БЛОК ИЗ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ДЕРЖАТЕЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
UNIT CONSISTING OF ULTRASONIC TRANSDUCER AND TRANSDUCER HOLDER

Изобретение относится к блоку из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя, причем ультразвуковой преобразователь имеет корпус преобразователя и преобразовательный элемент, причем корпус преобразователя имеет ультразвуковое окно, корпусную трубку и корпусный фланец, причем преобразовательный элемент выполнен для передачи или приема ультразвуковых волн и предусмотрен либо вблизи от ультразвукового окна корпуса преобразователя или на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем держатель преобразователя имеет фланец держателя, и причем корпусный фланец корпуса преобразователя прижат к фланцу держателя держателя преобразователя с помощью контрфланца с промежуточным включением уплотнительного кольца.
В промышленности придается особое значение измерительной, управляющей, регулирующей технике и технике автоматизации. Это относится, прежде всего, к измерительной технике, которая является основой управляющей, регулирующей техники и техники автоматизации. Важной областью измерительной техники является расходомерная техника (ср. с развернутым изложением профессора, доктора естественных наук Отто Фидлера (Otto Fiedler) „Strömungs- und DurchfluBmeBtechnik", R. Oldenbowg Verlag Munchen 101992). Для расходомерной техники особое значение имеют (см. „Strömungs- und DurchfluBmeBtechnik", там же) устройства для измерения расхода с механическими принципами действия, прежде всего поплавковые расходомеры и кориолисовые расходомеры, тепловые расходомеры, магнитно-индукционные расходомеры, а также ультразвуковые расходомеры.
В ультразвуковых расходомерах используется эффект, заключающийся в том, что в транспортируемой по измерительной трубе среде на скорость распространения звукового сигнала налагается скорость транспортировки среды. Таким образом, если среда транспортируется в направлении звукового сигнала, то измеренная скорость распространения звукового сигнала по отношению к измерительной трубе больше, чем в покоящейся среде, а если среда транспортируется против направления звукового сигнала, то скорость звукового сигнала по отношению к измерительной трубе меньше, чем в покоящейся среде. Вследствие эффекта сопутствующего движения время распространения звукового сигнала между передатчиком звука и приемником звука - передатчик звука и приемник звука являются ультразвуковыми преобразователями - зависит от скорости транспортировки среды относительно измерительной трубы и, следовательно, относительно ультразвукового преобразователя, то есть относительно передатчика звука и приемника звука.
В ультразвуковых расходомерах проблематичным является то, что выработанные в ультразвуковом преобразователе ультразвуковые волны или же принятые ультразвуковым преобразователем ультразвуковые волны передаются в окружающую среду ультразвукового преобразователя не только с передающей и/или приемной стороны корпуса преобразователя, но переданные или принятые ультразвуковые волны передаются также через корпус преобразователя, в определенных случаях даже через держатель корпуса. Это является проблематичным не только потому, что при определенных обстоятельствах значительная часть мощности приемника или же мощности передатчика «теряется», а это, скорее, является проблематичным, прежде всего, потому, что переданные на корпус преобразователя посредством так называемых перекрестных наводок ультразвуковые волны могут привести также к значительным помехам с приемной стороны. Это основывается на том, что с приемной стороны невозможно, например, различить, были ли приняты принятые ультразвуковые волны через среду (полезный сигнал) или через корпус преобразователя.
Прежде всего, при применении ультразвуковых расходомеров для измерения расхода газообразных сред передаваемая от ультразвукового преобразователя в газообразную среду доля энергии колебаний по сравнению с общей выработанной энергией колебаний является очень малой, так что здесь проблема перекрестных наводок является особенно существенной.
Из уровня техники известны различные меры для того, чтобы снизить ранее поясненные перекрестные наводки, то есть возникновение корпусных волн. Некоторые меры включают в себя задачу недопущения даже возникновения такого рода корпусных волн. К ним относятся, например, определенные формы выполнения ультразвукового окна корпуса преобразователя на предмет особенно хорошего согласования полного сопротивления для максимизации переданной доли энергии или на предмет определения параметров ультразвукового окна, как λ/4-слоя для снижения отражений. Другие меры имеют дело с тем, чтобы воспрепятствовать дальнейшей передаче уже возникших корпусных волн, например, посредством рассогласованных акустических переходов полного сопротивления.
Относящиеся к блокам, о которых идет речь, ультразвуковые преобразователи известны посредством немецкой выложенной заявки №102008033098 и равнозначной по содержанию европейской выложенной заявки №2148322. В данных ультразвуковых преобразователях реализована другая мера для предотвращения передачи корпусных волн на корпус преобразователя ультразвукового преобразователя посредством того, что во второй области корпуса преобразователя предусмотрена относительно мягкая механическая система сопряжения, и эта система сопряжения имеет по меньшей мере два слабосопряженных, действующих, по существу, друг за другом в направлении распространения корпусных волн механических резонатора.
Посредством механических резонаторов, а именно посредством возбуждения колебаний механических резонаторов является возможным, прежде всего, местное «улавливание» транспортируемой ультразвуковыми волнами энергии. Механические резонаторы являются, как правило, описываемыми как системы «пружина - масса», причем в реальных системах «пружина - масса» - свойство пружин, а именно зависящее от отклонения действие силы не является реализуемым без внесения хотя бы очень малого приращения к массе резонатора, точно так же как масса вследствие ее конструктивного внесения в резонатор то же всегда влияет на амортизационную возможность системы «пружина - масса»; конструктивно пружина и масса не являются полностью отделимыми друг от друга.
За счет последовательного расположения по меньшей мере двух механических резонаторов в направлении распространения корпусных волн достигается то, что корпусные волны для достижения из первой области корпуса преобразователя третьей области корпуса преобразователя и наоборот должны пересечь все резонаторы. За счет слабого сопряжения обоих резонаторов достигается то, что резонаторы представляют собой, в целом, большее препятствие для корпусных волн, чем это имеет место при крепко сопряженных резонаторах, даже если в остальном им свойственны одинаковые колебательные характеристики. При крепком механическом сопряжении колебание одного резонатора передается на соседний резонатор практически непосредственно, чего при слабом механическом сопряжении не происходит, хотя здесь механическое взаимодействие между соседними резонаторами, разумеется, тоже имеет место.
Лежащая в основе изобретения задача состоит в том, чтобы усовершенствовать описанный вначале блок из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя в отношении предотвращения передачи корпусных волн.
Блок согласно изобретению, в котором решена ранее выведенная и раскрытая задача, по существу, отличается, прежде всего, тем, что между корпусным фланцем корпуса преобразователя и фланцем держателя держателя преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо. Между корпусным фланцем корпуса преобразователя и развязывающим кольцом преимущественным образом предусмотрено уплотнительное кольцо.
В описанном предлагаемом блоке из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя по сравнению с известными из уровня техники блоками типа, о котором идет речь, передача корпусных волн усовершенствована за счет того, что дополнительно предусмотренное развязывающее кольцо и далее дополнительно предусмотренное уплотнительное кольцо приводят к акустическому рассогласованию.
Блок согласно изобретению дополнительно приобретает существенное практическое значение тогда, когда развязывающее кольцо сопряжено с корпусным фланцем корпуса преобразователя опосредованно. Для опосредованного сопряжения развязывающего кольца с корпусным фланцем корпуса преобразователя предусмотрено скользящее кольцо, которое жестко соединено с развязывающим кольцом, например приварено или привинчено.
В частности, теперь имеются различные возможности выполнения и усовершенствования блока согласно изобретению. Для этого делается ссылка на зависимые от п.1 формулы изобретения пункты формулы изобретения и на описанные в дальнейшем в сочетании с фигурами и представленные на фигурах примеры выполнения.
На фигурах показано:
Фиг.1 известный из уровня техники блок из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя,
Фиг.2 предпочтительный пример выполнения блока согласно изобретению из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя,
Фиг.3 относящийся к блоку согласно изобретению согласно фиг.2 ультразвуковой преобразователь с предусмотренным согласно изобретению развязывающим кольцом и следующим уплотнительным кольцом, которое преимущественным образом имеется в наличии.
На фиг.1 показан известный из уровня техники блок из ультразвукового преобразователя 1 и держателя 2 преобразователя. Ультразвуковой преобразователь 1 имеет корпус 3 преобразователя и преобразовательный элемент 4. Корпус 3 преобразователя имеет ультразвуковое окно 5, корпусную трубку 6 и корпусный фланец 7. Преобразовательный элемент 4 выполнен для передачи или приема ультразвуковых волн и предусмотрен либо, как показано на фигурах, вблизи от ультразвукового окна 5 корпуса преобразователя либо на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, как это показано, например, в описании немецкого патента 19812458 и в равнозначном по содержанию описании европейского патента 1046886.
Для относящегося к современному уровню техники изображенного на фиг.1 блока, как и для блока согласно изобретению, изображенного на фиг.2, имеет силу то, что держатель 2 преобразователя имеет фланец 8 держателя и корпусный фланец 7 корпуса 3 преобразователя с помощью контрфланца 9 с промежуточным включением уплотнительного кольца 10 прижат к фланцу 8 держателя держателя 2 преобразователя, а именно с помощью стяжных болтов 11 и контргаек 12.
Согласно изобретению, как показано на фиг.2, между корпусным фланцем 7 корпуса 3 преобразователя и фланцем 8 держателя держателя 2 преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо 13. В изображенном примере выполнения между корпусным фланцем 7 корпуса 3 преобразователя и развязывающим кольцом 13 предусмотрено уплотнительное кольцо 14.
Кроме того, для изображенного на фиг.2 примера выполнения блока согласно изобретению имеет силу то, что развязывающее кольцо 13 сопряжено с корпусным фланцем 7 корпуса 3 преобразователя опосредованно. В деталях для опосредованного сопряжения развязывающего кольца 13 с корпусным фланцем 7 корпуса преобразователя предусмотрено скользящее кольцо 15, и скользящее кольцо 15 жестко соединено с развязывающим кольцом 13, например приварено или привинчено.
В описанном и изображенном на фиг.2 предпочтительном примере выполнения блока согласно изобретению ультразвуковой преобразователь 1 с развязывающим кольцом 13, уплотнительным кольцом 14 и скользящим кольцом 15 может быть вставлен в держатель преобразователя как относящийся к уровню техники ультразвуковой преобразователь.