CN103769338B - 一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头 - Google Patents

一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，喷头整体振动方向为轴向方向。径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，其压电陶瓷晶堆由四个径向厚度极化方向的压电陶瓷组成，压电陶瓷轴向厚度w大于径向厚度t。压电陶瓷晶堆振动时轴向形变大于径向形变，压电陶瓷工作频率可达到300KHz~500KHz；本发明的径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头可以得到较小雾滴又不会破坏营养液的化学结构；所述径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，采用SiC陶瓷晶堆作为前后盖板，克服了采用金属材料作为前后盖板的传统纵向复合式压电换能器，其工作频率不能高于120KHz的缺点。本发明可应用于雾化栽培领域。

Description

一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头
技术领域
本发明属于雾化栽培领域，具体涉及一种超声雾化喷头技术。
背景技术
超声雾化器和传统雾化器(如气水引射器、离心式喷雾机和低压喷头)相比，可以产生较细雾滴，更有利于植物生长。目前，国内外常用的工作频率大于1MHz的高频超声雾化器，存在驱动电压大，水肥利用效率低、高能耗以及通过空化作用破坏营养液的化学结构等缺点，另外，由于采用极薄的雾化片，其可靠性低、寿命短。和高频超声雾化器相比低频超声雾化器(工作频率介于20KHz-100KHz)存在容易发热，工作效率低，产生的雾滴比较大，雾滴大小不可调等缺点。
传统纵向复合式压电换能器极化方向为轴向厚度方向，压电陶瓷片轴向厚度小于径向厚度，压电陶瓷晶堆轴向形变小于径向形变。由于纵向复合式压电换能器依赖于压电陶瓷的轴向振动，进而带动整个喷头做轴向振动。故极化方向为轴向厚度方向的传统纵向复合式压电换能器存在压电陶瓷晶堆轴向形变小于径向形变的缺点。传统纵向复合式压电换能器，前后盖板采用金属材料，金属材料中声速较大的为7075硬铝合金。纵向复合式压电换能器，为了减少轴向以外的振动，换能器的横截面尺寸应小于工作频率所对应的材料中波长的四分之一。根据波长计算公式：
λ = c f
式中：λ为超声波在材料中的波长，c为超声波在材料中的速度，f为超声波频率。当工作频率为120KHz时，根据波长计算公式，知：λ(7075硬铝合金)=41mm。由此可知，当工作频率为120KHz时，采用金属材料作为前后盖板的传统纵向复合式压电换能器，其横截面尺寸很小，整个喷头的尺寸也很小。根据先前技术可知，如果喷头尺寸太小，无法喷雾，且不方便加工。因此，极化方向为轴向厚度方向且前后盖板采用金属材料的传统纵向复合式压电换能器，其工作频率不能高于120KHz。
发明内容
本发明的目的在于提供一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，使工作频率可大于120KHz，达到300KHz～500KHz。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，压电陶瓷(3)右侧均粘贴绝缘环(4)；所述压电陶瓷晶堆一端连接后盖板(7)，另一端连接前盖板(2)；盖板(2)、压电陶瓷(3)、绝缘环(4)、后盖板(7)通过螺栓(11)依次从前到后连接在一起，特征在于：四个径向厚度方向极化的压电陶瓷(3)同轴组成的压电陶瓷晶堆；压电陶瓷(3)内壁与外壁均涂有银层(6)；
所述压电陶瓷(3)轴向厚度w大于压电陶瓷(3)的径向厚度t；压电陶瓷晶堆振动时轴向形变大于径向形变；所述压电陶瓷(3)的径向厚度t为3mm-5mm。
所述前盖板(2)和后盖板(7)的材料为SiC陶瓷晶堆。
所述压电陶瓷(3)内壁与螺栓(11)之间存在径向为2-4mm的环形空隙，在环形空隙内安装支撑压电陶瓷(3)与绝缘环(4)的绝缘件组合(5)；绝缘件组合(5)为硬度较大的绝缘材料，由薄壁圆柱形绝缘环及粘贴在薄壁圆柱形绝缘环两个端面的环形绝缘薄片组成；在绝缘件组合(5)的薄壁圆柱形绝缘环上半部分的一条圆柱母线上均匀分布四个小孔A，在位于绝缘件组合(5)左侧的环形绝缘薄片上半部分开有一个小孔B；
后盖板(7)上钻有两个沿喷头中轴线对称的通孔A和通孔B，小孔B的圆心位于后盖板(7)上半部分的通孔A的轴线上；四条正极引线(9)分别从绝缘件组合(5)的薄壁圆柱形绝缘环上的四个小孔A穿过引到环形空隙，再经小孔B和后盖板(7)上半部分的通孔A引出，连接电源正极；后盖板(7)、螺栓(11)、前盖板(2)沿中轴线上开有通孔，在后盖板、螺栓、前盖板上沿喷头中轴线开有通孔C、通孔D和通孔E，后盖板上的通孔C为进液口，前盖板上的通孔E为出液口；前盖板右端连接金属薄片，出液口与金属薄片之间为锥形空隙，金属薄片上与锥形空隙对应的部位打有均匀分布的激光通孔，激光通孔的直径范围为3um-5um。
本发明的工作过程如下：液体从后盖板上的进液口流入超声雾化器内，从前盖板上的出液口流出，在出液口的右端面雾化，雾化后的雾滴从金属薄片上的激光通孔射出，根据金属薄片上的激光通孔直径，控制雾滴粒径。
本发明具有有益效果。本发明的径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头可以得到较小雾滴又不会破坏营养液的化学结构，克服了高频超声雾化喷头破坏营养液的化学结构，低频超声雾化喷头产生的雾滴比较大的缺点；所述径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，采用SiC陶瓷晶堆作为前后盖板，由于SiC陶瓷晶堆的声速大于金属声速，在相同频率下，SiC陶瓷晶堆的波长大于金属波长，克服了采用金属材料作为前后盖板的传统纵向复合式压电换能器，由于金属材料波长较短，使得传统超声雾化喷头的横截面尺寸及整个喷头尺寸受到限制，其工作频率不能高于120KHz的缺点。
附图说明
图1为本发明的径向厚度极化方向的中频超声雾化喷头的原理图；
图2为本发明的出液口放大图；
图3为本发明的金属薄片放大图；
图4为本发明的压电陶瓷径向厚度振动的轴向拉伸原理图；
图5为本发明的压电陶瓷径向厚度振动的轴向收缩原理图；
图6为本发明的绝缘件组合的轴测图；
图7为本发明的绝缘件组合的剖面图。
图中：1、金属薄片；2、前盖板；3、压电陶瓷；4、绝缘环；5、绝缘件组合；6、银层；7、后盖板；8、负极引线；9、正极引线；10、进液口；11、紧固螺栓；12、出液口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1、图2和图3所示，整个超声雾化喷头尺寸为一个超声压力波波长。压电陶瓷晶堆中间为节面，节面处距离超声雾化器左右端面分别为二分之一波长。压电陶瓷3内壁与外壁均涂有银层6，每个压电陶瓷3右侧均粘贴绝缘环4。四个径向厚度方向极化的压电陶瓷3同轴组成压电陶瓷晶堆，压电陶瓷晶堆左端连接后盖板7，后盖板7为SiC陶瓷晶堆，压电陶瓷晶堆右端连接前盖板2，前盖板2为SiC陶瓷晶堆。前盖板2、压电陶瓷3、绝缘环4、后盖板7均由螺栓11依次从前到后连接在一起。在后盖板7、螺栓11、前盖板2上沿喷头中轴线开有通孔C、通孔D和通孔E，后盖板7上的通孔C为进液口10，前盖板2上的通孔E为出液口12。营养液从后盖板7上的进液口10流入超声雾化喷头内，从前盖板2上的出液口12流出，在出液口12的右端面雾化。前盖板上的出液口12与前盖板右端连接的金属薄片1之间为锥形空隙，锥形空隙对应的金属薄片1上打有激光通孔，激光通孔的直径范围为3um-5um。营养液在出液口12的右端面雾化，雾化后的雾滴从金属薄片1上的激光通孔射出，根据金属薄片1上的激光通孔直径，控制雾滴粒径。
如图4和图5所示，压电陶瓷3极化方向为径向厚度方向，压电陶瓷3轴向厚度w大于径向厚度t，压电陶瓷3的径向厚度t为3mm-5mm，压电陶瓷晶堆振动时轴向形变大于径向形变。
如图1、图6和图7所示，压电陶瓷3内壁与螺栓11之间存在径向为2-4mm的环形空隙，在环形空隙内安装支撑压电陶瓷3与绝缘环4的绝缘件组合5。绝缘件组合5为硬度较大的绝缘材料，由薄壁圆柱形绝缘环及粘贴在薄壁圆柱形绝缘环两个端面的环形绝缘薄片组成。绝缘件组合5的薄壁圆柱形绝缘环上半部分的一条圆柱母线上均匀分布四个小孔A，在位于绝缘件组合5左侧的环形绝缘薄片上半部分开有一个小孔B。后盖板7上钻有两个沿喷头中轴线对称的通孔A和通孔B，小孔B的圆心位于后盖板7上半部分的通孔A的轴线上。压电陶瓷3内壁与外壁均涂银层6，每个压电陶瓷3内壁的银层6连接一条正极引线9，四条正极引线9分别从绝缘件组合5的薄壁圆柱形绝缘环上的四个小孔A穿过引到环形空隙，再经小孔B和后盖板7上半部分的通孔A引出，连接电源正极；四个压电陶瓷3外壁的银层6分别连接四条负极引线8，负极引线8连接电源负极。

Claims (3)

1.一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，压电陶瓷(3)右侧均粘贴绝缘环(4)；所述压电陶瓷晶堆一端连接后盖板(7)，另一端连接前盖板(2)；前盖板(2)、压电陶瓷(3)、绝缘环(4)、后盖板(7)通过螺栓(11)依次从前到后连接在一起，特征在于：四个径向厚度方向极化的压电陶瓷(3)同轴组成的压电陶瓷晶堆；压电陶瓷(3)内壁与外壁均涂有银层(6)；
所述压电陶瓷(3)轴向厚度w大于压电陶瓷(3)的径向厚度t；压电陶瓷晶堆振动时轴向形变大于径向形变；所述压电陶瓷(3)的径向厚度t为3mm-5mm。
2.根据权利要求书1所述的一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，其特征在于：所述前盖板(2)和后盖板(7)的材料为SiC陶瓷晶堆。
3.根据权利要求书1所述的一种径向厚度方向极化的中频超声雾化喷头，其特征在于：所述压电陶瓷(3)内壁与螺栓(11)之间存在径向为2-4mm的环形空隙，在环形空隙内安装支撑压电陶瓷(3)与绝缘环(4)的绝缘件组合(5)；绝缘件组合(5)为硬度较大的绝缘材料，由薄壁圆柱形绝缘环及粘贴在薄壁圆柱形绝缘环两个端面的环形绝缘薄片组成；在绝缘件组合(5)的薄壁圆柱形绝缘环上半部分的一条圆柱母线上均匀分布四个小孔A，在位于绝缘件组合(5)左侧的环形绝缘薄片上半部分开有一个小孔B；
后盖板(7)上钻有两个沿喷头中轴线对称的通孔A和通孔B，小孔B的圆心位于后盖板(7)上半部分的通孔A的轴线上；四条正极引线(9)分别从绝缘件组合(5)的薄壁圆柱形绝缘环上的四个小孔A穿过引到环形空隙，再经小孔B和后盖板(7)上半部分的通孔A引出，连接电源正极；后盖板(7)、螺栓(11)、前盖板(2)沿中轴线上开有通孔，在后盖板、螺栓、前盖板上沿喷头中轴线开有通孔C、通孔D和通孔E，后盖板上的通孔C为进液口，前盖板上的通孔E为出液口；前盖板右端连接金属薄片，出液口与金属薄片之间为锥形空隙，金属薄片上与锥形空隙对应的部位打有均匀分布的激光通孔，激光通孔的直径范围为3um-5um。
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