CN103331251B - 一种在强酸性环境中使用的超声波换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在强酸性环境中使用的超声波换能器。它主要包括：陶瓷超声发射头、锥台形导波棒、环状陶瓷压电振子和钢质负载，超声发射头通过大头螺钉与导波棒粗端固定连接，塑料支撑板与凸台套接，并与发射头之间设有耐酸垫圈，导波棒细端通过连接螺杆依次连接有环状陶瓷压电振子和钢质负载。本发明的超声波换能器能够在强酸性环境下使用，解决了有机高分子类管道在酸性盐类液体输送过程中的防结垢和除垢问题，提高了管道的液体输送效率。大幅度延迟了管道的检修周期间隔，降低人工成本，提高生产效率；本发明使用的材料简单易得，重复性好，安装技术要求不高，便于推广，装置结构简单，效果好，造价低，适合工厂使用。

Description

一种在强酸性环境中使用的超声波换能器

技术领域

本发明涉及超声波换能器技术领域，尤其是涉及一种在强酸性环境中使用的超声波换能器。

背景技术

超声波除垢是利用超声波在传播过程中的空化效应，剪切效应和抑制效应等物理特性，通过改变水的物理结构，达到防垢、除垢的效果。使用超声波除垢有无须添加任何化学药剂，对人体无任何危害；除垢效果明显；设备体积小，安装方便，不影响换热设备的正常使用；操作简单免维护程度高，不设专人操作管理，不腐蚀设备，使用寿命长；在线不停产，防垢、除垢双向功能等特点，我国已有很多地方在使用超声波除垢器。例如，锅炉水处理系统，换热器除垢、防垢，石油、电力行业的设备清洗等。由于超声波除垢技术在多个行业中具有革命性的应用前景，且超声换能器的效率提高也有很多的研究价值，因此超声波除垢技术备受工业及学术界的关注，它将是除垢技术今后的发展方向，同时也是今后电力、石油等行业防除积垢技术的发展方向。

我国的锌、铅、锡、镁等金属及其盐类生产在全球总产量四分之一以上。在铜、锌和铅的电解法生产以及无机盐类如MSO₄（M＝Zn、Mn、Zn、Mg、Ni、Cu）、M₂SO₄（M＝K、Na、Li）、MCl₂（Zn、Ni、Co、Cu、Sn）的生产中，经常需要将高酸度无机盐溶液用管道输送下一个处理设备或需要对溶液进行冷却处理。在输送和冷却过程中，由于溶解度随温度的降低导致部分盐类析出或某些难溶沉淀缓慢生成并附着在管道或容器内壁。久而久之，造成容器结垢、管道堵塞，影响生产的连续进行。尤其是有些管道的弯头、接头和容器的狭窄处结垢更难处理。基于上述原因，任蓬山等人采用在垂直于管道方向施加超声波，通过超声波强声场处理流体，使流体沉淀污垢在超声场作用下，发生一系列物理形态和化学性能变化，将管壁上沉淀污垢清除出去（中国专利：CN2418967Y）。超声波控制器和换能器装置在管道外壁上，超声波是通过电能，在管道内壁上作机械运动，产生强大空化气泡，使管道流体中的污垢在超声场作用下活化，达到连续不断的清除管道内壁污垢，使管道内壁上不易沉淀污垢。该方法的缺点为：超声头发射的剪切能力强的纵波未能充分发挥效率，若管道材质为声阻抗与溶液接近而声损耗较大的有机材料（如：玻璃钢、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS等）声波很快衰减。另外，超声头的数量太多，能耗大。何永智等人根据磁化原理，在输液管一端的外壁套有动性磁缸（中国专利：CN2448829Y）。在输液管另一端的外壁套有与动性磁缸连接的超声波传感器。在动性磁缸的外壁套有屏蔽管。在管内壁和屏蔽管外壁及超声波传感器外壁间装有硅酸盐填料。采用了直线式内腔流体原理进行磁化，对水及流体进行磁化处理，使坚硬的矿物盐结晶分子即水垢之间的吸引力遭到破坏，导致水垢逐渐脱落排出。然而，该方法耗电量非常大，设备发热严重。无法用于实际大规模生产。倪明亮等人采用内置式陶瓷超声发射头，超声传播距离可以提高（中国专利：CN2597115Y）。但影响了管道的有效输运面积，增加了流体阻力，从而降低了管道的输运能力；超声头的封装和防酸难以解决。刘利华采用超声头前置变幅金属杆（中国专利：CN101108383A和CN101108384A），并将金属变幅杆置于管道内提高超声作用效果。但由于金属与流体的声阻抗差别太大，声波由超声源经金属传播到流体存在声波在界面的部分反射问题。另外，以上所有专利不适合于强酸性环境，强酸对金属腐蚀加上超声空化腐蚀使得超声如何辐照进入强酸液体问题非常棘手。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的问题，提供一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，解决了超声波换能器前段不锈钢声场发射端在酸性环境中使用时被腐蚀的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，包括：

陶瓷超声发射头，所述陶瓷超声发射头为圆柱形，所述陶瓷超声发射头的上表面中心开设有圆孔，所述圆孔中固定连接有大头螺钉；

塑料支撑板，所述塑料支撑板中心设有通孔一；

锥台形导波棒，所述锥台形导波棒包括粗端和细端，所述粗端设有凸台，所述凸台的外径小于等于通孔一的直径，所述粗端中心设有螺纹孔一，所述细端中心设有螺纹孔二，所述螺纹孔一和螺纹孔二为非贯通孔；

环状陶瓷压电振子，所述环状陶瓷压电振子是由n层紫铜电极片和n-1层压电陶瓷片交替叠加形成，所述n为大于1的奇数；

钢质负载，所述钢质负载中心开设有通孔二；

所述陶瓷超声发射头通过大头螺钉与螺纹孔一固定连接，所述塑料支撑板与凸台套接，所述塑料支撑板与陶瓷超声发射头之间设有耐酸垫圈，所述凸台高度小于等于塑料支撑板与耐酸垫圈的厚度之和；所述锥台形导波棒细端依次连接环状陶瓷压电振子和钢质负载，所述环状陶瓷压电振子和钢质负载通过连接螺杆固定连接于螺纹孔二，所述环状陶瓷压电振子与连接螺杆之间设有绝缘环。

具体地，所述陶瓷超声发射头的直径为20-100mm，高度为20-100mm；所述圆孔直径10-20mm，深度为15-20mm；所述陶瓷超声发射头成分组成按质量分数计为：Al₂O₃ 75-100%，SiO₂ 0-25%，Na₂O和K₂O的总量为0-2.5%。本发明主要利用超声头产生的纵向谐振波，因此，陶瓷超声发射头的高度不宜太大，直径不能太大，否则质量太大会引起谐振频率的大幅下降；如果将声波发射端设计成球形凹面，则可以提高轴向上声波的强度和传输距离。耐强酸陶瓷超声发射头的制作选用Al₂O₃和SiO₂粉体为原料，经常规陶瓷制备工艺烧制而成。针对不同的酸性液体介质，SiO₂粉体的含量可以适当增加。对于含有HF的酸性体系，陶瓷组分中不能含有SiO₂粉体。声波发射头必须选用刚玉陶瓷（Al₂O₃含量以质量计大于99%）。对其他酸性体系，Al₂O₃含量以质量计大于75%即可。另外，陶瓷成分中Na₂O和K₂O总量应尽可能低，这样有利于提高陶瓷的耐酸腐蚀性能。对于酸度较低的介质，可以使用水玻璃为烧结助剂的低成本陶瓷，但Na₂O和K₂O总量应该控制在2.5%以下。

具体地，所述环状陶瓷压电振子的内径为15mm，外径为20-50mm，厚度大于等于8mm，所述压电陶瓷片为锆钛酸铅压电陶瓷，这样设置主要是为了使超声换能器产生振幅较大的超声波。本发明主要利用环状陶瓷压电振子的厚度伸缩和径向伸缩模式。为了便于电极引线，选用偶数压电陶瓷片进行组装，环状陶瓷压电振子按压电陶瓷片极化方向相反排列，压电参数为：d₃₃>250pC/N，k_t>0.45，k_p>0.50，ε=800-1050，Q_m>1000，tanδ<0.02。

具体地，所述锥台形导波棒长度为20-100mm，粗端直径为20-100mm，细端直径等于环状陶瓷压电振子的外径，所述锥台形导波棒成分为纯铝或铝合金。由于陶瓷和铝材的声阻抗比较接近，有效降低了因界面反射引起的声波衰减，通过调整锥台形导波棒的长度来调整超声波换能器的谐振频率和超声发射频率。本发明使用超声频率为25-50kHz，因此锥台形导波棒的长度为20-100mm。锥台形导波棒的细端与环状陶瓷压电振子紧密接触，直径与环状陶瓷压电振子直径相同。粗端直径与耐强酸陶瓷超声发射头匹配，直径为20-100mm，细端直径等于环状陶瓷压电振子的外径。为了便于固定在塑料支撑板上，在锥台形导波棒粗端设计一个高度为3-5mm的凸台，通过该凸台将超声波换能器固定于塑料支撑板上，既可以保证陶瓷超声发射头与锥台形导波棒紧密接触，也保证了安装超声波换能器时的密封问题。

具体地，所述塑料支撑板直径与管道法兰配套，所述塑料支撑板的厚度为3-10mm，所述塑料支撑板的材质为聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂、玻璃钢、塑料ABS中的一种；所述通孔一的直径为8-40mm。根据管道所输送液体的温度和塑料材质的软化温度和玻璃化温度选择具体材料。高分子材料有很强的耐酸碱腐蚀性能，但其声吸收系数较大，声阻抗与铝和陶瓷的声阻抗相差较大。如果将防酸隔板置于锥台形导波棒和陶瓷超声发射头之间，则由于声波的界面反射和高分子材料的声吸收使得换能器的输出功率大幅下降，因此铝质锥台形导波棒必须与陶瓷超声发射头紧密接触。另外，锥台形导波棒和陶瓷超声发射头的接触面积也直接影响超声波的传输，两者的接触面积应该尽量大一些，以确保环状陶瓷压电振子产生的超声波尽可能多的通过陶瓷超声发射头传入液相。

具体地，所述耐酸垫圈的厚度为0.2-3mm，所述耐酸垫圈的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂、玻璃钢中的一种。其中硅橡胶不能用于含氟液相的除垢，它的外径等于陶瓷超声发射头外径，内径与塑料支撑板的中心孔径匹配，根据塑料支撑板的厚度和导波棒粗端凸台高度调整耐酸垫圈的厚度。

具体地，所述钢质负载的长度为20-100mm，所述钢质负载的直径等于环状陶瓷压电振子的外径。在直径确定时，负载的长度越大，质量就越大，环状陶瓷压电振子带动负载振动的幅度就越小，因此，根据设计的使用频率，负载长度在20-100mm。

具体地，所述绝缘环为聚四氟乙烯绝缘环，聚四氟乙烯具有优异的绝缘性能。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，能够在强酸性环境下使用，解决了有机高分子类管道在酸性盐类液体输送过程中的防结垢和除垢问题，提高了管道的液体输送效率。大幅度延迟了管道的检修周期间隔，降低人工成本，提高生产效率；本发明装置结构简单，效果好，造价低，适合工厂使用；本发明使用的材料简单易得，重复性好，安装技术要求不高，便于推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器剖面示意图；

图2是本发明的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器管道口安装方式示意图；

图3是本发明的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器复合发射头装置的测试装置图；

图4是本发明的超声波换能器在管道内的相对超声场强度分布；

图5是使用不锈钢发射板的超声波换能器在管道内的相对超声场强度分布。

图中：1.陶瓷超声发射头，2.塑料支撑板，3.锥台形导波棒，4.环状陶瓷压电振子，5.钢质负载，6.耐酸垫圈，7.连接螺杆，8.绝缘环，11.圆孔，12.大头螺钉，21.通孔一，31.粗端，32.细端，33.凸台，41.紫铜电极片，42.压电陶瓷片，51.通孔二，311.螺纹孔一，321.螺纹孔二，A.1号检测位，B.2号检测位，C.3号检测位，D.4号检测位，E.探测器线路，F.超声探头，G.充满液体的管道，H.复合发射头超声换能器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步对本发明进行阐述，应理解，引用实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。

如图1、图2所示，一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，包括：陶瓷超声发射头1，陶瓷超声发射头1为圆柱形，陶瓷超声发射头1的上表面中心开设有圆孔11，圆孔中固定连接有大头螺钉12，将大头螺钉12固定于耐强酸陶瓷超声发射头1的圆孔11中心轴线位置，注入适量环氧树脂（环氧树脂：酸酐类固化剂：增塑剂=10:4:0.5），在烘箱中80-120℃烘4小时；或将大头螺钉12固定于陶瓷超声发射头1的圆孔中心轴线位置，填入适量玻璃粉料，在马弗炉中加热，将玻璃粉熔化，在陶瓷超声发射头1与大头螺钉12之间形成固定连接，陶瓷超声发射头1的直径为20-100mm，高度为20-100mm；陶瓷超声发射头1成分组成按质量分数计为：Al₂O₃ 75-100%，SiO₂ 0-25%，Na₂O和K₂O的总量为0-2.5%；

塑料支撑板2，塑料支撑板2中心设有通孔一21，塑料支撑板2直径与管道法兰配套，塑料支撑板2的厚度为3-10mm，塑料支撑板2的材质为聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂、玻璃钢、塑料ABS中的一种；

锥台形导波棒3，锥台形导波棒包括粗端31和细端32，粗端31设有凸台33，凸台33的外径小于等于通孔一21的直径，粗端31中心设有螺纹孔一311，细端32中心设有螺纹孔二321，螺纹孔一311和螺纹孔二321为非贯通孔，锥台形导波棒3长度为20-100mm，粗端31直径为20-100mm，细端32直径等于环状陶瓷压电振子4的外径；

环状陶瓷压电振子4，环状陶瓷压电振子4是由n层紫铜电极片41和n-1层压电陶瓷片42交替叠加形成，n为大于1的奇数，环状陶瓷压电振子4的内径为15mm，外径为20-50mm，厚度为大于等于8mm；压电陶瓷片42为锆钛酸铅压电陶瓷，为了便于电极引线，选用偶数压电陶瓷片42进行组装，环状陶瓷压电振子4按压电陶瓷片极化方向相反排列。连接螺杆7与环状陶瓷压电振子4之间用聚四氟乙烯绝缘环8隔开，以防止短路，最后在各连接界面周围涂以环氧树脂（环氧树脂：胺类固化剂：增塑剂=10:3:0.5）固定各组件，防止晃动或脱落。室温固化24小时（或50℃烘8小时）；

钢质负载5，钢质负载5中心开设有通孔二51，钢质负载5的长度为20-100mm，钢质负载5的直径等于环状陶瓷压电振子4的外径；

陶瓷超声发射头1通过大头螺钉12与螺纹孔一311固定连接，塑料支撑板2与凸台33套接，塑料支撑板2与陶瓷超声发射头1之间设有耐酸垫圈6，耐酸垫圈6的厚度为0.2-3mm，耐酸垫圈6的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂、玻璃钢中的一种，凸台33高度小于等于塑料支撑板2与耐酸垫圈6的厚度之和；锥台形导波棒3细端32依次连接环状陶瓷压电振子4和钢质负载5，环状陶瓷压电振子4和钢质负载5通过连接螺杆7固定连接于螺纹孔二321，环状陶瓷压电振子4与连接螺杆7设有聚四氟乙烯绝缘环8。

将组装好的超声波换能器装置用螺栓与塑料管道的管口法兰连接固定。为了使超声波换能器发挥最大效率、且作用距离远，安装时要注意陶瓷超声发射头1的轴线要与管道轴线平行，并保证在工作过程中陶瓷超声发射头1浸没在液体中，超声波换能器安装位置以管道弯头处最佳，对于垂直管道可以置于管道上方、或下方管口；对于水平管道，换能器水平安装效果最佳，如图2所示。

将超声波换能器与超声波发生装置通过导线连接，连接方式为：将中间一根电极接入超声电源的高压端，将另外两个电极合并连接到超声电源的低压端。

最后将换能器整体用塑料盒封闭，以防止酸雾、水蒸气等对环状陶瓷压电振子4及钢质负载5的腐蚀。

实施例1

为了比较本发明的超声波换能器与普通以不锈钢板发射头换能器的超声发射效果，其测试装置连接方式如图3所示。我们根据某锌业集团公司的工业生产条件，设计了一套静态管路超声场强测试系统。设备包括：F40型数字合成函数信号发生器、功率放大器（HSA4011）、超声换能器、3770mm长聚乙烯管道以及数字示波器（TDS2024）、超声探头。用该系统分别对本发明的超声波换能器与普通以不锈钢板发射头换能器的超声发射强度进行测试、比较。为了方便表征，选用两种超声波换能器的尺寸、发射功率、工作频率均相同。

陶瓷超声发射头：直径50mm，长度40mm，圆孔直径为10mm，深度为15mm，成分组成：Al₂O₃ 85%、SiO₂ 14%、Na₂O和K₂O总量1%；

环状陶瓷压电振子：材质为PZT802、压电陶瓷片厚度5.04mm、外圆直径38mm、内孔直径15mm，n=3；

钢质负载质量370g。

驱动换能器的正弦波电压维持在33V，频率49kHz，直接用基频为1MHz的自制高灵敏度1-3复合材料超声探头测得的电压信号强度进行比较。

介质为1.0mol/L的硫酸锌水溶液。

测试结果如图4、图5所示。

可以看出：由于陶瓷超声发射头的声阻抗比不锈钢小得多，有利于超声波向盐水液体的传输。

实施例2

在该实施例中，比较锥台形导波棒粗端凸台的直径对超声波强度传递的影响，其测试装置连接方式如图3所示。凸台的直径不宜太小：因为塑料（以聚乙烯为例）、铝、陶瓷的声阻抗Z分别约为4.0078g/cm²s，81.7g/cm²s，87.04g/cm²s，聚乙烯的声阻抗与铝和陶瓷的声阻抗相差较大，塑料支撑板置于锥台形导波棒和陶瓷超声发射头之间则形成了两个声反射界面，直接影响了超声波的传输。凸台的直径小，超声波强度的传递效果不好。凸台的直径也不宜过大，否则防酸垫圈的有效面积小，密封性不好。表1列出不同凸台直径的铝质锥台形导波棒在几种驱动频率时，在第一个检测口测得的电信号强度。

表1凸台直径对声场发射强度的影响

注：铝质锥台形导波棒粗端直径为59mm、细端直径39mm，长度38mm。

换能器的尺寸、环状陶瓷压电振子及钢质负载与实例1相同。

实施例3

分别配制0.05mol/L，0.1mol/L，0.2mol/L，0.5mol/L，1.0mol/L的H₂SO₄、HCl、HNO₃水溶液，将实施例1中的硫酸锌水溶液换成不同酸度的H₂SO₄、HCl、HNO₃水溶液，然后将超声波除垢器与超声波发生器连接，进行为期一个月的试验，其测试装置连接方式如图3所示。一个月后，将超声波除垢器拆卸下来，观察超声波换能器复合发射头装置的陶瓷超声发射头的腐蚀程度，结果表明：0.05mol/L的强酸性水溶液中的陶瓷超声发射头表面光滑，没有被腐蚀；0.1mol/L的强酸性水溶液中的陶瓷超声发射头表面光滑，没有被腐蚀；0.2mol/L的强酸性水溶液中的陶瓷超声发射头表面光滑，没有被腐蚀；0.5mol/L的强酸性水溶液中的陶瓷超声发射头表面光滑，没有被腐蚀；1.0mol/L的强酸性水溶液中的陶瓷超声发射头表面基本光滑，没有明显腐蚀。详见表2。

陶瓷超声发射头1：直径50mm，长度40mm，成分组成：Al₂O₃ 75%、SiO₂24%、Na₂O和K₂O总量1%。

陶瓷超声发射头2：直径50mm，长度40mm，各成分质量百分含量为：Al₂O₃85%、SiO₂ 14%、Na₂O1%和K₂O总量1%。

陶瓷超声发射头3：直径50mm，长度40mm，各成分质量百分含量为：Al₂O₃>95%、SiO₂>4.5%、Na₂O<0.5%。

陶瓷超声发射头4：直径50mm，长度40mm，各成分质量百分含量为：Al₂O₃99%、SiO₂+Na₂O总量<1%。

表2在酸性水溶液中Al₂O₃ 75%陶瓷超声发射头表面腐蚀情况

85%Al₂O₃陶瓷、95%Al₂O₃陶瓷、99%Al₂O₃陶瓷制作的陶瓷超声发射头耐腐蚀性均优于表中列出情况。

实施例4

分别配制0.05mol/L，0.1mol/L，0.2mol/L，0.5mol/L的HF水溶液，将实施例3中的酸性水溶液换成不同浓度的HF水溶液，对75%Al₂O₃陶瓷和99%Al₂O₃刚玉陶瓷超声发射头进行耐酸腐蚀对比，其测试装置连接方式如图3所示。将使用不同陶瓷超声发射头的超声波除垢器与超声波发生器连接，分别进行为期两周、四周、三个月的连续工作试验。将超声波除垢器拆卸下来，观察超声波换能器复合发射头装置的陶瓷超声发射头的腐蚀程度：75%Al₂O₃陶瓷超声发射头随着酸度的增加，腐蚀从轻微状态变得越来越严重，而99%Al₂O₃刚玉陶瓷超声发射头几乎没有被腐蚀。详见表3。

陶瓷超声发射头尺寸实验所用的功率条件与实施例1相同。

75%Al₂O₃陶瓷成分：Al₂O₃>75%、SiO₂ 24%、Na₂O和K₂O总量<1%

99%Al₂O₃刚玉陶瓷成分组成：Al₂O₃>99%、SiO₂和Na₂O总量<1%

表3不同酸度的HF水溶液对75%Al₂O₃陶瓷和99%Al₂O₃刚玉陶瓷的腐蚀情况

85%Al₂O₃陶瓷、95%Al₂O₃陶瓷的耐HF腐蚀能力介于两者之间。因此，只有99%Al₂O₃陶瓷可以用于含有氢氟酸体系的防结垢和除垢。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于包括：

陶瓷超声发射头（1），所述陶瓷超声发射头（1）为圆柱形，所述陶瓷超声发射头（1）的上表面中心开设有圆孔（11），所述圆孔（11）中固定连接有大头螺钉（12）；

塑料支撑板（2），所述塑料支撑板（2）中心设有通孔一（21）；

锥台形导波棒（3），所述锥台形导波棒（3）包括粗端（31）和细端（32），所述粗端（31）设有凸台（33），所述凸台（33）的外径小于等于通孔一（21）的直径，所述粗端（31）中心设有螺纹孔一（311），所述细端（32）中心设有螺纹孔二（321），所述螺纹孔一（311）和螺纹孔二（321）为非贯通孔；

环状陶瓷压电振子（4），所述环状陶瓷压电振子（4）是由n 层紫铜电极片（41）和n-1 层压电陶瓷片（42）交替叠加形成，所述n 为大于1 的奇数；

钢质负载（5），所述钢质负载（5）中心开设有通孔二（51）；

所述陶瓷超声发射头（1）通过大头螺钉（12）与螺纹孔一（311）固定连接，所述塑料支撑板（2）与凸台（33）套接，所述塑料支撑板（2）与陶瓷超声发射头（1）之间设有耐酸垫圈（6），所述凸台（33）高度小于等于塑料支撑板（2）与耐酸垫圈（6）的厚度之和；所述锥台形导波棒（3）细端（32）依次连接环状陶瓷压电振子（4）和钢质负载（5），所述环状陶瓷压电振子（4）和钢质负载（5）通过连接螺杆（7）固定连接于螺纹孔二（321），所述环状陶瓷压电振子（4）与连接螺杆（7）之间设有绝缘环（8）；

所述陶瓷超声发射头（1）的直径为20-100mm，高度为20-100mm ；所述圆孔（11）直径10-20mm，深度为15-20mm ；所述陶瓷超声发射头（1）成分组成按质量分数计为：Al₂O₃ 75-100%，SiO₂0-25%，Na₂O 和K₂O 的总量为 0-2.5%。

2.根据权利要求1 所述的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于：所述环状陶瓷压电振子（4）的内径为15mm，外径为20-50mm，厚度大于等于8mm，所述压电陶瓷片（42）为锆钛酸铅压电陶瓷。

3.根据权利要求1 所述的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于：所述锥台形导波棒（3）长度为20-100mm，粗端（31）直径为20-100mm，细端（32）直径等于环状陶瓷压电振子（4）的外径，所述锥台形导波棒（3）成分为纯铝或铝合金。

4.根据权利要求1 所述的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于：所述塑料支撑板（2）直径与管道法兰配套，所述塑料支撑板（2）的厚度为3-10mm，所述塑料支撑板（2）的材质为聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂、玻璃钢、塑料ABS中的一种；所述通孔一（21）的直径为8-40mm。

5.根据权利要求1 所述的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于：所述耐酸垫圈（6）的厚度为0.2-3mm，所述耐酸垫圈（6）的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂、玻璃钢中的一种。

6.根据权利要求1 所述的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于：所述钢质负载（5）的长度为20-100mm，所述钢质负载（5）的直径等于环状陶瓷压电振子（4）的外径。

7.根据权利要求1 所述的一种在强酸性环境中使用的超声波换能器，其特征在于：所述绝缘环（8）为聚四氟乙烯绝缘环。