專利名稱：一種防腐型超聲波換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型公開了一種防腐型超聲波換能器，具體地講是涉及一種工業(yè)測距用超聲波換能器，特別是涉及利用超聲反射原理測量腐蝕性液體液位的超聲波液位計所使用的超聲波換能器。
現(xiàn)有
背景技術(shù)：
中，公知的測距用超聲波換能器，一般采用下列幾種方式1.壓電晶體直接輻射型由平面形或酒杯形的壓電晶片直接輻射超聲波，其中平面形還需加喇叭口對超聲波進(jìn)行聚焦，使其具有較好的指向性，由于壓電晶片與空氣直接接觸，所以在潮濕或含有腐蝕性氣體的環(huán)境中不能應(yīng)用。
2.金屬封閉型由封裝在金屬殼體內(nèi)的壓電晶片驅(qū)動金屬制成的換能輻射板發(fā)射超聲波，由于換能輻射板材質(zhì)多為銅或不銹鋼，在含有強(qiáng)腐蝕性酸霧氣體環(huán)境中不能使用。
3.防腐封閉型與金屬封閉型結(jié)構(gòu)相似，不同之處是換能輻射板上包覆有特種塑料或橡膠制成的防腐層。如用圓筒形壓電晶體徑向發(fā)射超聲波，還需用一個尺寸較大的由耐腐蝕材料制成的漏斗狀反射器對超聲波進(jìn)行聚焦，使其具有較好的指向性。
上述公知的1、2兩種超聲波換能器，因不耐腐蝕性氣體的腐蝕，在測量酸堿液位時不能使用。目前已公開的各種防腐型換能器，由于輻射板外表包覆有聲學(xué)性能差異很大的柔性防腐材料，在發(fā)射和接收超聲波過程中，有相當(dāng)部分能量被防腐層吸收或反射而損失掉。使得換能器的電／聲轉(zhuǎn)換效率、接收靈敏度大大下降，測試盲區(qū)較大，通常達(dá)0.5～1.2m。因此不得不使用較高的驅(qū)動電壓和驅(qū)動功率，造成驅(qū)動電路的復(fù)雜化。由于防腐材料(特別是塑料)與金屬換能輻射板的結(jié)合比較困難，而且防腐層的厚度對超聲波的傳輸有很大影響，因此防腐式換能輻射板的制作工藝十分復(fù)雜。有時在單個換能器的功率難以提高的情況下，為了得到較大探測距離和較好的指向性，常常使用多個換能器排成陣列形式同時發(fā)射超聲波，使得換能器自身體積龐大，制造成本增加，安裝十分不便。
本實用新型的目的是提供一種新型的防腐型超聲波換能器，該換能器直接利用耐腐蝕剛性材料與壓電晶片制成一體作為換能輻射板，本換能器克服了現(xiàn)有公知的防腐型換能器上述各項之不足，具有很好的防腐性能，很高的靈敏度，極好的指向性，很小的盲區(qū)，構(gòu)造和制作工藝也十分簡單。
本換能器中，換能輻射板可以采用任意一種能夠與壓電晶片前電極牢固粘結(jié)，且對超聲波具有良好傳輸性能，具有一定剛性的單一耐腐蝕材料如塑料、環(huán)氧樹脂、陶瓷等，與壓電晶片前電極制成一體，作為換能輻射板。具體成型工藝可根據(jù)輻射板選用的不同材質(zhì)，采用澆注、壓注或粘接等方式，將上述輻射板裝配在換能器殼體前端，殼體后端裝有密封后蓋，構(gòu)成本實用新型主體。上述換能輻射板結(jié)構(gòu)，改變了現(xiàn)有防腐型換能輻射板——金屬板外包覆耐腐蝕材料層結(jié)構(gòu)形式，采用單一剛性耐腐蝕材料制作換能輻射板，不僅能夠保持超聲波的傳輸性能不變，更重要的是避免了已有技術(shù)中，超聲波在金屬板面與耐腐蝕層之間的反射損失，從而大大地提高了換能器的傳輸效率和靈敏程度，而且可以保證換能器具有很好的密封性能及耐腐蝕性能。
本實用新型采用的技術(shù)手段十分簡單，但其效果是十分明顯的。采用同樣的壓電晶片和測試條件，當(dāng)被測試距離選定為3.0m時，標(biāo)準(zhǔn)橡膠防腐封裝狀態(tài)下測試結(jié)果與改用本實用新型方案封裝測試結(jié)果對比，本換能器的測試靈敏度可提高十幾倍。具體測試數(shù)據(jù)見下表

由上表測試結(jié)果對比可以看出，上述特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計其使用效果是令人滿意的，因此可以說，本實用新型的完成又為工業(yè)液位測量提供了一種新型的測距用超聲波換能器。
以下結(jié)合附圖
，介紹本實用新型具體實施例。
附圖中，換能器的圓筒形或長方形殼體1，其材質(zhì)可以為任一種耐腐蝕的物質(zhì)，如塑料、陶瓷等。超聲波平面輻射板2，同時也是支撐前電極3、壓電晶片4和后電極5的節(jié)點(diǎn)，與前電極粘結(jié)制成一體。平面輻射板其材質(zhì)可以為任一種能夠與前電極牢固粘結(jié)的剛性耐腐蝕的物質(zhì)，如塑料、陶瓷、環(huán)氧樹脂。硬橡膠制成的反射阻尼板6，粘附在后電極5上面。材質(zhì)與平面輻射板相類似的隔板8，將換能器殼體內(nèi)分隔為兩個獨(dú)立的密封空腔，澆注厚度為10～20mm。在反射阻尼板6與隔板8中間及隔板與后蓋10中間填滿了吸聲材料7，如海綿。上述技術(shù)措施有利于提高換能器的轉(zhuǎn)換效率和靈敏度。前置放大器9，固定在由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的隔板8上。用于將換能器輸出的回波信號放大到足夠強(qiáng)度后再送至指示儀表，這種做法在換能器距離指示儀表較遠(yuǎn)時是十分必要的。塑料后蓋10，在外引線接好后應(yīng)進(jìn)行良好的密封，防止腐蝕性氣體進(jìn)入換能器內(nèi)部。預(yù)先置入輻射板2內(nèi)的溫度傳感元件11，將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號，供指示儀表進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高測量精度。
在附圖中可以看到，整個換能器外殼及換能輻射板皆由耐酸堿腐蝕的材質(zhì)構(gòu)成，塑料殼體1內(nèi)壁與平面輻射板2接觸部位都進(jìn)行了粗糙化處理，以增加與平面輻射板的粘合強(qiáng)度。全封閉的結(jié)構(gòu)使之具有良好的防腐性能?？稍趷毫拥墓ぷ鳝h(huán)境中長期正常應(yīng)用。由于前電極3是在平面輻射板2成形時放入其中的，與平面輻射板結(jié)合十分緊密可靠，提高了轉(zhuǎn)換效率。平面輻射板的最適宜厚度可在8.5～33.0mm之間，反射阻尼板6與外殼內(nèi)壁保持一定間隙，該間隙可為0.1～1.5mm，可用柔性輕橡膠充填，也可不充填。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，造價低，測試效果非常好，因此亦可在其它非腐蝕性應(yīng)用領(lǐng)域中推廣使用。本實用新型中采用環(huán)氧樹脂做輻射板面時，其材料需要進(jìn)行改性處理，可向環(huán)氧樹脂中加入增塑劑和充填劑，以降低輻射板面的脆性，增加其硬度。
權(quán)利要求1.一種全封閉的超聲波換能器，由密封在殼體[1]內(nèi)的壓電晶片[4]、換能輻射板[2]、反射阻尼板[6]及密封后蓋[10]構(gòu)成，其特征在于所說的壓電晶片[4]的前電極[3]與具有一定剛性的單一耐腐蝕材料，采用澆注、壓注或粘結(jié)方式制成一體，構(gòu)成換能輻射板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于壓電晶片［4］的后電極［5］上粘附有與殼體［1］內(nèi)壁保持一定間隙的反射阻尼板［6］。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于所說殼體［1］內(nèi)反射阻尼板［6］與后蓋［10］之間設(shè)有隔板［8］，將殼體［1］分隔成兩個獨(dú)立的密封空腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波換能器，其特征在于所說的獨(dú)立密封空腔內(nèi)分別填充有吸聲材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于所說的輻射板［2］內(nèi)預(yù)先置入溫度傳感元件［11］。
專利摘要一種用于工業(yè)測量腐蝕性液體液位的超聲波換能器，其結(jié)構(gòu)采用全封閉方式，由密封在塑料殼體內(nèi)的壓電晶片和具有一定剛性的單一耐腐蝕材料如塑料、環(huán)氧樹脂、陶瓷等制成一體，構(gòu)成換能輻射板。本實用新型采用簡單的結(jié)構(gòu)方式，取得了很高的轉(zhuǎn)換效率、很小的盲區(qū)和很好的指向性，與現(xiàn)有的各種公知防腐型換能器比較，可提高檢測靈敏度十幾倍以上，是一種適用于反射測距法測量液位的超聲波換能器。
文檔編號G01F23/28GK2165427SQ93228410
公開日1994年5月18日 申請日期1993年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月31日
發(fā)明者董志偉 申請人:大連渤海電子工程公司