CN103090915A - 直接应用于多种超声波流量计的换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接应用于多种超声波流量计的换能器，其特征包括：压电陶瓷片支架；套接在压电陶瓷片支架的外部的筒形密封件；将压电陶瓷片、压电陶瓷片支架和筒形密封件收纳在内的硬质外壳；通过固定螺丝将压电陶瓷片支架和筒形密封件固定在硬质外壳上；环形导气槽、导气槽、压电陶瓷片同超声波发射/接收面之间的间隙以及硬质外壳内剩余空间形成为一个整体空间；导气孔通过密封螺丝进行密封后，整体空间便成为密闭空间，内填充有耦合剂。能够按不同的应用场合或需要将换能器组装成整体器件应用于设备上；抗腐蚀、抗杂质、抗结垢功效好。温度特性和耐压特性良好，信号优良，能避免压电陶瓷片龟裂现象，解决了超声波换能器尚未解决的问题。

Description

直接应用于多种超声波流量计的换能器

技术领域

本发明涉及一种直接应用于多种超声波流量计的换能器。

背景技术

超声波流量计作为一种现场检查装置被广泛应用，其关键部件就是用于测量采样的换能器。现有超声波流量计大多都是在现场装备组装时固定安装，并且组装和调试都要在安装前做好，一旦发生损坏，维修和更换都需要停工处理。另外，现有超声波流量计自身的抗腐蚀、抗杂质、抗结垢效果都不好，需要额外配置保护装置以防止超声波流量计因在腐蚀性比较强的液体介质中使用时损毁过快，这就带来了安装工艺复杂，维修成本高等弊端。特别是在实际使用过程中换能器由于受温度、压力变化的影响造成压电陶瓷片产生严重的龟裂现象，以导致不能采样，致使整个测量设备功能失效，这一现象一旦出现整个测量设备或仪器就无法工作，必须在停止运行的情况下更换整个测量设备或仪器，损失严重，这是多年困绕超声波测量应用领域的一大难题。因此，一种新型的超声波流量计急需

研制，本发明是针对上述问题而专门设计的。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种直接应用于多种超声波流量计的换能器。本发明采用的技术手段如下：

这是一种直接适用于多种体积和不同尺寸的超声波流量计的换能器结构装置，其特征在于包括：

用于固定压电陶瓷片的压电陶瓷片支架；

用于套接在压电陶瓷片支架的外部的筒形密封件；

用于将压电陶瓷片、压电陶瓷片支架和筒形密封件收纳在内的硬质外壳；

所述压电陶瓷片支架为筒状，其顶部为固定端，并且在固定端上设有用于固定螺丝通过的通孔，以及用于同调整螺丝相配合的螺纹通孔；所述压电陶瓷片固定在压电陶瓷片支架的底部，所述压电陶瓷片的两个电极上分别连接有压电陶瓷片引线，所述压电陶瓷片引线通过换能器引线电缆连接到换能器引线上；所述压电陶瓷片支架中加注有声阻填料；

所述筒形密封件的外壁上设有导气槽；

所述硬质外壳的内壁上设有环形导气槽，并在环形导气槽所在位置的硬质外壳的壁上开有使硬质外壳内部同外部相通的导气孔；所述硬质外壳的底部通过拱形连接部同超声波发射/接收面固定连接；所述压电陶瓷片同超声波发射/接收面之间留有间隙；

使用时，将环形平垫圈、环形弹簧垫和筒形密封件依次套在压电陶瓷片支架上，然后通过固定螺丝将压电陶瓷片支架和筒形密封件固定在硬质外壳上；再将调整螺丝旋接在螺纹通孔内，且调整螺丝的下端顶在环形平垫圈上；所述环形导气槽、导气槽、压电陶瓷片同超声波发射/接收面之间的间隙以及硬质外壳内剩余空间形成为一个整体空间；所述导气孔通过密封螺丝进行密封后，上述整体空间便成为密闭空间，所述密闭空间内已填充有超声波探测耦合剂。

在所述压电陶瓷片支架同筒形密封件的接触处，以及筒形密封件同硬质外壳的接触处分别设有环形密封圈Ⅱ和环形密封圈Ⅰ。

所述硬质外壳的顶部还设有换能器外壳上盖。

同现有技术相比本发明所述换能器，具有如下特点：

一、能按不同的应用场合和应用需要可将换能器硬质外壳焊接在基表上，后组装换能器的其他零部件，可以在应用现场进行，也可以在在线应用中进行；

二、按不同的应用场合和应用需要可将换能器组装成一个整体器件应用于相应的设备上；

三、具有优良的声电匹配性能，易于超声波的传输、发射与接收，本发明与常规采样电路配合，或者与专用自适应采样电路配合均很方便，采样信号稳定可靠，专用自适应采样电路包括：换能器驱动电路、回波接收电路、采样信号生成电路，以及自效正电路等等；

四、适合多种体积尺寸的超声波换能器；安装、应用、更换方便，信号稳定可靠，温度特性、承压性能和耐用性能优良；

另外，该换能器还具有结构简单、便于生产、成本低廉等特点，适于广泛推广。

附图说明

图1为本发明所述换能器的结构示意图；

图2为本发明所述换能器的压电陶瓷片支架的剖视图；

图3为本发明所述换能器的压电陶瓷片支架的俯视图；

图4为本发明所述换能器的筒形密封件的剖视图；

图5为本发明所述换能器的筒形密封件的仰视图。

图中：1、换能器引线，2、换能器引线电缆，3、环形平垫圈，4、固定螺丝，5、环形导气槽，6、密封螺丝，7、声阻填料，8、超声波探测耦合剂，9、压电陶瓷片支架，10、调整螺丝，11、环形弹簧垫，12、换能器外壳上盖，13、环形密封圈Ⅰ，14、导气孔密封塞，15、导气孔，16、环形密封圈Ⅱ，17、筒形密封件，171、导气槽，18、压电陶瓷片引线，19、压电陶瓷片，20、硬质外壳，21、超声波发射/接收面，211、拱形连接部。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施例。在本说明书中，为了简化说明，用于描述相应部件之间位置和方向的关系，如上、下端、内、外、顶和底的词语仅指附图中的位置关系和方向。

如图1至图5所示该直接应用于多种超声波流量计的换能器包括：用于固定压电陶瓷片19的压电陶瓷片支架9；用于套接在压电陶瓷片支架9的外部的筒形密封件17；用于将压电陶瓷片19、压电陶瓷片支架9和筒形密封件17收纳在内的硬质外壳20；所述压电陶瓷片支架9为筒状，其顶部为固定端，并且在固定端上设有用于固定螺丝4通过的通孔，以及用于同调整螺丝10相配合的螺纹通孔；所述压电陶瓷片19固定在压电陶瓷片支架9的底部，所述压电陶瓷片19的两个电极上分别连接有压电陶瓷片引线18，所述压电陶瓷片引线18通过换能器引线电缆2连接到换能器引线1上；所述压电陶瓷片支架9中加注声阻填料7；所述筒形密封件17的外壁上设有导气槽171；所述硬质外壳20的内壁上设有环形导气槽5，并在环形导气槽5所在位置的硬质外壳20的壁上开有使硬质外壳20内部同外部相通的导气孔15；所述硬质外壳20的底部通过拱形连接部211同超声波发射/接收面21固定连接，可通过铸造工艺将硬质外壳20、拱形连接部211和超声波发射/接收面21做成一体结构；所述压电陶瓷片19同超声波发射/接收面21之间留有间隙；使用时，将环形平垫圈3、环形弹簧垫11和筒形密封件17依次套在压电陶瓷片支架9上，然后通过固定螺丝4将压电陶瓷片支架9和筒形密封件17固定在硬质外壳20上；再将调整螺丝10旋接在螺纹通孔内，且调整螺丝10的下端顶在环形平垫圈3上；所述环形导气槽5、导气槽171、压电陶瓷片19同超声波发射/接收面21之间的间隙以及硬质外壳20内剩余空间形成为一个整体空间；所述导气孔15通过密封螺丝6进行密封(即通过密封螺丝6上设有的导气孔密封塞14将导气孔15封堵即可)后，上述整体空间便成为密闭空间，所述密闭空间内已填充有超声波探测耦合剂8。所述压电陶瓷片支架9同筒形密封件17的接触处，以及筒形密封件17同硬质外壳20的接触处分别设有环形密封圈Ⅱ16和环形密封圈Ⅰ13。所述硬质外壳20的顶部还设有换能器外壳上盖12(用于将露硬质外壳20外部的装置进行遮挡)。

具体安装过程如下：将换能器引线电缆2放入压电陶瓷片支架9中，两端留出换能器引线1和压电陶瓷片引线18有足够的长度，在压电陶瓷片支架9中加注掺有声阻颗粒的声阻填料7，将压电陶瓷片引线18分别焊接到压电陶瓷片19的两个电极板上，固定压电陶瓷片19；在压电陶瓷片支架9上套好环形平垫圈3、环形弹簧垫11和环形密封圈Ⅱ16，再套上已加装环形密封圈Ⅰ13的筒形密封件17；***加注定量超声波探测耦合剂8的硬质外壳20中，拧紧各个固定螺丝4，直到超声波探测耦合剂在环形导气槽5上的导气孔15有溢出，加上导气孔密封塞14，拧上密封螺丝6，拧各个调整螺丝10压紧环形弹簧垫11后，加上换能器外壳上盖12。

该换能器，也可以应用于其他超声波测量***。其特点是配合多种采样电路方便，易于超声波发射驱动与回波信号接收处理，信号稳定可靠，以及优良的采样信号；可以在应用现场在线装和更换，生产加工简单，完全是组装方式，也可以在应用现场进行组装。对于某液体介质具有很好的抗腐蚀、抗杂质、抗结垢功效。具有良好的温度特性、良好的耐压特性，避免了压电陶瓷片出现的龟裂现象。适合多种体积尺寸的超声波换能器，以使多年来超声波换能器尚未解决的问题得到解决。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种直接应用于多种超声波流量计的换能器，其特征在于包括：

用于固定压电陶瓷片（19）的压电陶瓷片支架（9）；

用于套接在压电陶瓷片支架（9）的外部的筒形密封件（17）；

用于将压电陶瓷片（19）、压电陶瓷片支架（9）和筒形密封件（17）收纳在内的硬质外壳（20）；

所述压电陶瓷片支架（9）为筒状，其顶部为固定端，并且在固定端上设有用于固定螺丝（4）通过的通孔，以及用于同调整螺丝（10）相配合的螺纹通孔；所述压电陶瓷片（19）固定在压电陶瓷片支架（9）的底部，所述压电陶瓷片（19）的两个电极上分别连接有压电陶瓷片引线（18），所述压电陶瓷片引线（18）通过换能器引线电缆（2）连接到换能器引线（1）上；所述压电陶瓷片支架（9）内腔中加注有声阻填料（7）；

所述筒形密封件（17）的外壁上设有导气槽（171）；

所述硬质外壳（20）的内壁上设有环形导气槽（5），并在环形导气槽（5）所在位置的硬质外壳（20）的壁上开有使硬质外壳（20）内部同外部相通的导气孔（15）；所述硬质外壳（20）的底部通过拱形连接部（211）同超声波发射/接收面（21）固定连接；所述压电陶瓷片（19）同超声波发射/接收面（21）内壁之间留有间隙；

使用时，将环形平垫圈（3）、有缓冲作用的环形弹簧垫（11）和筒形密封件（17）依次套在压电陶瓷片支架（9）上，然后通过固定螺丝（4）将压电陶瓷片支架（9）和筒形密封件（17）固定在硬质外壳（20）上；再将调整螺丝（10）旋接在螺纹通孔内，且调整螺丝（10）的下端顶在环形平垫圈（3）上；所述环形导气槽（5）、导气槽（171）、压电陶瓷片（19）同超声波发射/接收面（21）之间的间隙以及硬质外壳（20）内剩余空间形成为一个整体空间；所述导气孔（15）通过密封螺丝（6）进行密封后，上述整体空间便成为密闭空间，所述密闭空间内填充有超声波探测耦合剂（8）。

2.根据权利要求1所述的一种直接应用于多种超声波流量计的换能器，其特征在于在所述压电陶瓷片支架（9）同筒形密封件（17）的接触处，以及筒形密封件（17）同硬质外壳（20）的接触处分别设有环形密封圈Ⅱ（16）和环形密封圈Ⅰ（13）。

3.根据权利要求1所述的一种直接应用于多种超声波流量计的换能器，其特征在于所述硬质外壳（20）的顶部还设有换能器外壳上盖（12）。

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