CN1117968C - 本质安全型复合宽带超声流量换能器 - Google Patents

本质安全型复合宽带超声流量换能器 Download PDF

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本质安全型复合宽带超声流量换能器是一种用于本安型计测管道流量超声换能器，该换能器的金属屏蔽外壳内壁与波导之间由尼龙套环、铝环、橡皮套环相连接，尼龙套环的外壁与金属屏蔽外壳的内壁相连接，铝环位于尼龙套环的内侧，橡皮套环的内侧卡在波导的外槽中，橡皮套环的外侧卡在铝环的内槽中，在金属屏蔽外壳内的波导的端部设有一复合压电堆，在复合压电堆的正、负两极分别与由四只二极管组成的桥式整流电路相接。

Description

本质安全型复合宽带超声流量换能器
本发明是一种用于本安型计测管道流量超声换能器，属液体流量、流速无损检测装置技术领域。
现有技术中的超声流量换能器：
本安型超声液体流量计换能器的必要充分条件为：①发射激励电压为小信号，如仅14伏脉冲电压；②超声波透过液流管道壁后接收脉冲波形余响波不得超过2-3个周期；③且余响波的第二周期波峰比第一周期波峰差值应大于12dB(通常的超声换器该幅度差均小于6dB)。
国内现有同类超声流量换能器其声压的发射和接收灵敏度较低，压电片声阻抗较高，管壁声阻尼大，通频带宽度窄。尤其是单位电压激励声压值很低，外夹持的换能器波形特性差。故无法实现本质安全型条件的超声流量计测。
国外九十年代末典型的德国Krohnet(科龙)和日本富士超声流量换能器，前者为插入管道式，后者为管道外夹持式。换能器压电灵敏度与我国的相当。它们的通带Q值比我国的低，约3.5(我国Q＝4)。它们的余响波的前后两个周期波幅差为6dB。所以，它们仍然需要通过上百伏的脉冲电压激励换能器，一方面使超声波得以透过很高的管壁阻尼，另一方面又必须使余响的第一周期波幅前沿足够陡期，以保证取时延值时足够稳定。为此，科龙、富士等均为非木安型液流超声换能器，德国科龙只得采取体积笨重而结构复杂的管道密封方式，形成隔爆型超声流量计。
本发明的目的在于针对现有国内外技术不足，发明一种高灵敏、余响波特性好及宽频带的本质安全型复合宽带超声流量换能器。
本发明的本质安全型复合宽带超声流量换能器由波导、尼龙套环、铝环、橡皮套环、金属屏蔽外壳等所组成，该换能器的金属屏蔽外壳内壁与波导之间由尼龙套环、铝环、橡皮套环相连接，尼龙套环的外壁与金属屏蔽外壳的内壁相连接，铝环位于尼龙套环的内侧，橡皮套环的内侧卡在波导的外槽中，橡皮套环的外侧卡在铝环的内槽中，在金属屏蔽外壳内的波导端部设有一复合压电堆，在复合压电堆的正、负两极分别与由四只二极管组成的桥式整流电路相接。铝环的外侧和尼龙环套的内侧为螺纹结构，二者相互吻合。在波导端部的复合压电堆的外端还设有吸声背衬。
本发明的优点是：第一，多层环及橡皮套环结构，悬空了声波导，起到了固定及声去耦双重作用，构成减振器。大大提高了声、电换能效率；第二，复合连结压电晶片，胶合在波导一端，它采用夹心“3-3”连结复合或“1-3”连结复合，用PZT(钛酸锆铅)压电陶瓷与环氧复合，实现厚向单—振动模式。压电系数d33高于PZT实心晶片，不低于450PC/N，径向耦合系数Kp小于0.15，横向振动极小。该复合压电晶堆的声阻抗与棒波导(聚砜)十分接近匹配，使整个声系统具有一维振动，波形极其简单，收、发效率和灵敏度极高；第三，换能器工作频率为500kHz，带宽250kHz(-3dB)，通带特性Q为2。比国内外常用工作频率1MHz低一倍，有利于减少管壁等的声阻尼；第四，绝缘波导结构为耐150℃高温、耐腐蚀的高声阻抗弹性材料，形状满足：长度/直径比大于2，保证波导高效、单向声传输。第五，晶堆极性合理配置，获得余响波形特性好，使超声波非限幅条件下仍能稳定流量计测。
本发明的换能器加吸声背衬有利于降低通带Q值，使频带变宽。换能器脉冲余响靠环氧钨粉的配比来调节。同时设有桥式连结的四只二极管，并联到压电堆两极间，构成本质安全型要求的电击穿保护电路。电极引线采用悬浮、平衡式连结，换能器外壳与仪表共同接地，这种结构输入端噪声最低。单位电压激励灵敏度比传统换能器高出4～5倍。本发明具有灵敏度高、噪声低、频带宽、余响短及波形前沿徙等优点，在脉冲电压“环鸣”驱动工作时，声学性能极稳定，漂移量极小(8次“环鸣”时，“正向”与“逆向”声程差，在静态校正时，仅漂0.01～0.02μs。它特别可用于精确计测小口径(Φ15mm至Φ80mm)及慢流量小于0.1m/s的各种管道流量。同时可替代国内外已有各种常规超声流量换能器的功能。
图1是本发明的结构示意图。其中包括波导1、尼龙环套2、铝环3、橡皮套环4、金属屏蔽外壳5、复合压电堆6、正电极引线7、负电极引线8、后盖套9、双芯屏电缆10、整流桥11、吸声背衬12。
本发明的实施方案如下：
按照附图1所示的结构，波导1采用直径Φ20mm，长度40mm的聚砜绝缘材料制成棒形的波导；复合压电堆6为夹心3-3连结复合材料，压电系数d33达450PC/M，Kp小于0.15，晶片尺寸：厚1.5mm，直径Φ17.8mm；所谓复合压电晶堆，是指压电晶体与填充的高分子聚合物两种相界彼此连结互通方式。例如3-3连结，就是两相随机分布连结，烧结、注塑成复合体；1-3连结，就是压电相制成诸多平行细条状，其余用聚合物填充成复合体。橡皮套环4采用预制减阻尼橡皮环，该橡皮套环借铝环3固定；铝环借螺纹结构固定在尼龙环套2上，尼龙环套紧固在不锈钢制成的金属屏蔽外壳5内侧；复合压电堆用环氧胶在波导端部，波导的另一端加工成45°斜面，用于与被测件耦合。吸声背衬12按环氧/钨粉为3/2(体积比)的材料混合而成，声阻抗为8×10Pa·S/m。整流桥11由四只稳压二极管组成，其耐压应大于20V。在总体结构上金属屏蔽外壳的端部设有后盖套9，在后盖套的中心设有中心孔，双芯屏蔽电缆10从该换能器的内部由后盖套的中心孔引出。在金属屏蔽外壳的另一端内侧固定有尼龙环套2，尼龙环套的内侧与铝环3由螺纹吻合，在铝环的内侧设有一道凹槽，在波导的外侧也设有一凹槽，橡皮套环4的外侧卡在铝环3的凹槽内，橡皮套环的内侧卡在波导1的凹槽内。根据以上所述便可实现本发明。

Claims (3)

1、一种本质安全型复合宽带超声流量换能器，由金属屏蔽外壳及波导组成，其特征在于该换能器的金属屏蔽外壳(5)内壁与波导(1)之间由尼龙套环(2)、铝环(3)、橡皮套环(4)相连接，尼龙套环(2)的外壁与金属屏蔽外壳(5)的内壁相连接，铝环(3)位于尼龙套环(2)的内侧，橡皮套环(4)的内侧卡在波导(1)的外槽中，橡皮套环(4)的外侧卡在铝环(3)的内槽中，即通过多层环及橡皮套结构悬空声波导(1)，在金属屏蔽外壳(5)内的波导(1)的端部设有一复合压电堆(6)，在复合压电堆(6)的正、负两极分别与由四只稳压二极管组成的桥式整流电路相接，复合连接压电晶片胶合在波导一端，它采用夹心“3-3”连结或“1-3”连结的PZT压电陶瓷与环氧两相复合，波导(1)与复合压电堆(6)的声阻抗接近匹配。
2、根据权利要求1所述的本质安全型复合宽带超声流量换能器，其特征在于铝环(3)的外侧和尼龙环套(2)的内侧为螺纹结构，二者相互吻合。
3、根据权利要求1或2所述的本质安全型复合宽带超声流量换能器，其特征在于在波导(1)端部的复合压电堆(6)的外端还设有吸声背衬(12)。
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CN102708851B (zh) * 2012-06-25 2014-01-08 唐山海通电子有限公司 收发型水声换能器
EP3456066A1 (en) * 2016-05-10 2019-03-20 Bose Corporation Acoustic device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100392394C (zh) * 2004-11-18 2008-06-04 汕头超声仪器研究所 一种制造用于超声检测探头的背衬材料的方法

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