Электроакустический преобразователь
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерительным приборам, может быть использовано при измерении расхода и объема жидкостей, протекающих в напорных трубопроводах. Сущность изобретения: исполнение преобразователя в виде сборного модуля с возможностью замены его элементов при эксплуатации. Преобразователь выполнен в герметичном корпусе, имеющем форму стакана, конструкция содержит прижимное устройство с пружиной, обеспечивающей прижим пьезоэлемента ко дну корпуса. Технический результат: исполнение преобразователя в виде сборного модуля позволяет заменять рабочий элемент на работающем трубопроводе при сбросе давления в трубопроводе и без его вскрытия. Наличие прижимного устройства позволяет компенсировать изменение размеров конструкции, возникающее вследствие перепадов температур, и обеспечивает устойчивый акустический контакт пьезоэлемента с дном корпуса. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерительным приборам, выполняющим измерение расхода жидкости с помощью электроакустических преобразователей различных типов.
Известен электроакустический преобразователь (ЭАП), содержащий стрежневой пьезоэлемент и армирующую стяжку и имеющий форму стакана [1].
Недостатками данного преобразователя являются деформация конструкции при изменении рабочей температуры из-за отсутствия термокомпенсации преобразователя, приводящая к ненадежности акустического контакта; отсутствие возможности замены элементов преобразователя на работающем трубопроводе.
Известен ЭАП для ультразвукового контроля [2], содержащий корпус и размещенные в нем соосно и контактно друг к другу пьезоэлемент, демпфер и постоянный магнит, снабженный электромагнитом, закрепленным в корпусе неподвижно и соосно пьезоэлементу, и пружиной, размещенной между электромагнитом и демпфером и предназначенной для их соединения.
В данном случае демпфер оказывает термокомпенсирующее действие, однако также отсутствует возможность замены элементов преобразователя на работающем трубопроводе. При этом следует отметить сложность конструкции из-за необходимости использования электромагнита.
Известен электроакустический преобразователь, содержащий цилиндрический корпус с плоским дном, в котором расположен пьезокерамический диск (пьезоэлемент), прикрепленный ко дну, дно корпуса служит одним из электрических контактов пьезокерамического диска, который прижимается ко дну пружиной. Противоположный конец пружины имеет электрический контакт с проводником, который является вторым электродом преобразователя. В нерабочем состоянии пружина прижимает проводник к фиксатору, который находится в контакте с корпусом так, что пьезокерамический диск оказывается закорочен, а в рабочем состоянии при подключении кабеля (стержня) проводник отжимается от фиксатора, при этом между кабелем и диском образуется электрическое соединение [3].
Недостатком данного ЭАП, являющегося прототипом заявляемого ЭАП, также являются отсутствие возможности замены элементов преобразователя на работающем трубопроводе.
Задачей заявляемого изобретения является создание универсального электроакустического преобразователя, элементы которого могут заменяться на работающем трубопроводе, стойкого к тепловым ударам, вибростойкого и обеспечивающего стабильный акустический контакт, а также пылевлагонепроницаемого, имеющего возможность работы с агрессивными средами.
Предлагаемый электроакустический преобразователь содержит корпус с плоским дном, пьезоэлемент, расположенный на дне корпуса, демпфер, прижимное устройство с пружиной, расположенной соосно с пьезоэлементом и обеспечивающей через демпфер прижимное усилие пьезоэлемента к дну корпуса, при этом первым электродом служит дно корпуса, а второй электрод введен через изолированную от корпуса крышку, пьезоэлемент, демпфер, прижимное устройство и крышка выполнены в виде единого съемного модуля с возможностью его полной или частичной замены в процессе эксплуатации, при этом упомянутый модуль содержит цилиндрическую втулку, верхняя кромка которой соединена с крышкой, а основание превосходит по внешнему диаметру внешний диаметр пружины и находится в непосредственном механическом контакте с пружиной, упомянутая втулка выполнена с осевым отверстием, через которое проходит полый внутри направляющий стрежень, внешний диаметр которого меньше внутреннего диаметра пружины, причем пьезоэлемент через демпфер и пружину находится в постоянном механическом контакте с основанием втулки, направляющий стержень проходит внутри пружины и одним концом связан с втулкой с возможностью перемещения по ее оси, другим концом жестко соединен с демпфером, а второй электрод подведен к пьезоэлементу через осевое отверстие в крышке, внутреннюю полость направляющего стержня и демпфер.
Предлагается ЭАП, в котором контакт пьезоэлемента с дном корпуса осуществляется через контактную смазку.
Предлагается ЭАП, в котором контакт крышки с корпусом выполнен герметичным.
Предлагается вариант ЭАП, в котором связь направляющего стержня со втулкой осуществляется путем ограничения свободы перемещения стержня в направлении рабочего хода пружины гайкой, навинчиваемой на резьбу в верхней части направляющего стержня.
Предлагается вариант ЭАП, в котором демпфер выполнен в виде жесткой заливки основания направляющего стержня с обращенной к нему стороной пьезокерамического элемента.
Работа ЭАП поясняется с помощью Фиг.1-3. На фиг.1 представлен общий вид ЭАП; на фиг.2 - съемный модуль ЭАП, заменяемый в процессе эксплуатации; на фиг.3 - конструктивная схема совмещения ЭАП с участком трубопровода.
ЭАП на фиг.1 содержит корпус с плоским дном 1, пьезоэлемент 2, расположенный на дне корпуса, демпфер 3, прижимное устройство с пружиной 4, расположенной соосно с пьезоэлементом и обеспечивающей через демпфер прижимное усилие пьезоэлемента к дну корпуса, при этом первым электродом служит дно корпуса, вывод первого электрода осуществлен с помощью контакта 5 через изолированную от корпуса крышку 6; пьезоэлемент 2, демпфер 3, прижимное устройство и крышка 6 выполнены в виде единого съемного модуля (см. фиг.2) с возможностью его полной или частичной замены в процессе эксплуатации, при этом прижимное устройство кроме пружины содержит цилиндрическую втулку 7, верхняя кромка которой соединена с крышкой 6, а основание превосходит по внешнему диаметру внешний диаметр пружины 4 и находится в непосредственном механическом контакте с пружиной, упомянутая втулка 7 выполнена с осевым отверстием, через которое проходит полый внутри направляющий стержень 8, внешний диаметр которого меньше внутреннего диаметра пружины, причем пьезоэлемент через демпфер и пружину находится в постоянном механическом контакте с основанием втулки, направляющий стержень проходит внутри пружины и одним концом связан с втулкой с возможностью перемещения по ее оси, другим концом жестко соединен с демпфером, второй электрод 9 подведен к пьезоэлементу 2 через осевое отверстие в крышке, внутреннюю плоскость направляющего стержня 8 и демпфер 3; в осевом отверстии крышки 6 размещен гермоввод 10, через который осуществлен вывод электродов 5 и 9. Для улучшения акустического контакта целесообразно контакт пьезоэлемента с дном корпуса осуществлять через контактную смазку 11.
В качестве одного из вариантов на фиг.1 представлен ЭАП, в котором связь направляющего стержня с втулкой 7 осуществляется путем ограничения свободы перемещения стержня в направлении рабочего хода пружины гайкой 12, навинчиваемой на резьбу в верхней части направляющего стержня 8. Герметичность ЭАП обеспечивается при помощи уплотнительной прокладки и гермоввода.
Наиболее технологично демпфер выполнять в виде жесткой заливки основания направляющего стержня с обращенной к нему стороной пьезокерамического диска. В качестве заливочного компаунда используется композиционный материал на основе эпоксидной смолы. На фиг.3 сборный модуль вмонтирован в патрубок 13 в трубопроводе 14.
Устройство работает следующим образом. При подаче импульса на выводы электродов 5 и 9, подведенные к пьезоэлементу 2, возникают механические колебания пьезоэлемента, звуковая волна через слои контактной смазки 11 и дно корпуса 1 проходит в контролируемую среду.
Прижимное устройство обеспечивает надежный и стабильный акустический и электрический контакт пьезоэлемента 2 с дном корпуса 1 в широком диапазоне и при больших перепадах температур, компенсируя термические изменения размеров деталей преобразователя, а также при воздействии вибрации.
При изменении температуры происходит изменение размеров деталей конструкции, что компенсируется сжатием (или растяжением) пружины 4.
Выполнение демпфера 3 в виде жесткой заливки обеспечивает надежность и технологичность конструкции. Герметичность корпуса увеличивает срок службы преобразователя.
Источники информации
1. Патент №2131173. Гидроакустический излучатель, МПК H 04 R 1/44.
2. А.с. №1206686 Преобразователь для ультразвукового контроля, МПК G 01 N 29/04.
3. Патент WO №9910110. Ультразвуковой преобразователь.
4. Патент №2044412. Гидроакустический преобразователь.
Формула изобретения
1. Электроакустический преобразователь, содержащий корпус с плоским дном, пьезоэлемент, расположенный на дне корпуса, демпфер, прижимное устройство с пружиной, расположенной соосно с пьезоэлементом и обеспечивающей через демпфер прижимное усилие пьезоэлемента к дну корпуса, при этом первым электродом служит дно корпуса, а второй электрод введен через изолированную от корпуса крышку, отличающийся тем, что пьезоэлемент, демпфер, прижимное устройство и крышка выполнены в виде единого съемного модуля с возможностью его полной или частичной замены в процессе эксплуатации, при этом упомянутое прижимное устройство содержит цилиндрическую втулку, верхняя кромка которой соединена с крышкой, а основание превосходит по внешнему диаметру внешний диаметр пружины и находится в непосредственном механическом контакте с пружиной, упомянутая втулка выполнена с осевым отверстием, через которое проходит полый внутри направляющий стержень, внешний диаметр которого меньше внутреннего диаметра пружины, причем пьезоэлемент через демпфер и пружину находится в постоянном механическом контакте с основанием втулки, направляющий стержень проходит внутри пружины и одним концом связан с втулкой с возможностью перемещения по ее оси, другим концом жестко соединен с демпфером, а второй электрод подведен к пьезоэлементу через осевое отверстие в крышке, внутреннюю полость направляющего стержня и демпфер.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контакт пьезоэлемента с дном корпуса осуществляется через контактную смазку.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контакт крышки с корпусом выполнен герметичным.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что связь направляющего стержня со втулкой осуществляется путем ограничения свободы перемещения стержня в направлении рабочего хода пружины гайкой, навинчиваемой на резьбу в верхней части направляющего стержня.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что демпфер выполнен в виде жесткой заливки основания направляющего стержня с обращенной к нему стороной пьезокерамического диска.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
