровой код // 1348667

Изобретение относится к температурным измерениям

Устройство для измерения температуры воздуха // 1317293

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения температуры потоков воздуха

Датчик температуры // 1264013

Изобретение относится к измер тельной технике, а имеиио к устррй ствам контроля температуры с преобразователями поверхностных акустических воли (ПАВ)

Ультразвуковой термометр // 1247685

Изобретение относится к технике термометрии и может найти применение при прецизионных измерениях температуры

Волоконно-оптическое устройство для контроля постоянства температуры жидкой среды // 2290615

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в термостатах для контроля постоянства температуры жидкой среды

Устройство для измерения температуры // 2362980

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к датчикам температуры

Способ определения температуры жидкости // 2006007

Ультразвуковой термометр // 1566231

Изобретение относится к контактной термометрии и может быть использовано для измерений температуры в широком диапазоне

Способ измерения температурного поля // 1578520

Изобретение относится к термометрии и позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения измерения пространственного распределения неоднородных температурных полей сложного профиля и нестационарных температурных полей, повысить чувствительность, снизить трудоемкость процесса измерения

Способ определения температуры // 1651114

Изобретение относится к термометрии , а именно к средствам измерения температуры газовых сред по скорости распространения звука в газе

Устройство для измерения температурного поля // 1688133

Изобретение относится к термометрии, может быть использовано для измерения как стационарных, так и нестационарных температурных полей сложного пространственного профиля и позволяет повысить точность измерений и снизить трудоемкость процессов измерения за счет исключения влияния нестабильности параметров импульсного источника излучения

Чувствительный элемент для измерения температуры // 2494358

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры. Чувствительный элемент для измерения температуры состоит из пьезоплаты 1, на поверхности которой сформированы не менее одного встречно-штыревого преобразователя 3 и не менее четырех отражающих структур. Не менее двух отражающих структур 4 расположены под отличным от нуля углом к штырям встречно-штыревого преобразователя 3 и не менее одной отражающей структуры находится вне площади, ограниченной апертурой встречно-штыревого преобразователя и расстоянием между наиболее удаленными отражающими структурами 2, расположенными на одной оси, пересекающей штыри встречно-штыревого преобразователя 3 под прямым углом. Технический результат: повышение точности измерения температуры за счет использования свойств двух направлений распространения поверхностной акустической волны. 1 ил.

Пассивный датчик температуры на поверхностных акустических волнах // 2585487

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для дистанционного контроля температуры. Заявлен датчик температуры на поверхностных акустических волнах, содержащий герметичный корпус, в котором находится пьезоэлектрический звукопровод с большим температурным коэффициентом задержки (ТКЗ) порядка 10-4 1/градус. На рабочей поверхности расположены встречно-штыревые преобразователи (ВШП) с одинаковой центральной частотой f0, один из которых нагружен на приемо-передающую антенну, а другой ВШП является отражательным. Введен еще один пьезоэлектрический звукопровод с малым ТКЗ, в 50-100 раз меньшим по сравнению с ТКЗ порядка 10-4 1/градус, на котором расположены также два ВШП с той же центральной частотой f0, один из которых соединен электрически с приемо-передающей антенной параллельно с ВШП, расположенным на звукопроводе с большим ТКЗ, а другой ВШП - отражательный. Расстояние между центрами этих ВШП подбираются таким образом, чтобы задержка отраженного сигнала на пьезоэлектрическом звукопроводе с малым ТКЗ и на звукопроводе с большим ТКЗ при комнатной температуре были бы одинаковыми, либо отличались на величину 1/(4f0), а соответствующие ВШП, расположенные на разных пьезоэлектрических звукопроводах, должны иметь одинаковую полосу пропускания. Технический результат - повышение точности измерения температуры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Фотоприемник для регистрации инфракрасного излучения в области 10,6 мкм // 2628675

Изобретение относится к области измерительной техники и касается фотоприемника для регистрации инфракрасного излучения в области 10,6 мкм. Фотоприемник включает в себя герметичную наполненную газом камеру, оснащенную входным окном, прозрачным для измеряемого излучения, и блок электроники. Внутри камеры, представляющей собой полый параллелепипед, на месте двух ее противоположных граней, вдоль которых распространяется измеряемое излучение, установлены соединенные с блоком электроники идентичные электроакустические преобразователи. Камера заполнена газовой смесью азот-элегаз общим давлением 1 атм и с относительной концентрацией элегаза , где - расстояние между входным окном и противоположной гранью камеры. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства. 1 ил.