УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
ULTRASONIC PIEZOELECTRIC CONVERTER (VERSIONS)

Предлагаемые технические решения относятся к области приборостроения и могут быть использованы для получения ультразвуковых сигналов с меньшими акустическими помехами.
Аналогичные технические решения известны, см., например, патент США №4297607, который содержит:
- патрубок;
- стальной протектор, закрепленный в области нижнего конца патрубка;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности стального протектора;
- звукопровод, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности стального протектора;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- составной демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- изолятор, расположенный на верхней поверхности составного демпфера;
- крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную поверхностью своего внутреннего дна на верхней поверхности изолятора и на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по первому и второму вариантам и вышеохарактеризованного аналога являются:
- патрубок;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка;
- звукопровод, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная поверхностью своего внутреннего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по третьему и четвертому вариантам и вышеохарактеризованного аналога являются:
- патрубок;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка;
- звукопровод, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- изолятор;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная поверхностью своего внутреннего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по пятому и шестому вариантам и вышеохарактеризованного аналога являются:
- патрубок;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка;
- звукопровод, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- изолятор;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная поверхностью своего внутреннего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по седьмому и восьмому вариантам и вышеохарактеризованного аналога являются:
- патрубок;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка;
- звукопровод, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- изолятор;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная поверхностью своего внутреннего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Известно также аналогичное техническое решение (см. патент США №3925692), которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит:
- патрубок;
- звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера;
- изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный на верхнем конце пружины;
- крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхней поверхности изолятора и на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по первому и второму вариантам и прототипа являются:
- патрубок;
- звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- пружина, расположенная внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленная своим нижним концом на верхней поверхности демпфера;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная внутренней поверхностью своего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по третьему и четвертому вариантам и прототипа являются:
- патрубок;
- звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- пружина, расположенная внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленная своим нижним концом на верхней поверхности демпфера;
- изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхнем конце пружины;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная внутренней поверхностью своего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по пятому и шестому вариантам и прототипа являются:
- патрубок;
- звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента;
- изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- пружина, расположенная внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленная своим нижним концом на верхней поверхности демпфера;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная внутренней поверхностью своего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Общими признаками предлагаемого технического решения по седьмому и восьмому вариантам и прототипа являются:
- патрубок;
- звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка;
- пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода;
- пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса;
- пружина, расположенная внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленная своим нижним концом на верхней поверхности демпфера;
- крышка, установленная на верхнем конце патрубка и расположенная внутренней поверхностью своего дна на верхнем основании пустотелого цилиндрического корпуса.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из аналогичных технических решений, заключается в создании минимально возможного контакта внешней поверхности звукопровода с внутренней поверхностью патрубка, так как только при наличии такого контакта, при сфокусированном потоке ультразвуковых колебаний, возможно получение высокой акустической помехозащищенности.
Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что сложившаяся практика создания ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей данному вопросу должного внимания не уделяет.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача по созданию ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, имеющих высокую акустическую помехозащищенность, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, согласно первому варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности пьезоэлемента, а верхний конец пружины установлен на внутренней поверхности дна пустотелого цилиндрического корпуса.
Технический результат, указанный выше, согласно второму варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус с кольцевыми поперечными канавками, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса и заполненными звукопоглощающим материалом, и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности пьезоэлемента, а верхний конец пружины установлен на внутренней поверхности дна пустотелого цилиндрического корпуса.
Технический результат, указанный выше, согласно третьему варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхнем конце пружины, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус с кольцевыми поперечными канавками, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса и заполненными звукопоглощающим материалом, и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности пьезоэлемента, а изолятор расположен своей верхней поверхностью на нижней поверхности дна пустотелого цилиндрического корпуса.
Технический результат, указанный выше, согласно четвертому варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхнем конце пружины, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус с кольцевыми поперечными канавками, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса и заполненными звукопоглощающим материалом, и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности пьезоэлемента, а изолятор расположен своей верхней поверхностью на внутренней поверхности дна пустотелого цилиндрического корпуса.
Технический результат, указанный выше, согласно пятому варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента, изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности изолятора, расположенного своей верхней поверхностью на нижней поверхности пьезоэлемента.
Технический результат, указанный выше, согласно шестому варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента, изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус с кольцевыми поперечными канавками, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса и заполненными звукопоглощающим материалом, и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности изолятора, расположенного своей верхней поверхностью на нижней поверхности пьезоэлемента.
Технический результат, указанный выше, согласно седьмому варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности пьезоэлемента, а изолятор расположен своей верхней поверхностью на нижней поверхности демпфера и своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента.
Технический результат, указанный выше, согласно восьмому варианту достигается тем, что в ультразвуковом пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем патрубок, звукопровод, установленный внутри нижнего конца патрубка, пустотелый цилиндрический корпус, расположенный внутри патрубка и установленный своим нижним основанием на верхней поверхности звукопровода, пьезоэлемент, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, изолятор, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, демпфер, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса, пружину, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера, и крышку, установленную на верхнем конце патрубка и расположенную внутренней поверхностью своего дна на верхнем внешнем основании пустотелого цилиндрического корпуса, при этом патрубок выполнен с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, звукопровод выполнен в виде единого конструктивного элемента, включающего усеченную сферу, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка, усеченный конус с кольцевыми поперечными канавками, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса и заполненными звукопоглощающим материалом, и цилиндр, установленный своим верхним основанием на нижней поверхности пьезоэлемента, а изолятор расположен своей верхней поверхностью на нижней поверхности демпфера и своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента.
Выполнение патрубка с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса во внутреннюю полость трубопровода с контролируемой средой, а также выполнение и расположение звукопровода и расположение верхнего конца пружины, согласно первому варианту, как это указано выше, позволяет при подаче напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на пьезоэлемент получить ультразвуковые колебания, часть которых излучается в демпфер и поглощается им, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента в материале звукопровода, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на конце звукопровода и излучение ультразвуковых сигналов в контролируемую среду трубопровода, при этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы звукопровода имеет минимально возможный контакт с конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка, следовательно, прохождение мешающих акустических колебаний (всегда присутствующих в реальных условиях эксплуатации) из стенок трубопровода и патрубка будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает прохождение большей части энергии акустических колебаний, создающих акустические помехи, и их влияние на полезные ультразвуковые сигналы. В чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше, по первому варианту.
Выполнение патрубка с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса во внутреннюю полость трубопровода с контролируемой средой, а также выполнение и расположение звукопровода и расположение верхнего конца пружины, согласно второму варианту, как это указано выше, позволяет при подаче напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на пьезоэлемент получить ультразвуковые колебания, часть которых излучается в демпфер, выполненный из электроизолирующего материала, и поглощается им, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента в материале звукопровода, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на конце звукопровода и излучение ультразвуковых сигналов в контролируемую среду трубопровода, при этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы звукопровода имеет минимально возможный контакт с конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка, следовательно, прохождение мешающих акустических колебаний (всегда присутствующих в реальных условиях эксплуатации) из стенок трубопровода и патрубка будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает прохождение большей части энергии акустических колебаний, создающих акустические помехи, и их влияние на полезные ультразвуковые сигналы. При этом при попадании энергии меньшей части акустических колебаний на внешние поверхности канавок звукопровода она поглощается в звукопоглощающем материале, что, в свою очередь, ослабляет влияние акустических помех на полезные ультразвуковые сигналы. В чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше, по второму варианту.
Выполнение патрубка с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса во внутреннюю полость трубопровода с контролируемой средой, а также выполнение и расположение звукопровода и расположение изолятора, согласно третьему, пятому и седьмому вариантам, как это указано выше, позволяет при подаче напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на пьезоэлемент, между верхней и нижней поверхностями которого отсутствует электрический контакт благодаря наличию изолятора, получить ультразвуковые колебания, часть которых излучается в демпфер и поглощается им, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента в материале звукопровода, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на конце звукопровода и излучение ультразвуковых сигналов в контролируемую среду трубопровода, при этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы звукопровода имеет минимально возможный контакт с конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка, следовательно, прохождение мешающих акустических колебаний (всегда присутствующих в реальных условиях эксплуатации) из стенок трубопровода и патрубка будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает прохождение большей части энергии акустических колебаний, создающих акустические помехи, и их влияние на полезные ультразвуковые сигналы. В чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше, по третьему, пятому и седьмому вариантам.
Выполнение патрубка с конусообразной внутренней поверхностью в его нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса во внутреннюю полость трубопровода с контролируемой средой, а также выполнение и расположение звукопровода и расположение изолятора, согласно четвертому, шестому и восьмому вариантам, как это указано выше, позволяет при подаче напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на пьезоэлемент, между верхней и нижней поверхностями которого отсутствует электрический контакт благодаря наличию изолятора, получить ультразвуковые колебания, часть которых излучается в демпфер и поглощается им, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента в материале звукопровода, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на конце звукопровода и излучение ультразвуковых сигналов в контролируемую среду трубопровода, при этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы звукопровода имеет минимально возможный контакт с конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка, следовательно, прохождение мешающих акустических колебаний (всегда присутствующих в реальных условиях эксплуатации) из стенок трубопровода и патрубка будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает прохождение большей части энергии акустических колебаний, создающих акустические помехи, и их влияние на полезные ультразвуковые сигналы. При этом при попадании энергии меньшей части энергии акустических колебаний на внешние поверхности канавок звукопровода она поглощается в звукопоглощающем материале, что, в свою очередь, ослабляет влияние акустических помех на полезные ультразвуковые сигналы. В чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше, по четвертому, шестому и восьмому вариантам.
Проведенный анализ известных аналогичных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности признаков, так и отличительных признаков предлагаемых технических решений с присущими им свойствами, что позволило сделать вывод, что предлагаемые технические решения соответствуют критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Предлагаемые варианты ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей поясняются нижеследующими описаниями и чертежами, где на фиг.1 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно первому варианту, на фиг.2 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно второму варианту, на фиг.3 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно третьему варианту, на фиг.4 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно четвертому варианту, на фиг.5 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно пятому варианту, на фиг.6 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно шестому варианту, на фиг.7 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно седьмому варианту и на фиг.8 представлен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно восьмому варианту.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно первому варианту (см. фиг.1) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, и включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 и цилиндр - 6;
- пустотелый цилиндрический корпус - 7, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 6 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 8 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- пьезоэлемент - 8, расположенный внутри пустотелого цилиндрического металлического корпуса - 7, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 6 звукопровода и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- демпфер - 9, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 8, при этом демпфер - 11 выполнен из электроизолирующего материала, например из стекловолокнита;
- пружину - 10, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 9,
- крышку - 11 с отверстием - 12, выполненным в дне крышки - 11, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную внутренней поверхностью своего дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно второму варианту (см. фиг.2) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в нижнем конце патрубка - 3, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 с кольцевыми поперечными канавками - 6, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса - 5 и заполненными звукопоглощающим материалом - 7, например оксидом свинца, и цилиндр - 8;
- пустотелый цилиндрический корпус - 9, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 8 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 10 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- пьезоэлемент - 10, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 8 звукопровода и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- демпфер - 11, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 10, при этом демпфер - 11 выполнен из электроизолирующего материала, например из стекловолокнита;
- пружину - 12, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 11;
- крышку - 13 с отверстием - 14, выполненным в дне крышки - 13, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную своей внутренней поверхностью дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно третьему варианту (см. фиг.3) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 и цилиндр - 6;
- пустотелый цилиндрический корпус - 7, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 6 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 8 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- пьезоэлемент - 8, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 6 звукопровода и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- демпфер - 9, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 8, при этом демпфер - 9 выполнен из токопроводящего материала, например из алюминия, титана и т.д.;
- пружину - 10, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 9;
- изолятор - 11, выполненный из диэлектрического материала, например из поликора, и расположенный своей нижней поверхностью на верхнем конце пружины - 10, а своей верхней поверхностью на внутренней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 7;
- крышку - 12 с отверстием - 13, выполненным в дне крышки - 12, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную внутренней поверхностью своего дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно четвертому варианту (см. фиг.4) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 с кольцевыми поперечными канавками - 6, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса - 5 и заполненными звукопоглощающим материалом - 7, например оксидом свинца, и цилиндр - 8;
- пустотелый цилиндрический корпус - 9, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 6 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 10 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- пьезоэлемент - 10, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 8 звукопровода и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- демпфер - 11, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 10, при этом демпфер - 12 выполнен из токопроводящего материала, например из алюминия, титана и т.д.;
- пружину - 12, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 11,
- изолятор - 13, выполненный из диэлектрического материала, например поликора, и расположенный своей нижней поверхностью на верхнем конце пружины - 12, а своей верхней поверхностью на внутренней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9;
- крышку - 14 с отверстием - 15, выполненным в дне крышки - 14, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную внутренней поверхностью своего дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно пятому варианту (см. фиг.5) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 и цилиндр - 6;
- пустотелый цилиндрический корпус - 7, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 6 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 9 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- изолятор - 8, выполненный, например, из поликора, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 6 звукопровода;
- пьезоэлемент - 9, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности изолятора - 8 и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- демпфер - 10, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 9, при этом демпфер - 10 выполнен из токопроводящего материала, например из алюминия, титана и т.д.;
- пружину - 11, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 10;
- крышку - 12 с отверстием - 13, выполненным в дне крышки - 12, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную внутренней поверхностью своего дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно шестому варианту (см. фиг.6) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 с кольцевыми поперечными канавками - 6, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса - 5 и заполненными звукопоглощающим материалом - 7, например оксидом свинца, и цилиндр - 8;
- пустотелый цилиндрический корпус - 9, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 8 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 11 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- изолятор - 10, выполненный, например, из поликора, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 8 звукопровода;
- пьезоэлемент - 11, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности изолятора - 10 и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- демпфер - 12, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 11, при этом демпфер - 12 выполнен из токопроводящего материала, например из алюминия, титана и т.д.;
- пружину - 13, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 12, а своим верхним концом на внутренней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9;
- крышку - 14 с отверстием - 15, выполненным в дне крышки - 14, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную своей внутренней поверхностью дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно седьмому варианту (см. фиг.7) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 и цилиндр - 6;
- пустотелый цилиндрический корпус - 7, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 6 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 8 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- пьезоэлемент - 8, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 6 звукопровода и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- изолятор - 9, выполненный, например, из поликора, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 8;
- демпфер - 10, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности изолятора - 9, при этом демпфер - 10 выполнен из токопроводящего материала, например из алюминия, титана и т.д.;
- пружину - 11, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 10,
- крышку - 12 с отверстием - 13, выполненным в дне крышки - 12, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную внутренней поверхностью своего дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно восьмому варианту (см. фиг.8) содержит:
- трубопровод - 1 с контролируемой средой - 2;
- патрубок - 3, закрепленный своим нижним концом в отверстии, выполненном в корпусе трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, выполненный с конусообразной внутренней поверхностью в своем нижнем конце, обращенном отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, и сообщающийся своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2;
- звукопровод, расположенный во внутренней конусообразной полости патрубка - 3 и выполненный в виде единого конструктивного элемента из токопроводящего материала, например из нержавеющей стали, включающего в себя усеченную сферу - 4, контактирующую своей окружностью с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка - 3, усеченный конус - 5 с кольцевыми поперечными канавками - 6, выполненными по внешней конусообразной поверхности усеченного конуса - 5 и заполненными звукопоглощающим материалом - 7, например оксидом свинца, и цилиндр - 8;
- пустотелый цилиндрический корпус - 9, расположенный внутри патрубка - 3, установленный своим нижним основанием на поверхности верхнего основания цилиндра - 8 звукопровода и выполненный в виде стакана с отверстием, выполненным в дне стакана (позиция отверстия на чертеже не приведена), для прокладки проводов питания пьезоэлемента - 10 от источника электрических сигналов ультразвуковой частоты;
- пьезоэлемент - 10, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности цилиндра - 6 звукопровода и подсоединенный своими выводами к выводам источника электрических сигналов ультразвуковой частоты (позиция источника электрических сигналов ультразвуковой частоты на чертеже не приведена);
- изолятор - 11, выполненный, например, из поликора, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности пьезоэлемента - 10;
- демпфер - 12, расположенный внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности изолятора - 11, при этом демпфер - 12 выполнен из токопроводящего материала, например из алюминия, титана и т.д.;
- пружину - 13, расположенную внутри пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и установленную своим нижним концом на верхней поверхности демпфера - 12, а своим верхним концом на внутренней поверхности (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9;
- крышку - 14 с отверстием - 15, выполненным в дне крышки - 14, установленную на верхнем конце патрубка - 3 и расположенную внутренней поверхностью своего дна на внешней поверхности основания (дна) пустотелого цилиндрического корпуса - 9.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно первому варианту (см. фиг.1) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 8 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 8 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов излучается в демпфер - 9 и поглощается демпфером - 9, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 8, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Предлагаемый ультразвуковой пьезопреобразователь согласно второму варианту (см. фиг.2) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 10 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 10 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов излучается в демпфер - 11 и поглощается им, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 8, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение мешающих акустических колебаний (всегда присутствующих в реальных условиях эксплуатации) из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части энергии акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Дополнительное ослабление энергии акустических колебаний, проходящих через стенки в трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 в звукопровод, происходит за счет попадания этих колебаний на внешние поверхности канавок - 6 и их поглощения в звукопоглощающем материале - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно третьему варианту (см. фиг.3) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 8 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 8 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы, причем для устранения электрического контакта верхней и нижней поверхностей пьезоэлемента - 8 между внутренней поверхностью дна пустотелого цилиндрического корпуса - 7 и верхней поверхностью пружины - 10 устанавливается изолятор - 11, выполненный из диэлектрического материала, например из поликора, и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов излучается в демпфер - 9 и поглощается демпфером - 9, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 8, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1. Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно четвертому варианту (см. фиг.4) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 10 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 10 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы, причем для устранения электрического контакта верхней и нижней поверхностей пьезоэлемента - 10 между внутренней поверхностью дна пустотелого цилиндрического корпуса - 9 и верхней поверхностью пружины - 12 устанавливается изолятор - 13, выполненный из диэлектрического материала, например из поликора, и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов излучается в демпфер - 11 и поглощается демпфером - 11, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 10, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Дополнительное ослабление энергии акустических колебаний, проходящих через стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 в звукопровод, происходит за счет попадания этих колебаний на внешние поверхности канавок - 6 и их поглощения в звукопоглощающем материале - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно пятому варианту (см. фиг.5) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 9 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 9 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы, причем для устранения электрического контакта верхней и нижней поверхностей пьезоэлемента - 9 между нижней поверхностью пьезоэлемента 9 и верхней поверхностью цилиндра - 6 устанавливают изолятор - 8, выполненный из диэлектрического материала, например из поликора, и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов излучается в демпфер - 10 и поглощается демпфером - 10, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 9, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно шестому варианту (см. фиг.6) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 11 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 11 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы, причем для устранения электрического контакта верхней и нижней поверхностей пьезоэлемента - 11 между нижней поверхностью пьезоэлемента 11 и верхней поверхностью цилиндра - 8 устанавливают изолятор - 10, выполненный из диэлектрического материала, например из поликора, и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов излучается в демпфер - 12 и поглощается демпфером - 12, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 11, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Дополнительное ослабление энергии акустических колебаний, происходящих из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 в звукопровод, происходит за счет попадания этих колебаний на внешние поверхности канавок - 6 и их поглощения в звукопоглощающем материале - 7.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно седьмому варианту (см. фиг.7) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 8 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 8 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы, причем для устранения электрического контакта верхней и нижней поверхностей пьезоэлемента - 8 между нижней поверхностью демпфера - 10 и верхней поверхностью пьезоэлемента - 8 устанавливается изолятор - 9, выполненный из диэлектрического материла, например из поликора, и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов через изолятор - 9 излучается в демпфер - 10 и поглощается демпфером - 10, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 8, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Предлагаемый ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь согласно восьмому варианту (см. фиг.8) работает следующим образом.
При подаче на выводы пьезоэлемента - 10 напряжения с выхода источника электрических сигналов ультразвуковой частоты пьезоэлемент - 10 преобразует это напряжение в ультразвуковые сигналы, причем для устранения электрического контакта верхней и нижней поверхностей пьезоэлемента - 10 между нижней поверхностью демпфера - 12 и верхней поверхностью пьезоэлемента - 10 устанавливается изолятор - 11, выполненный из диэлектрического материала, например из поликора, и излучает их. При этом часть ультразвуковых сигналов через изолятор - 11 излучается в демпфер - 12 и поглощается демпфером - 12, а часть ультразвуковых сигналов излучается в звукопровод, длина которого равна длине ближней зоны диаграммы направленности пьезоэлемента - 10, что обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка на выходе звукопровода (внешняя, нижняя поверхность усеченной сферы - 4) и излучение пучка ультразвуковых сигналов в контролируемую среду - 2 трубопровода - 1. При этом размер излучающей поверхности звукопровода минимален и равен размеру сечения сфокусированного пучка ультразвуковых сигналов, а окружность усеченной сферы - 4 звукопровода имеет минимально возможный контакт с внутренней конусообразной боковой поверхностью конуса, выполненного в нижнем конце патрубка - 3, обращенного отверстием меньшего основания конуса в сторону трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2 и сообщающегося своей внутренней конусообразной полостью с внутренней полостью трубопровода - 1 с контролируемой средой - 2, следовательно, прохождение акустических колебаний из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 будет происходить только в этой контактной поверхности, что, в свою очередь, исключает влияние большей части акустических колебаний, создающих акустические помехи, на ультразвуковые колебания, проходящие через контролируемую среду - 2 в трубопроводе - 1.
Дополнительное ослабление энергии акустических колебаний, проходящих из стенки трубопровода - 1 и из корпуса патрубка - 3 в звукопровод, происходит за счет попадания этих колебаний на внешние поверхности канавок - 6 и их поглощения в звукопоглощающем материале - 7.
Таким образом, предлагаемые ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи за счет создания минимально возможной зоны контакта звукопровода с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка согласно первому, третьему, пятому и седьмому вариантам, а также за счет создания минимально возможной зоны контакта звукопровода с боковой внутренней конусообразной поверхностью патрубка и наличия поперечных канавок, заполненных звукопоглощающим материалом, согласно второму, четвертому, шестому и восьмому вариантам позволяют значительно снизить уровень акустических помех, искажающих форму ультразвуковых сигналов, проходящих через контролируемую среду в трубопроводе, что, в свою очередь, при использовании предлагаемых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей в различных системах ультразвукового контроля параметров контролируемой среды обеспечивает более высокую точность измерения. Поэтому предлагаемые ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи займут достойное место среди известных объектов аналогичного назначения.