Ультразвукові перетворювачі

Робота ультразвукових перетворювачів базується на явищі зсуву звукових (частота понад 20 кГц) коливань середовищем, що рухається, або на явищі відбивання звуку від границі розділу двох середовищ.

На рис.2.7 показана схема перетворення швидкості руху рідини в електричну напругу за допомогою ультразвуку. У трубі 1, по якій рухається рідина зі швидкістю V, розташовані два п'єзоелектричних елементи 2 і 3 у вигляді пластинок із титанату барію, що електризуються під дією тиску звукових хвиль (прямий п’єзоефект) або змінюють свої геометричні розміри при дії електричного поля (обернений п’єзоефект).

Рис. 2.7. Структурна схема ультразвукового перетворювача.

Від генератора 4 напруга ультразвукової частоти подається на п’єзоелектричний елемент 3, що перетворює електричні коливання в ультразвукові. П’єзоелектричний елемент 2 сприймає тиск ультразвукової хвилі і перетворює у коливання електричних зарядів, які підсилюються підсилювачем 6. Коливання на виході підсилювача зміщуються щодо коливань генератора на час

, /2.17/

де l — відстань між п’єзоелементами; с — швидкість звуку в рідині; V — швидкість потоку. Зсув між цими коливаннями фазометром 5 перетворюється в електричну напругу, пропорційну швидкості потоку рідини в трубі.

Ультразвукові перетворювачі, що працюють на основі відбивання звукових хвиль від границі розділу двох середовищ з різною щільністю, використовують для вимірювання рівня рідин. У цьому випадку електричні коливання також перетворюються за допомогою п’єзоелемента в ультразвукові, котрі після відбивання від поверхні рідини знову попадають на п’єзоелемент і перетворюються в електричні, зміщені щодо вихідних на час

, /2.18/

де Н — рівень рідини. Вираз /2.18/ показує, що час зсуву пропорційний рівневі рідини.

Ультразвукові перетворювачі широко застосовують для вимірювання витрати, рівня й інших величин. Їх основний недолік - залежність вихідної величини від температури, тому що швидкість звуку сильно залежить від температури середовища, у якій він поширюється.