CN103245402B - 一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法 - Google Patents

一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，包括以下步骤：1）压电陶瓷元件的预检查，并将电极引出线短接；2）将压电陶瓷元件放入恒温箱中，模拟环境温度，将两电极引出线断开；3）装配超声水流量检测换能器；4）对超声水流量检测换能器进行检查，再将电极引出线短接；5）将超声水流量检测换能器放入恒温箱中，模拟环境温度，取出后固定；6）对超声水流量检测换能器进行加载试验；9）对超声水流量检测换能器进行外观和电性能检查。与现有技术相比，本发明使得压电陶瓷片的积累应力提前释放，其次，使得压电陶瓷元件在装配过程中由于应变而产生较大的应力得以释放，确保了超声水流量检测换能器的工作稳定性和长期使用可靠性。

Description

一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法
技术领域
本发明属于超声水表技术领域，尤其是涉及一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法。
背景技术
超声水流量检测换能器是超声水表、超声流量计以及超声热量表等计量表中的关键核心部件，其通常应用时差法测量原理，因此由一对换能器组合开展工作。它的技术性能指标、工作稳定性、对环境影响量（如环境温度、湿度、振动等）和被测介质影响量（如管道内水的温度、压力变化等）的适应性决定了上述计量表计的测量准确度和工作稳定性。
目前超声水流量检测换能器由于缺乏检测和筛选的方法，以致此类换能器的长期工作特性处于不受控和不可预测的状态，严重影响到计量表计产品的使用质量和长期使用可靠性：超声水流量检测换能器中的压电陶瓷元件在装配过程中由于应变而产生较大的应力，压电陶瓷元件本身也会由于切割加工、高压电极化处理、电极面金属镀膜、电极引出线焊接等而积累应力，随着温度的改变以及时间延续，这些应变会逐步释放，导致超声水流量检测换能器的谐振频率、声电—电声转换特性等发生明显改变，进而影响计量表计的测量性能。另外，由于压电陶瓷元件的特性指标会随时间的推移发生衰减，同样存在着表计特性改变的风险。而且，由于每一个压电陶瓷元件的应力释放和特性指标的衰减过程都不尽相同，使得安装在同一计量表中的两个压电陶瓷元件在长期使用后并不匹配，影响了计量表的工作稳定性和长期使用的可靠性。
因此，通过对压电陶瓷元件及超声水流量检测换能器的检测与筛选，可以最大限度地提高超声水流量检测换能器的工作稳定性和长期使用的可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，使用本方法可以最大限度地提高超声水流量检测换能器的工作稳定性和长期使用的可靠性。。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，其特征在于包括以下步骤：1）压电陶瓷元件的预检查，并将检查合格的所述压电陶瓷元件两电极镀层面分别焊接上电极引出线，并将两所述电极引出线短接，以避免压电材料去极化现象的发生；2）将电极引出线短接的所述压电陶瓷元件放入恒温箱中，调整箱内温度至压电陶瓷元件材料居里点温度的50%至60%，然后保温3至5小时，然后让箱内温度自然下降至室温冷却0.5至1小时；3）重复所述步骤2三至五次后取出所述压电陶瓷元件，将两电极引出线断开；4）按超声水流量检测换能器装配工艺要求装配超声水流量检测换能器装；5）对安装好的所述超声水流量检测换能器进行检查，然后将检查合格的超声水流量检测换能器的两电极引出线短接；6）将电极引出线短接的所述超声水流量检测换能器放入恒温箱中，调整箱内温度至压电陶瓷元件材料居里点温度的20%至30%，然后保温2至4小时，然后让箱内温度自然下降至室温冷却0.5至1小时；7）重复所述步骤6三至五次后取出所述超声水流量检测换能器，固定所述超声水流量检测换能器；8）在所述超声水流量检测换能器的声发射面处施加2至3MPa压力持续1秒钟时间，然后卸去压力1秒钟时间并重复该步骤30至60分钟；9）对经过所述步骤8的所述超声水流量检测换能器进行外观检查和电性能检查。
本发明首先在安装压电陶瓷元件前模拟各环境影响因素，使得压电陶瓷片由于切割加工、高压电极化处理、电极面金属镀膜、电极引出线焊接等而积累应力提前释放；其次，本发明在将压电陶瓷元件安装到超声水流量检测换能器上后，再一次模拟各环境影响因素，使得超声水流量检测换能器中的压电陶瓷元件在装配过程中由于应变而产生较大的应力得以释放。使得超声水流量检测换能器的谐振频率、声电—电声转换特性等在实际使用过程中不会再发生明显改变，确保了超声水流量检测换能器的工作稳定性和长期使用可靠性。同时在整个检测筛选过程中还对超声水流量检测换能器进行了加载测试，用于模拟实际使用过程中管道内的压力变化，提高超声水流量检测换能器对被测介质影响因素的适应性，进一步提高了超声水流量检测换能器在实际使用中的测量准确性和工作稳定性。
为了取得更好的技术效果，进一步的改进还包括：在经过所述步骤9后，选择两个外观合格、电性能相近的所述超声水流量检测换能器进行配对。选用电性能相近的所述超声水流量检测换能器安装在同一计量表内，使计量表计的性能实现最优化。
作为优选，上述步骤1中的所述预检查包括：1）对所述压电陶瓷元件进行外观及几何尺寸检查；2）对所述压电陶瓷元件进行电性能检查。
作为优选，上述步骤5中的所述检查包括：1）对所述超声水流量检测换能器进行外观及几何尺寸检查；2）对所述超声水流量检测换能器进行电性能检查。
本发明的有益效果是：首先在安装压电陶瓷元件前模拟各环境影响因素，使得压电陶瓷片由于切割加工、高压电极化处理、电极面金属镀膜、电极引出线焊接等而积累应力提前释放；其次，本发明在将压电陶瓷元件安装到超声水流量检测换能器上后，再一次模拟各环境影响因素，使得超声水流量检测换能器中的压电陶瓷元件在装配过程中由于应变而产生较大的应力得以释放；再则，通过环境影响量模拟实验，使压电元件的各项性能参数趋于稳定。使得超声水流量检测换能器的谐振频率、声电—电声转换特性等在实际使用过程中不会再发生明显改变，确保了超声水流量检测换能器的工作稳定性和长期使用可靠性。同时在整个检测筛选过程中还对超声水流量检测换能器进行了加载测试，用于模拟实际使用过程中管道内的压力变化，提高超声水流量检测换能器对被测介质影响因素的适应性，进一步提高了超声水流量检测换能器在实际使用中的测量准确性和工作稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例中加载装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，其特征在于包括以下步骤：1）压电陶瓷元件的预检查，并将检查合格的所述压电陶瓷元件两电极镀层面分别焊接上电极引出线，并将两所述电极引出线短接；2）将电极引出线短接的所述压电陶瓷元件放入恒温箱中，调整箱内温度至压电陶瓷元件材料居里点温度的50%至60%，然后保温3至5小时，然后让箱内温度自然下降至室温冷却0.5至1小时；3）重复所述步骤2三至五次后取出所述压电陶瓷元件，将两电极引出线断开；4）按超声水流量检测换能器装配工艺要求装配超声水流量检测换能器装；5）对安装好的所述超声水流量检测换能器进行检查，然后将检查合格的超声水流量检测换能器的两电极引出线短接；6）将电极引出线短接的所述超声水流量检测换能器放入恒温箱中， 调整箱内温度至压电陶瓷元件材料居里点温度的20%至30%，然后保温2至4小时，然后让箱内温度自然下降至室温冷却0.5至1小时；7）重复所述步骤6三至五次后取出所述超声水流量检测换能器，固定所述超声水流量检测换能器；8）在所述超声水流量检测换能器的声发射面处施加2至3MPa压力持续1秒钟时间，然后卸去压力1秒钟时间并重复该步骤30至60分钟；9）对经过所述步骤8的所述超声水流量检测换能器进行外观检查和电性能检查；10）选择两个外观合格、电性能相近的所述超声水流量检测换能器进行配对。
其中，所述步骤1中的所述预检查包括：1）对所述压电陶瓷元件进行外观及几何尺寸检查；2）对所述压电陶瓷元件进行电性能检查。
所述步骤5中的所述检查包括：1）对所述超声水流量检测换能器进行外观及几何尺寸检查；2）对所述超声水流量检测换能器进行电性能检查。
参考图1，所述步骤8中用于对所述超声水流量检测换能器的声发射面处施加压力的加载装置包括用于夹紧被试超声水流量检测换能器的夹紧装置，该夹紧装置包括可相对移动的第一夹紧件1和第二夹紧件2，在夹紧装置的一侧设置有加载块3，该加载块3的其中一个端面用于对所述超声水流量检测换能器的声发射面处施加压力，与该端面相对的另一端面上固定连接有一弹簧4，该弹簧4固定于施力装置上。

Claims (4)

1.一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，其特征在于包括以下步骤：1)压电陶瓷元件的预检查，并将检查合格的所述压电陶瓷元件两电极镀层面分别焊接上电极引出线，并将两所述电极引出线短接；2)将电极引出线短接的所述压电陶瓷元件放入恒温箱中，调整箱内温度至压电陶瓷元件材料居里点温度的50％至60％，然后保温3至5小时，然后让箱内温度自然下降至室温冷却0.5至1小时；3)重复所述步骤2)三至五次后取出所述压电陶瓷元件，将两电极引出线断开；4)按超声水流量检测换能器装配工艺要求装配超声水流量检测换能器；5)对安装好的所述超声水流量检测换能器进行检查，然后将检查合格的超声水流量检测换能器的两电极引出线短接；6)将电极引出线短接的所述超声水流量检测换能器放入恒温箱中，调整箱内温度至压电陶瓷元件材料居里点温度的20％至30％，然后保温2至4小时，然后让箱内温度自然下降至室温冷却0.5至1小时；7)重复所述步骤6)三至五次后取出所述超声水流量检测换能器，固定所述超声水流量检测换能器；8)在所述超声水流量检测换能器的声发射面处施加2至3MPa压力持续1秒钟时间，然后卸去压力1秒钟时间并重复该步骤30至60分钟；9)对经过所述步骤8)的所述超声水流量检测换能器进行外观检查和电性能检查。
2.根据权利要求1所述的一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，其特征在于：在经过所述步骤9)后，选择两个外观合格、电性能相近的所述超声水流量检测换能器进行配对。
3.根据权利要求1所述的一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，其特征在于：所述步骤1)中的所述预检查包括：1)对所述压电陶瓷元件进行外观及几何尺寸检查；2)对所述压电陶瓷元件进行电性能检查。
4.根据权利要求1所述的一种超声水流量检测换能器的筛选检测方法，其特征在于：所述步骤5)中的所述检查包括：1)对所述超声水流量检测换能器进行外观及几何尺寸检查；2)对所述超声水流量检测换能器进行电性能检查。
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