Ультразвуковой датчик расхода с защитным покрытием для агрессивной газовой среды

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК РАСХОДА С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ АГРЕССИВНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Автор Лисовский Владислав Васильевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(56) ЧЕРНОБАЙ Л.А. и др. Научно-технический прогресс в области механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства Материалы Международной научно-практической конференции. - Минск, 2002. - Т. 1. С. 176-182.4024 , 2007.2375682 1, 2009.2381598 2, 2010.93017857 , 1995.1055478 , 1983.2004/144553 .1911530 1, 2008.(57) 1. Ультразвуковой датчик расхода с защитным покрытием для агрессивной газовой среды, содержащий корпус, пьезокерамику, контактные пластины, демпфер, акустическую развязку и переходные согласующие накладки, отличающийся тем, что на наружной согласующей накладке выполнено трехслойное покрытие, причем первым слоем нанесен хром толщиной не менее 0,06 мкм, вторым - алюминий толщиной 0,05-0,1 мкм,третьим - оксид алюминия толщиной 0,025-0,05 мкм. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что наружная согласующая накладка выполнена переменной плотности. Изобретение относится к технике измерения расхода газа ультразвуковыми счетчиками-расходомерами, а именно к снижению погрешности приборов при длительной эксплуатации и достижению долговременной стабильности акустических параметров первичных преобразователей с согласующими накладками, и может найти применение в промышленности и сельском хозяйстве при разработке и серийном производстве ультразвуковых счетчиков газа повышенной точности. 17078 1 2013.04.30 Известны датчики расхода газовых сред для ультразвуковых расходомеров, которые устанавливаются оппозиционно в калиброванный мерный участок, помещенный в газовую магистраль 1, 2. Данные датчики выполняют поочередно функции излучателей и приемников и позволяют измерять разность скоростей прохождения импульсного сигнала по и против потока газа, что в первом приближении пропорционально скорости потока. Для получения требуемого уровня амплитуды принятого сигнала датчики снабжаются согласующими накладками с переменным акустическим сопротивлением. Наиболее близким к заявляемой конструкции ультразвукового датчика расхода газа,прототипом является электроакустический преобразователь, содержащий приемопередающую пьезокерамику, контактные пластины, демпфер, акустическую развязку и переходные согласующие накладки, а повышение долговечности работы датчиков достигается за счет наклейки или напыления защитного алюминиевого покрытия на наружную накладку. Недостатком данных датчиков расхода является временная нестабильность акустических характеристик последней приемоизлучающей накладки, что приводит к значительному увеличению погрешности счетчиков-расходомеров газа в области больших расходов. Попытки защиты датчиков алюминиевой фольгой не выдержали проверку временем, лучшие результаты дало напыление тонкого алюминиевого слоя, однако и он не решает проблему долговременной стабильности из-за абразивного действия микрочастиц газового потока и наличия агрессивных примесей 1, 2. Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание датчика расхода газа,согласованного по акустическому сопротивлению с измеряемой средой, имеющего высокостабильное во времени защитное покрытие. Поставленная задача решается за счет того, что у датчика расхода газа, содержащего пьезокерамику, контактные пластины, демпфер, акустическую развязку и переходные согласующие накладки, на его наружную согласующую накладку наносят в вакууме трехслойное покрытие, причем первым слоем наносят хром толщиной не менее 0,06 мкм,второй слой - алюминий толщиной 0,05-0,1 мкм, третий - оксид алюминия толщиной 0,025-0,05 мкм. Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой показаны корпус датчика 4,пьезокерамика 1, контактная пластина 3, демпфер 2, накладка из фольгированного со стороны пьезокерамики и соединенного с корпусом стеклотекстолита 5, накладка с меньшим акустическим сопротивлением из листового полистирола 6, наружная накладка из пенополистирола переменной плотности 7 с нанесенным на ее рабочую поверхность адгезионым слоем 8, следующим наносится алюминиевый слой 9, защищенный химо- и абразивостойким оксидом алюминия 10. Работа блока преобразователя расхода ультразвукового счетчика-расходомера газа с двумя заявляемыми датчиками осуществляется следующим образом. При подаче прямоугольного импульса напряжения частотой 80-120 кГц на датчик-излучатель последний излучает акустический сигнал той же частоты, поступающий на датчик-приемник,расположенный на строго фиксированном расстоянии от первого. По измеренным значениям времени распространения ультразвуковых колебаний по потоку газа и против него судят о скорости потока через калиброванное сечение, что позволяет вычислить искомый расход. Проведенные исследования влияния защитного покрытия 23 на акустические характеристики первичных преобразователей расхода газа показали, что его использование практически не приводит к гашению амплитуды первой волны ультразвукового сигнала, а адгезионная прочность и стойкость к агрессивным и механическим воздействиям позволяют увеличить срок службы счетчика расходомера на время, в 4-5 раз превышающее межповерочный интервал. 17078 1 2013.04.30 Источники информации 1. Кремлевский П.П. Измерение расхода и количества жидких и газообразных сред. М. Энергия, 1992. 2. Чернобай Л.А., Лисовский В.В., Карташевич А.Н. Результаты разработки и опыт эксплуатации ультразвуковых счетчиков газа типоразмера -25 В сб. Научнотехнический прогресс в области электрификации и автоматизации. - Минск, 2003. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3