CN206756238U - 一种用于气体流量测量的超声波换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于气体流量测量的超声波换能器。包括换能器壳体、声阻抗匹配层、压电陶瓷片、吸声棉、PCB板、密封结构胶、压电信号馈线、激励/接收信号线，换能器壳体内腔由前至后依次包括声阻抗匹配层定位段、准圆柱空腔段、PCB固定及密封结构胶固封段，准圆柱空腔段的腔壁上设有多个凹槽，声阻抗匹配层、压电陶瓷片、吸声棉、PCB板、密封结构胶由前至后依次安装在换能器壳体的空腔内，声阻抗匹配层与声阻抗匹配层定位段的腔壁之间留有间隙并与准圆柱空腔段的腔壁上的凹槽连通形成气流通道，压电信号馈线一端与压电陶瓷片焊接，另一端焊接在PCB板上并被引出，激励/接收信号线焊接在PCB板上，换能器壳体外部设有凸台结构及与密封圈。

Description

一种用于气体流量测量的超声波换能器

技术领域

本实用新型涉及一种用于气体流量测量的超声波换能器，属于换能器技术领域。

背景技术

超声波气体流量测量装置中关键器件之一即为气介超声波换能器。现有技术中的气介超声波换能器产品尚不成熟，存在产品性能不可靠、使用寿命短等缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种性能可靠、使用寿命长的用于气体流量测量的超声波换能器。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：包括换能器壳体、声阻抗匹配层、压电陶瓷片、吸声棉、PCB板、密封结构胶、两根压电信号馈线、激励/接收信号线，所述换能器壳体的内腔由前至后依次包括直径大于d的声阻抗匹配层定位段、直径为d的准圆柱空腔段、直径大于等于d的PCB固定及密封结构胶固封段，所述准圆柱空腔段的腔壁上设有多个贯通其轴向的凹槽，所述声阻抗匹配层嵌入式固定安装在所述换能器壳体的声阻抗匹配层定位段上，所述压电陶瓷片、吸声棉、PCB板由所述声阻抗匹配层的后侧依次安装在所述换能器壳体的空腔内，所述压电陶瓷片位于所述准圆柱空腔段的空腔内，所述PCB板位于所述PCB固定及密封结构胶固封段的空腔内，所述声阻抗匹配层与所述压电陶瓷片之间通过粘结剂粘结在一起，所述声阻抗匹配层的外圆周面与所述声阻抗匹配层定位段的腔壁之间留有间隙，该间隙与所述准圆柱空腔段的腔壁上的凹槽相连通形成气流通道，两根所述的压电信号馈线均一端与所述压电陶瓷片的对应侧银电极焊接，其另一端均焊接在所述PCB板的相应焊盘上并被引出至所述换能器壳体外部，两根所述的压电信号馈线构成正负两极，所述激励/接收信号线的一端焊接在所述PCB板的相应位置上，其另一端引出至所述换能器壳体外部，所述PCB板外侧有密封结构胶固封，所述换能器壳体的外部设有用于固定的凸台结构及与所述凸台结构配合用于密封的密封圈。

本实用新型使用时，当装入气介测量管路后，换能器壳体外部设置的凸台结构及密封圈可进行定位及密封，保证上游换能器和下游换能器的轴线对准并防止气流泄漏。本实用新型中的声阻抗匹配层嵌入式安装在换能器壳体的声阻抗匹配层定位段上，便于声阻抗匹配层的定位、准固定和防碰撞。本实用新型中由声阻抗匹配层的外圆周面与声阻抗匹配层定位段的腔壁之间的间隙与准圆柱空腔段的腔壁上的凹槽之间所形成的气流通道，为超声波换能器外部与内部之间提供了气流通道，可均衡内外气压，使其气介超声波换能器各构件压力得到平衡，以获得其高性能和长寿命。声阻抗匹配层、压电陶瓷片、吸音棉、PCB板、压电信号馈线、激励/接收信号线组成换能器内核，压电陶瓷片用于压电转换与逆压电转换，声阻抗匹配层用于与气体介质间的阻抗匹配与声能量传输，两根压电信号馈线形成正负两极，激励/接收信号线用于激励或接收信号。

进一步的，为保证超声波换能器在装入气介测量管路后具有良好的定位和密封性，所述换能器壳体的靠近前端的外部设有凹凸槽结构，所述凹凸槽结构内设有O形弹性密封圈。

进一步的，所述凹槽沿所述准圆柱空腔段的周向均匀分布。

为了保证PCB板固定可靠，所述PCB板的外周设有L型截面弹性密封圈。

进一步的，所述压电陶瓷片为圆形或矩形。

进一步的，为使声阻抗匹配层与壳体良好固定，所述声阻抗匹配层与所述换能器壳体的准圆柱空腔段的前端面间敷胶贴合。

进一步的，所述激励/接收信号线为单芯屏蔽信号线或同轴电缆或双导线。

优选，两根所述的压电信号馈线为直径超细或较细的单股或多股导线，该导线具有保护层或为裸导线。

优选，两根所述的压电信号馈线在所述压电陶瓷片的对应侧银电极表面以中心对称焊接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构设计独特，其通过将声匹配层嵌入式安装在换能器壳体的声阻抗匹配层定位段上，可有效保证声匹配层的定位、准固定，并可防碰撞；通过对换能器壳体内腔做出特殊的结构设计，形成了由声阻抗匹配层的外圆周面与声阻抗匹配层定位段的腔壁之间的间隙与准圆柱空腔段的腔壁上的凹槽相通的气流通道，为超声波换能器外部与内部之间提供了气流通道，可均衡内外气压，使其气介超声波换能器各构件压力得到平衡，可大大提高超声波换能器的性能和使用寿命；而换能器壳体外部设置的凸台结构及密封圈与凹凸槽及O形圈的组合可有效保证其装入气介测量管路后具有良好的定位和密封性，保证上游换能器和下游换能器的轴线对准并防止气流泄漏。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是图1的左视图；

图3是图1中的A-A剖视图；

图4是图2中的B-B剖视图；

图5是本实用新型的立体结构示意图；

图中，1、声阻抗匹配层，2、粘结剂，3、压电陶瓷片，4、吸音棉，5、PCB板，6、压电信号馈线，7、激励/接收信号线，8、L型截面弹性密封圈，9、密封结构胶，10、换能器壳体，101、声阻抗匹配层定位段，102、准圆柱空腔段，103、凹凸槽结构，104、PCB固定及密封结构胶固封段，105、凸台结构，11、密封圈，12、O形弹性密封圈，13、声阻抗匹配层与阻抗匹配层定位段之间的间隙，14、气流通道，15、肋。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如附图所示，一种用于气体流量测量的超声波换能器，其包括换能器壳体10、声阻抗匹配层1、压电陶瓷片3、吸声棉4、PCB板5、密封结构胶9、两根压电信号馈线6、激励/接收信号线7。所述换能器壳体10为金属或塑性材质，其内部有贯通前后的空腔，所述换能器壳体10的内腔由前至后依次包括直径大于d的声阻抗匹配层定位段101、直径为d的准圆柱空腔段102、直径大于等于d的PCB固定及密封结构胶固封段104，其中，所述准圆柱空腔段102的腔壁上设有多个贯通其轴向的凹槽，相邻的两个凹槽之间形成沿轴向的肋15，优选的是，所述凹槽沿准圆柱空腔段102的周向均匀分布。所述声阻抗匹配层1嵌入式固定安装在所述换能器壳体10的声阻抗匹配层定位段101上，所述压电陶瓷片3、吸声棉4、PCB板5由所述声阻抗匹配层1的后侧依次安装在所述换能器壳体10的空腔内，其中，所述压电陶瓷片3位于所述准圆柱空腔段102的空腔内，所述压电陶瓷片3为圆形或矩形，所述PCB板5位于所述PCB固定及密封结构胶固封段104的空腔内。所述声阻抗匹配层1与所述压电陶瓷片3之间通过粘结剂2粘结在一起，粘结剂能2将声阻抗匹配层1与压电陶瓷片3有效地粘结在一起，其亲和性好，且适应于-25℃—+55℃的工作环境，不低于10年的使用寿命。声阻抗匹配层1与换能器壳体10的准圆柱空腔段102的前端面间敷胶贴合。所述声阻抗匹配层1的外圆周面与所述声阻抗匹配层定位段101的腔壁之间留有间隙13，该间隙13与所述准圆柱空腔段102的腔壁上的各凹槽相连通从而形成多个气流通道14。两根压电信号馈线6的一端分别焊接在所述压电陶瓷片3两侧的两个银电极表面的中心对称位置上，其另一端分别焊接在所述PCB板5的相应焊盘上并被引出至所述换能器壳体10外部，两根所述的压电信号馈线6构成正负两极信号线。所述激励/接收信号线7的一端焊接在所述PCB板5的相应位置上，其另一端引出至所述换能器壳体10外部，所述激励/接收信号线7可以为单芯屏蔽信号线或同轴电缆或双导线。压电陶瓷片3后向放置的吸声棉4为圆形片状，吸声棉4的后向将PCB板5进行定位。在所述PCB板5外侧有所述密封结构胶9固封。所述换能器壳体10的外部设有用于固定的凸台结构105及与凸台结构105配合用于密封的密封圈11，密封圈11可以为橫截面为L型的弹性密封圈或圆形弹性密封圈。

为了保证PCB板固定可靠并防止密封结构胶渗入到吸声棉一侧，所述PCB板5的外周设有L型截面弹性密封圈8。

为保证超声波换能器在装入气介测量管路后具有良好的定位和密封性，所述换能器壳体10的靠近前端的外部设有凹凸槽结构103，所述凹凸槽结构103内设有O形弹性密封圈12。

本实用新型中，声阻抗匹配层1、压电陶瓷片3、吸音棉4、PCB板5、压电信号馈线6、激励/接收信号线7组成换能器内核。本实用新型进行装配时，首先将声阻抗匹配层1和压电陶瓷片3用粘结剂2粘结在一起，在压电陶瓷片3上焊接好压电信号馈线6，并将吸声棉4安装好，将上述装配好的组合件从换能器壳体10的前端(声阻抗匹配层定位段)装入换能器壳体10内，使声阻抗匹配层1与换能器壳体10的准圆柱空腔段102的前端面吻合定位(最好敷胶贴合)；然后，将PCB板5从换能器壳体10的后端装入，并在其上焊接上正负两极信号线及激励/接收信号线7；再然后，用密封结构胶9固封，最后，在换能器壳体10的凸台结构105的肩部套上横截面为L型或圆形弹性密封圈即可。如果换能器壳体10设计有凹凸槽结构103，则根据实际情况可在凹凸槽结构103内设置O形弹性密封圈12。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：包括换能器壳体(10)、声阻抗匹配层(1)、压电陶瓷片(3)、吸声棉(4)、PCB板(5)、密封结构胶(9)、两根压电信号馈线(6)、激励/接收信号线(7)，所述换能器壳体(10)的内腔由前至后依次包括直径大于d的声阻抗匹配层定位段(101)、直径为d的准圆柱空腔段(102)、直径大于等于d的PCB固定及密封结构胶固封段(104)，所述准圆柱空腔段(102)的腔壁上设有多个贯通其轴向的凹槽，所述声阻抗匹配层(1)嵌入式固定安装在所述换能器壳体(10)的声阻抗匹配层定位段(101)上，所述压电陶瓷片(3)、吸声棉(4)、PCB板(5)由所述声阻抗匹配层(1)的后侧依次安装在所述换能器壳体(10)的空腔内，所述压电陶瓷片(3)位于所述准圆柱空腔段(102)的空腔内，所述PCB板(5)位于所述PCB固定及密封结构胶固封段(104)的空腔内，所述声阻抗匹配层(1)与所述压电陶瓷片(3)之间通过粘结剂粘结在一起，所述声阻抗匹配层(1)的外圆周面与所述声阻抗匹配层定位段(101)的腔壁之间留有间隙，该间隙与所述准圆柱空腔段(102)的腔壁上的凹槽相连通形成气流通道，两根所述的压电信号馈线(6)均一端与所述压电陶瓷片(3)的对应侧银电极焊接，其另一端均焊接在所述PCB板(5)的相应焊盘上并被引出至所述换能器壳体(10)外部，两根所述的压电信号馈线(6)构成正负两极，所述激励/接收信号线(7)的一端焊接在所述PCB板(5)的相应位置上，其另一端引出至所述换能器壳体(10)外部，所述PCB板(5)外侧有所述密封结构胶(9)固封，所述换能器壳体(10)的外部设有用于固定的凸台结构(105)及与所述凸台结构(105)配合用于密封的密封圈。

2.根据权利要求1所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：所述换能器壳体(10)的靠近前端的外部设有凹凸槽结构(103)，所述凹凸槽结构(103)内设有O形弹性密封圈(12)。

3.根据权利要求1所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：所述凹槽沿所述准圆柱空腔段(102)的周向均匀分布。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：所述PCB板(5)的外周设有L型截面弹性密封圈(8)。

5.根据权利要求1或2或3所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：所述压电陶瓷片(3)为圆形或矩形。

6.根据权利要求1或2或3所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：所述声阻抗匹配层(1)与所述换能器壳体(10)的准圆柱空腔段(102)的前端面间敷胶贴合。

7.根据权利要求1或2或3所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：所述激励/接收信号线(7)为单芯屏蔽信号线或同轴电缆或双导线。

8.根据权利要求1或2或3所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：两根所述的压电信号馈线(6)为直径超细或较细的单股或多股导线，该导线具有保护层或为裸导线。

9.根据权利要求1或2或3所述的用于气体流量测量的超声波换能器，其特征是：两根所述的压电信号馈线(6)在所述压电陶瓷片(3)的对应侧银电极表面以中心对称焊接。