CN202460959U

CN202460959U - 压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器

Info

Publication number: CN202460959U
Application number: CN2012200351610U
Authority: CN
Inventors: 陈元平; 华大成
Original assignee: HANGZHOU SUCCESS ULTRASONIC EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU SUCCESS ULTRASONIC EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2022-02-03

Abstract

本实用新型涉及超声波应用技术，旨在提供一种压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器。该防垢除垢器包括通过电缆连接至控制器的超声波换能器，所述超声波换能器是压电陶瓷纵向超声波换能器，超声波换能器与变幅杆相连；变幅杆另一端设连接底座且连接底座通过粘接或焊接固定于结垢设备的本体上，或者变幅杆另一端通过粘接或焊接直接固定于结垢设备的本体上。本实用新型的超声波振动器的能量转换部分采用压电陶瓷，安装简便，既能够节能降耗，整机的使用寿命也延长了。振动器共振频率可以根据需要进行事先的设计，达到最好的除垢防垢效果；压电陶瓷的驱动方式是高阻电压驱动，传输的电流很小；控制器内置扫频电路模块，超声波输出波形好，频率准。

Description

压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器

技术领域

本实用新型涉及超声波应用技术，特别涉及一种压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器。

背景技术

超声波应用于设备的防垢除垢已经至少有几十年了，其产生的巨大经济效益也是有目共睹的。在热交换器除垢防垢领域，典型的应用是超声波防垢装置(也叫超声波除垢仪、声学防垢装置等)

超声波防垢装置有两部分组成，控制器(驱动电源)和超声波振动器(发射头、超声波换能器)。超声波振动器直接安装在热交换器的本体上，与控制器通过电缆连接。当控制器的输入端接通220V/50Hz电源时，即产生大功率的超声波脉冲电流，脉冲电流通过电缆传至超声波振动器，振动器就将电流脉冲转变成超声波机械震荡，此震荡波在热交换器的本体是四处传播，从而产生防垢、除垢效应。

这样的超声波防垢装置，尽管有效，但也存在着几个问题。

最主要的问题是，现在的超声波振动器磁致伸缩型的。它有一个很大的缺陷是能量转换效率低，只有20％左右。导致的结果是控制器效率低，功耗大，发热大。

磁致伸缩的工作方式是电感的充放电，器件内阻很小。导致控制器的脉冲工作电流很大，传输电缆不能长，一般不能够超过十几米，这给现场的管理和远程控制带来很大的困难。需要配套的电缆粗，材料浪费大。控制器瞬态电流大，易出故障。

为适应脉冲大电流的工作特点，控制器的输出级只能够用晶闸管，以开关方式工作，对超声波振动器进行充放电。振动器没有明显的共振点，频率响应差。从严格的意义上，这样的器件甚至不能够称作是超声波器件，只能够说是一个各种频率的大杂烩。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是，克服现有技术中的不足，提供一种压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，包括通过电缆连接至控制器的超声波换能器，所述超声波换能器是压电陶瓷纵向超声波换能器，超声波换能器与变幅杆相连；变幅杆另一端设连接底座且连接底座通过粘接或焊接固定于结垢设备的本体上，或者变幅杆另一端通过粘接或焊接直接固定于结垢设备的本体上。

作为一种改进，所述压电陶瓷纵向超声波换能器具有一个由压电陶瓷元件与电极片间隔布置的层叠结构，压电陶瓷元件与电极片各有至少两片；该层叠结构的两端分别为前金属盖板和后金属盖板，并由预应力螺杆连接前金属盖板和后金属盖板以紧固该层叠结构。

作为一种改进，所述预应力螺杆贯穿该层叠结构的中心，且预应力螺杆的外部套设绝缘管。

作为一种改进，所述电极片分为相互间隔的两组，其中一组通过导线连接至控制器中驱动电源的正极，另一组通过导线连接至控制器中驱动电源的负极；即，连接至正极的电极片与连接至负极的电极片相互间隔布置。

作为一种改进，所述超声波换能器的前金属盖板通过连接螺丝与变幅杆相连。

作为一种改进，所述控制器中设置自动跟踪系统最佳频率点的扫频电路模块。

作为一种改进，所述变幅杆另一端设连接底座时，变幅杆通过连接螺丝固定于连接底座上。

压电陶瓷超声波换能器有许多种结构形式，各有不同的性能特点。以频率分，有低频换能器，频率一般低于10kHz。中低频换能器，频率在15kHz---60kHz。中频换能器，频率在100kHz---800kHz。高频换能器，频率大于1MHz。以振动模式分，有弯曲振动，扭转振动，厚度振动，剪切振动，纵向振动，等等。以结构分，有单压电陶瓷片式，粘接式，螺杆紧固式。

本实用新型采用大功率中低频纵向振动螺杆紧固式换能器，是一个三明治的结构，由压电陶瓷元件，前金属盖板，后金属盖板，预应力螺杆，电极片以及绝缘管组成。这种换能器在预应力螺杆的作用下，压电陶瓷的能量得到最大程度的发挥。它的谐振阻抗小、发热量小、可靠性高寿命长。且其振动方向是纵向的。

由超声波除垢的原理分析，设备本体的法线方向刚性最小。在这个方向进行振动，能够最大限度地激发设备壁的振动幅度，效果最好。

变幅杆既能够放大换能器的振幅，隔离结垢设备本体温度上传至换能器，还便于换能器的安装和拆卸。

所述超声波换能器可采用倒喇叭形，具有约二倍的振幅放大倍数，能够更加有效地激发结垢设备的振动。

控制器(用于输出数控驱动电源)中内置扫频电路模块，具有扫频功能，能够自动跟踪超声波系统的最佳频率点一直稳定工作；也可以设定为在最佳频率点附近的一个合适的范围内，按照设定的步距，分别在多个频率点工作，以期达到最好的除垢防垢效果。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、超声波振动器的能量转换部分采用压电陶瓷，既保留了原磁致伸缩振动器安装简便，又有很大的改进：其一是能量转换效率大大提高，达到80％左右，控制器、振动器的发热量大大减少。整机的功耗下降了，真正有效的超声波的输出功率反而增加了。既能够节能降耗，整机的使用寿命也延长了。其二是振动器有明显的共振频率，该共振频率可以根据需要进行事先的设计。针对不同的场合，设备不同的特点和要求，进行最佳的超声波频率设计，这样就可以达到最好的除垢防垢效果。超声波频率一般在14kHz～23kHz，也可以成倍扩大。

2、压电陶瓷的驱动方式是高阻电压驱动，传输的电流很小。传输距离至少可以达到几百米以上，超过千米也不是问题。而且电流小，传输电缆的线径就可以减小。

3、控制器内置扫频电路模块，超声波输出波形好，频率准，并且可以自动跟踪、任意设定；功耗低，能量转换效率高。

附图说明

图1为本实用新型中压电陶瓷超声波防垢除垢器结构示意图。

图2为本实用新型的实现原理框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的实现方式详细描述。

图1中所示压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，包括通过电缆连接至控制器1的超声波换能器，所述超声波换能器是压电陶瓷纵向超声波换能器，超声波换能器与变幅杆2相连；变幅杆2另一端通过连接螺丝11固定于连接底座3上，连接底座3通过粘接或焊接固定于结垢设备4的本体上。

当然，作为另一实例，也可采取不设连接底座，变幅杆2另一端通过粘接或焊接直接固定于结垢设备4的本体上。

所述压电陶瓷纵向超声波换能器置于外壳9中，具有一个由压电陶瓷元件5与电极片6间隔布置的层叠结构，压电陶瓷元件5与电极片6各有四片；该层叠结构的两端分别为前金属盖板7和后金属盖板8，并由预应力螺杆10贯穿该层叠结构的中心，连接前金属盖板7和后金属盖板8以紧固该层叠结构。前金属盖板7通过连接螺丝13与变幅杆2相连。

电极片分为相互间隔的两组，其中一组(两片)通过导线连接至控制器中驱动电源的正极，另一组(两片)通过导线连接至控制器中驱动电源的负极；即，连接至正极的两片电极片与连接至负极的两片电极片相互间隔布置。预应力螺杆10的外部套设绝缘管12，以避免两电路之间发生短路。

本实施例中所用压电陶瓷纵向超声波换能器中，压电陶瓷元件5的直径50mm，共振频率20kHz。后金属盖板8是合金钢，前金属盖板7是铝合金。超声波换能器与变幅杆2通过1/2’-24UNF的连接螺丝13连接为一个整体。合金钢的变幅杆2设计成放大倍数是二倍，能够把换能器的振幅放大二倍。

所述控制器1中设置自动跟踪系统最佳频率点的扫频电路模块。该扫频电路模块具有扫频功能，能够自动跟踪超声波系统(此处的超声波系统是指：压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器和结垢设备的本体在内的全部设备。)的最佳频率点一直稳定工作；也可以设定为在最佳频率点附近的一个合适的范围内，按照设定的步距，分别在多个频率点工作，以期达到最好的除垢防垢效果。

例如，超声波系统本身最佳的工作频率是19.80kHz，如果长期在这个频率工作，肯定有比较好的除垢效果。但很可能这个频率对某种个别的污垢效果较差。如果我们把振动频率略微改动，除垢效果有可能会更好。在这种情况下，我们可以设定工作频率在19.40kHz---20.20kHz之间，步距0.05kHz。这样，超声波系统实际的工作状态是先在19.40kHz工作一下，然后是在19.45kHz的频率再工作一次，然后是19.50kHz振动一次，然后是19.55kHz。以此类推，一直到20.20kHz的频率振动一次后，又从19.40kHz的频率开始工作。

对于扫描电路模块，本领域技术人员只需在具备相应电子技术知识的基础上，可根据自己的理解自行制作，其实现并无任何技术难度。当然，也可以直接选购杭州成功超声设备有限公司生产的RAD-21型号的扫描电路模块。

Claims

1.压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，包括通过电缆连接至控制器的超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器是压电陶瓷纵向超声波换能器，超声波换能器与变幅杆相连；变幅杆另一端设连接底座且连接底座通过粘接或焊接固定于结垢设备的本体上，或者变幅杆另一端通过粘接或焊接直接固定于结垢设备的本体上。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述压电陶瓷纵向超声波换能器具有一个由压电陶瓷元件与电极片间隔布置的层叠结构，压电陶瓷元件与电极片各有至少两片；该层叠结构的两端分别为前金属盖板和后金属盖板，并由预应力螺杆连接前金属盖板和后金属盖板以紧固该层叠结构。

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述预应力螺杆贯穿该层叠结构的中心，且预应力螺杆的外部套设绝缘管。

4.根据权利要求2所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述电极片分为相互间隔的两组，其中一组通过导线连接至控制器中驱动电源的正极，另一组通过导线连接至控制器中驱动电源的负极；即，连接至正极的电极片与连接至负极的电极片相互间隔布置。

5.根据权利要求2所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述超声波换能器的前金属盖板通过连接螺丝与变幅杆相连。

6.根据权利要求1至5任意一项中所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述控制器中设置自动跟踪系统最佳频率点的扫频电路模块。

7.根据权利要求1至5任意一项中所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述变幅杆另一端设连接底座时，变幅杆通过连接螺丝固定于连接底座上。

8.根据权利要求1至5任意一项中所述的压电陶瓷纵向超声波防垢除垢器，其特征在于，所述压电陶瓷纵向超声波换能器的外形呈倒喇叭形。