CN102716833B - 一种超声波雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波雾化器，其包括依次连接的提供电能的电源线、接收电能并将电能转换成电信号的超声波源信号发生器、接收电信号并将电信号转换成高频震荡的超声波换能器、装有液体的超声波雾化工作腔以及供通过高频震荡将液体转换成的雾气排出的雾化出气管，所述超声波雾化工作腔的外壁上设有进气孔，雾化出气管插入超声波雾化工作腔内且设有与进气孔对应的通孔，这样的超声波雾化器结构简单，操作方便，雾化颗粒小于5μm，省略了风扇减少了整个装置的体积，能量消耗低，价格便宜。

Description

一种超声波雾化器

技术领域

本发明涉及一种超声波雾化器，更具体地说，尤其涉及一种简便且体积小的超声波雾化器。

背景技术

目前超声波雾化器利用电子高频震荡(振荡频率为1.7MHz或2.4MHz，超过人的听觉范围，该电子振荡对人体及动物绝无伤害)，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式比较，能源节省了90％。另外在雾化过程中将释放大量的负离子，其与空气中漂浮的烟雾、粉尘等产生静电式反应，使其沉淀，同时还能有效去除甲醛、一氧化碳、细菌等有害物质，使空气得到净化，减少疾病的发生。超声波雾化器采用高效集成电路，超小型一体化的独特结构设计，重要部件采用高品质的材料。其广泛应用于加湿器、熏香器、美容机、消毒机、浴缸造雾机、盆景、工艺品中。

现有的空气加湿器是利用水在某特定频率的超声波作用下会大量雾化的特性，进而采用电子线路产生特定频率的超声波使水雾化并经风扇吹至空气中，从而达到增加空气湿度的目的。虽然其加湿强度大，但是该设备体积大，不适于现在电器小型化的趋势，而且风扇转动会产生噪声。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种简便且体积小的超声波雾化器。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超声波雾化器，其包括依次连接的提供电能的电源线、接收电能并将电能转换成电信号的超声波源信号发生器、接收电信号并将电信号转换成高频震荡的超声波换能器、装有液体的超声波雾化工作腔以及供通过高频震荡将液体转换成的雾气排出的雾化出气管，所述超声波雾化工作腔的外壁上设有进气孔，雾化出气管插入超声波雾化工作腔内且设有与进气孔对应的通孔。

所述雾化出气管相对于超声波雾化工作腔旋转，进气孔与通孔的重合面积随着雾化出气管的旋转而改变。

所述雾化出气管包括连接部和安装在连接部上的喷雾管，该连接部设有卡持在超声波雾化工作腔上端边沿的主体部、沿主体部向下延伸的且插入超声波雾化工作腔内的插入端、设置在主体部顶端的开口以及自开口向下延伸且位于插入端内部的导雾管，该导雾管伸入超声波雾化工作腔内的长度大于插入端伸入超声波雾化工作腔内的长度；该喷雾管包括插入到导雾管中的直空管和自直空管的侧壁倾斜向上延伸形成的斜通管，直空管上端封闭，斜通管上端设有喷雾口。

所述超声波雾化工作腔成上下开放的圆柱形，其下端与超声波换能器密封固定，插入端也成圆柱形；通孔设置插入端的圆弧壁上，进气孔设置在超声波雾化工作腔上与插入端重合的外壁上；进气孔呈圆形，通气孔成倒U字型。

所述超声波雾化工作腔还设有装有药液的药杯，该药杯的开口端与超声波雾化工作腔的内壁相连，药杯的开口朝向雾化出气管。

所述超声波换能器包括压电陶瓷振子，该压电陶瓷振子包括压电陶瓷片和位于压电陶瓷片上下两面的银电极；该压电陶瓷片采用压电陶瓷材料，所述的压电陶瓷材料包括且不限于如下成分：配方PZT-8，配方PZT-4，功率型压电陶瓷等以上压电陶瓷都能完成。

优选地，所述压电陶瓷材料含有铌锌酸铅、铌锡酸铅、锆酸铅、钛酸铅四种成分，所述压电陶瓷材料含有用化学通式Pb(Zn_1/3 Nb_2/3)_x(Sn_1/3 Nb_2/3)_yTi_z Zr_1-x-y-zO₃表示且满足如下关系的主要组分：x＝0.10；y＝0.08；0.1＜z＜0.8。

所述的Z＝0.415。

所述压电陶瓷材料是由如下重量百分含量的主料成分制成的：

重量百分含量为67.9％的四氧化三铅(Pb304)；

重量百分含量为15.0％的氧化锆(Zr02)；

重量百分含量为10.2％的氧化钛(TiO2)；

重量百分含量为4.76％的五氧化二铌(Nb2O5)；

重量百分含量为0.74％的氧化锌(ZnO)；和

重量百分含量为1.4％的氧化锡(SnO2)。

所述压电陶瓷材料还含有如下添加成分：

重量百分含量为0.5-1.0％的碳酸锰；和/或

重量百分含量为0.4-0.6％三氧化二锑；和/或

重量百分含量为1.0-2.0％氧化铌，

所述的重量百分含量为添加成分占主料成分总和的重量百分含量。

所述压电陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：

7)配料：将压电陶瓷材料主料成分及添加成分分别烘干，使用分析天平按照重量比例称取主料成分和添加成分。

8)混料：将称取的主料成分和添加成分在搅拌机中搅拌均匀得到混合料；

9)合成：上述混合料在高温炉1000-1100℃煅烧氧化8小时；

10)粉碎：煅烧氧化后的混合料在振磨机中粉碎细化达4000目，得粉碎细化料；

11)坯料成型：上述粉碎细化料中加入其重量5％的去离子水，压制成型，得坯料；

12)煅烧结晶：上述坯料放入高温炉1300℃煅烧结晶8小时即得压电陶瓷材料。

本发明的技术优势体现在：第一，本发明所提供的新的压电陶瓷材料的主要性能参数已达到或接近国外有关厂家的先进水平，不但可以为相关仪器的生产提供一种新的选择，更大大地降低了相关仪器的生产成本，其使用寿命更长，耐热耐腐蚀能力强，灵敏度更高。

第二，本发明的超声波雾化器通过采用新的压电陶瓷材料使雾化颗粒更加小并且更加均匀，提升了超声波雾气器的性能。

第三点，本发明的超声波雾化器省略了现有技术中的风扇结构，减小了整个装置的体积，结构简单，操作方便。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的工作原理图。

图2是本发明实施例一的超声波换能器、超声波雾化工作腔与雾化出气管的结构示意图。

图3是图2所示的剖视结构示意图。

图4是本发明雾化出气管的结构示意图。

图5是本发明实施例二的超声波换能器、超声波雾化工作腔与雾化出气管的结构示意图。

图中：电源线1、超声波源信号发生器2、超声波换能器3、超声波雾化工作腔4、雾化出气管5、进气孔6、主体部7、插入端8、喷雾管9、通孔10、直空管11、斜通管12、喷雾口13、导雾管14、药杯15。

具体实施方式

实施例一

参阅图1所示，本发明一种超声波雾化器，包括依次连接的提供电能的电源线1、接收电能并将电能转换成电信号的超声波源信号发生器2、接收电信号并将电信号转换成高频震荡的超声波换能器3、装有液体的超声波雾化工作腔4以及供通过高频震荡将液体转换成的雾气排出的雾化出气管5，在本实施例中液体指的是水。

参阅图2至4所示，超声波雾化工作腔4成内部中空且上下开放的圆柱形，其下端与超声波换能器3密封固定在一起，其上端用来安装雾化出气管5。超声波雾化工作腔4的外壁设有供空气进入腔内的一个进气孔6，在本实施例中该进气孔6成圆形。雾化出气管5包括连接部和安装在连接部上的喷雾管9。该连接部设有卡持在超声波雾化工作腔4上端边沿的主体部7，沿主体部7向下延伸的且插入超声波雾化工作腔内的插入端8、设置在主体部7顶端中间位置的开口以及自开口向下延伸且位于插入端内部的导雾管14。该插入端8成圆柱形，其圆弧壁上设有一个与所述进气孔6对应的通孔10，该通孔10成倒U字型，上述的进气孔6设置在与插入端8重合的外壁上。该导雾管14也为圆柱形，其伸入超声波雾化工作腔4内的长度大于插入端8伸入超声波雾化工作腔4内的长度，且导雾管14的直径小于插入端8的直径。雾化出气管5的连接部相对于超声波雾化工作腔4旋转，进气孔6与通孔10的重合面积随着雾化出气管5的旋转而改变，即通过转动雾化出气管5的连接部使插入端8的通孔10与超声波雾化工作腔4外壁上的进气孔6相通，空气从外部进入内部，最后形成的雾气经喷雾管9喷出，雾气喷出的流量可通过改变通孔10和进气孔6的相对位置而改变进气量的大小，进而使人接受到较舒适的雾气量。该喷雾管9包括部分插入导雾管14中的直空管11和自直空管的侧壁倾斜向上延伸形成的斜通管12，直空管上端封闭，斜通管上端设有喷雾口13。

本实施例首先在超声波雾化工作腔4内装有水，该水在超声波换能器3的作用下形成雾气；然后旋转雾化出气管5使其通孔与超声波雾化工作腔4的进气孔相通，或者根据需求改变两者的重合面积，进而改变进气量的大小；最后雾气在空气的作用下从斜通管12的喷雾口13喷出，使人感受到较舒适的雾气量。本实施例结构简单，操作方便；而且可以方便的调节控制喷出的雾气量，能量消耗低，便于推广与应用。

本实施例的超声波换能器3包括压电陶瓷振子，该压电陶瓷振子包括压电陶瓷片和位于压电陶瓷片上下两面的银电极，所述压电陶瓷片的厚度为2～3mm，优选为2.5mm。该压电陶瓷片采用的是压电陶瓷材料，该压电陶瓷材料，其含有铌锌酸铅、铌锡酸铅、锆酸铅、钛酸铅四种成分，所述压电陶瓷材料含有用化学通式Pb(Zn_1/3 Nb_2/3)_x(Sn_1/3 Nb_2/3)_yTi_zZr_1-x-y-zO₃表示且满足如下关系的主要组分：x＝0.10；y＝0.08；0.1＜z＜0.8。

金属钛耐热、耐腐蚀，不易起化学变化，其氧化状态则尤其稳定。锆还可以用做冶金工业的“维生素”，发挥它强有力的脱氧、除氮、去硫的作用，其对合金材料的硬度和强度起道显著的作用，因而本压电陶瓷材料中z值不同，钛和锆的比例则随之变化，则压电陶瓷材料的性质也有很大的变化。金属钛、锆的比例尤其对材料的机械品质系数、介质损耗的影响尤为明显。作为本发明的较佳实施例，X＝0.10，y＝0.08，0.1＜z＜0.8，最优选地X＝0.10，y＝0.08，z＝0.415。此种配比的金属钛、锆可以获得压电陶瓷材料较佳的机械品质系数和较小的介质损耗。此时该压电陶瓷材料的主要组分可以使用化学通式为Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_0.10(Sn_1/3 Nb_2/3)_0.08 Ti_0.415 Zr_0.405 O₃。

上述所述的压电陶瓷材料是由如下重量百分含量的主料成分制成的：

在本发明所优选的一个实施方式中，为了提高压电陶瓷材料的机电耦合系数KP和高机械品质因数Qm，并能够使其相关下游产品的频率常数和老化特性得到改善，本发明人经过大量实验和摸索，发现向上述压电陶瓷材料中添加如下添加成分可以改善上述指标：

重量百分含量为0.5-1.0％的碳酸锰；和/或

重量百分含量为0.4-0.6％三氧化二锑；和/或

重量百分含量为1.0-2.0％氧化铌，

所述的重量百分含量为添加成分占主料成分的重量百分含量。

上述压电陶瓷材料可以采用本领域技术人员所知晓的合适的制备工艺制作得到。在此，本发明人提供一种上述所述的压电陶瓷材料的制作工艺，其主要包括以下步骤：

1)配料：将压电陶瓷材料主料成分及添加成分分别烘干，使用分析天平按照重量比

例称取主料成分和添加成分。

2)混料：将称取的主料成分和添加成分在搅拌机中搅拌均匀得到混合料；

3)合成：上述混合料在高温炉1000-1100℃煅烧氧化8小时；

4)粉碎：煅烧氧化后的混合料在振磨机中粉碎细化达4000目，得粉碎细化料；

5)坯料成型：上述粉碎细化料中加入其重量5％的去离子水，压制成型，得坯料；

6)煅烧结晶：上述坯料放入高温炉1300℃煅烧结晶8小时即得压电陶瓷材料。

在所述的压电陶瓷振子中，压电陶瓷片与两面的银电极由金属薄膜相连接。为了便于焊接、并使焊接面平展牢固，所述金属薄膜表面设置有镀层，优选为表面镀有锡层。上述所述金属薄膜的长、宽尺寸优选为10mm与5mm，所述金属薄膜的厚度为4-6μm，优选为5μm，所述金属薄膜表面的锡层厚度为1-2μm，优选为2μm。所述金属薄膜为紫铜膜、银膜或铝膜的任意一种。本发明所述压电陶瓷振子的制备方法如下所述：

1)按照上述的步骤制备得到压电陶瓷材料；

2)上电极：将上述压电陶瓷材料经磨片或切片加工成设计要求的机械形状，在其表面镀上银电极，将银电极用金属薄膜连接，所述的金属薄膜表面上设置有镀层，即得压电陶瓷振子半成品；

3)极化：将上述压电陶瓷振子半成品在3000v/mm高压极化，使之具有压电性能，得到压电陶瓷振子；

4)测试：上述极化后的压电陶瓷振子由专用仪器检测其电性能参数；

5)包装：经检测合格的压电陶瓷振子按要求包装入库。

本发明所述的压电陶瓷材料以及由其所制备得到的压电陶瓷振子，与现有技术相比具有如下优势：

a.本发明所提供的新的压电陶瓷材料的主要性能参数已达到或接近国外有关厂家的先进水平，不但可以为相关仪器的生产提供一种新的选择，更大大地降低了相关仪器的生产成本。

b.本发明相对于中国专利申请CN201010125331.X给出的压电陶瓷材料在相对介电常数、介质损耗、压电常数、机电耦合系数以及机械品质因数方面均具有较大改善，显著优于参比材料组，表明本发明所制备的材料的使用寿命更长，耐热耐腐蚀能力强，灵敏度更高

c.尤其，本发明提供了所述压电陶瓷材料中添加成分及其配比，可以有效改善压电陶瓷成品后的机械品质、因数和抗张强度，不但对于提高压电振子的使用性能和使用寿命具有重要作用，而且也提高了压电振子的灵敏度、降低损耗。

本发明压电陶瓷振子的两银电极之间采用先进的金属薄膜连接，增加了银电极的接触面，同时应用“贴片”焊接工艺技术，使焊接面平展、牢固、无焊接突点。这种连接方式使压电陶瓷振子可以承载较大电流，不易折断烧坏，一定程度上提高了压电陶瓷振子的使用寿命和检测范围。

实施例二

参阅图5所示，本实施例与实施例一基本相同，不同之处仅在于：超声波雾化工作腔4内设有一个装有药液的药杯15，药杯15的开口端与超声波雾化工作腔4的内壁相连接，即药杯15将内部的药液与位于超声波雾化工作腔4中的水完全隔开。药杯15的开口朝向雾化出气管5，这样超声波换能器3产生的超声能量通过超声波雾化工作腔4的水传递穿过药杯15进而把药液雾化，最后通过雾化出气管5排出。这种带有医疗作用的超声波雾气器结构新颖，雾化颗粒小，操作方便。

Claims (5)

1.一种超声波雾化器，其特征在于：包括依次连接的提供电能的电源线、接收电能并将电能转换成电信号的超声波源信号发生器、接收电信号并将电信号转换成高频震荡的超声波换能器、装有液体的超声波雾化工作腔以及供通过高频震荡将液体转换成的雾气排出的雾化出气管，所述超声波雾化工作腔的外壁上设有进气孔，雾化出气管插入超声波雾化工作腔内且设有与进气孔对应的通孔；

所述超声波换能器包括压电陶瓷振子，该压电陶瓷振子包括压电陶瓷片和位于压电陶瓷片上下两面的银电极；该压电陶瓷片采用压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料含有铌锌酸铅、铌锡酸铅、锆酸铅、钛酸铅四种成分，所述压电陶瓷材料含有用化学通式                                               

表示且满足如下关系的主要组分：x＝0.10；y＝0.08；0.1＜z＜0.8。

2.如权利要求1所述的超声波雾化器，其特征在于：所述的z＝0.415。

3.如权利要求2所述的超声波雾化器，其特征在于：所述压电陶瓷材料是由如下重量百分含量的主料成分制成的：

重量百分含量为67.9％的四氧化三铅；

重量百分含量为15.0％的氧化锆；

重量百分含量为10.2％的氧化钛；

重量百分含量为4.76％的五氧化二铌；

重量百分含量为0.74％的氧化锌；和

重量百分含量为1.4％的氧化锡。

4.如权利要求3所述的超声波雾化器，其特征在于：所述压电陶瓷材料还含有如下添加成分：

重量百分含量为0.5-1.0％的碳酸锰；和/或

重量百分含量为0.4-0.6％三氧化二锑；和/或

重量百分含量为1.0-2.0％氧化铌，

所述的重量百分含量为添加成分占主料成分总和的重量百分含量。

5.如权利要求4所述的超声波雾化器，其特征在于：所述压电陶瓷材料的制备方法包括以下步骤：

1)配料：将压电陶瓷材料主料成分及添加成分分别烘干，使用分析天平按照重量比

例称取主料成分和添加成分。

2)混料：将称取的主料成分和添加成分在搅拌机中搅拌均匀得到混合料；

3)合成：上述混合料在高温炉1000-1100℃煅烧氧化8小时；

4)粉碎：煅烧氧化后的混合料在振磨机中粉碎细化达4000目，得粉碎细化料；

5)坯料成型：上述粉碎细化料中加入其重量5％的去离子水，压制成型，得坯料；

6)煅烧结晶：上述坯料放入高温炉1300℃煅烧结晶8小时即得压电陶瓷材料。

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