CN218885034U - 一种用于气体流量检测的高频传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于气体流量检测的高频传感器,其技术方案要点是用于气体流量检测的高频传感器包括壳体、压电元件、电路板、阻尼层、信号线和连接线，壳体内开设有容纳腔，阻尼层设于压电元件和电路板之间，压电元件和电路板均安装于容纳腔内且压电元件位于容纳腔的底部，容纳腔的底部在靠近容纳腔侧壁处开设有凹槽，信号线与电路板连接，电路板通过两根连接线分别对应与压电元件的正反两面电连接，其中一根连接线伸入至凹槽内并与压电元件远离电路板的一侧连接。通过在容纳腔底部开设凹槽，信号线可伸入到凹槽内与电路板连接，无需在压电元件上设置翻边银片，并且在压电元件和电路板之间设置阻尼层，从而能够有效提升用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽。

Description

一种用于气体流量检测的高频传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及一种用于气体流量检测的高频传感器。

背景技术

目前，市场上超声波气表用的200kHz高频传感器为了保持较好的灵敏度，表现出更强的激励响应，往往保持传感器的较高的Q值，但一般其有效带宽在20kHz以内。而窄带宽的传感器，更容易受到频率相应随温度变化的影响，从而要求传感器在不同温度下的频率响应一致性要好；这就需要对传感器进行筛选，减少传感器对温度的频率响应变化，提高产品一致性，以确保能用于大规模的生产。若传感器的有效带宽越宽：有效带宽在30kHz以上，甚至更高，这样在传感器对之间更容易找到一个共同的激励带，减少温度变化带来的影响。

目前，传统的传感器为了简化产品结构，陶瓷片采用翻边银片的形式。信号线直接焊接于银片上，这导致压电陶瓷片在电极形式上会存在一小部分厚度方向印银，从而导致厚度方向的银层，在极化过程中，存在一定的影响，导致最终银片极化后Kp值偏低。而Kp值反应了薄圆片沿厚度方向极化和电激励时，作径向伸缩振动时机电耦合效应的参数。Kp值越小，说明压电陶瓷片在受到电激励时，机电耦合效应的效果越差，电能转换成机械能的效率较差，转换过程被无效化的能量越多。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种提高有效带宽较宽的用于气体流量检测的高频传感器。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种用于气体流量检测的高频传感器，包括壳体、压电元件、电路板、阻尼层、信号线和连接线，所述壳体内开设有容纳腔，所述阻尼层设于压电元件和电路板之间，所述压电元件和所述电路板均安装于所述容纳腔内且所述压电元件位于所述容纳腔的底部，所述容纳腔的底部在靠近容纳腔侧壁处开设有凹槽，所述信号线与所述电路板连接，所述电路板通过两根连接线分别对应与所述压电元件的正反两面电连接，其中一根连接线伸入至所述凹槽内并与所述压电元件远离所述电路板的一侧连接。

进一步设置：所述壳体的外周套设有胶套，所述胶套的中心灌入有面胶并将所述电路板和所述压电元件封装于所述容纳腔内。

进一步设置：所述壳体的外侧壁上凸出形成限位凸缘，所述胶套的内侧壁上内凹形成限位槽，所述限位凸缘嵌入于所述限位槽内。

进一步设置：所述壳体的内侧壁上凸出形成承托台阶，所述电路板放置于所述承托台阶上。

进一步设置：所述压电元件通过贴片胶与所述容纳腔的底部粘接固定。

进一步设置：所述贴片胶采用环氧树脂胶水。

进一步设置：所述壳体的密度在0.4-0.6g/cm₃范围内。

进一步设置：所述壳体底部的厚度为λ/4或其偶数倍，其中λ为超声波在壳体传播速度下的波长。

进一步设置：所述阻尼层采用胶水材料，且所述阻尼层的密度在1.0-2.0g/cm₃范围内。

进一步设置：所述阻尼层的硬度在30-70shoreA范围内。

相比现有技术，本实用新型的方案具有以下优点：

本实用新型涉及的用于气体流量检测的高频传感器中，通过在容纳腔底部开设凹槽，信号线可伸入到凹槽内与电路板连接，无需在压电元件上设置翻边银片，并且在压电元件和电路板之间设置阻尼层，从而能够有效提升用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的一种实施例中用于气体流量检测的高频传感器的结构示意图；

图2为本实用新型的一种实施例中壳体的结构示意图；

图3为现有用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽示意图；

图4为本实用新型的一种实施例中用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1、2所示，本实用新型提供了一种用于气体流量检测的高频传感器，包括壳体1、压电元件2、电路板3、阻尼层4、信号线5和连接线6，所述壳体1内开设有容纳腔11，所述阻尼层4设于压电元件2和电路板3之间，所述压电元件2和电路板3均安装于容纳腔11内且压电元件2位于容纳腔11的底部，所述容纳腔11的底部在靠近容纳腔11侧壁处开设有凹槽12，所述信号线5与所述电路板3连接，所述电路板3通过两根连接线6分别对应与压电元件2的正反两面电连接，其中一根连接线6伸入至凹槽12内并与压电元件2远离电路板3的一侧连接，在本实施例中，所述压电元件2为压电陶瓷片。

通过上述设置，在容纳腔11底部开设凹槽12，信号线5可伸入到凹槽12内与电路板3连接，无需在压电元件2上设置翻边银片，并且在压电元件2和电路板3之间设置阻尼层4，这样设置能够有效提升用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽。

结合图3和图4所示，图3中现有用于气体流量检测的高频传感器有效带宽在18kHz，灵敏度约900,图4中改进后用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽在42kHz，灵敏度约950，用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽和灵敏度均得到提升。

在本实施例中，所述壳体1由声匹配层材料直接加工而成，在本实施例中，所述壳体1的密度在0.4-0.6g/cm₃范围内，即所述声匹配层材料的密度在0.4-0.6g/cm₃范围内。通过这样设置，使得所述壳体1对所述压电元件2的束缚在可控范围内，从而有助于调整传感器的起振速率，起振规律性较好，便于传感器所探测数据的取值和分析。

进一步地，所述壳体1的外周套设有胶套7，所述胶套7的中心灌入有面胶8并将电路板3和压电元件2封装于容纳腔11内。在本实施中，所述胶套7一端开设开口，且整体呈现中心对称结构。

通过在壳体1的外周设置胶套7，利用胶套7对壳体1形成包围保护，并且通过灌入面胶8的方式将电路板3和压电元件2进行封装，整体结构较为简单，组装方便快捷，密封性能较好。

在本实施例中，所述连接线6为细漆包线，所述压电元件2通过两根细漆包线与电路板3连接，所述信号线5为屏蔽线，屏蔽线通过面胶8向外引出，在本实施例中，所述电路板3实现了屏蔽线和细漆包线的转接，而且电路板3能够将面胶8与阻尼层4相互分隔。

进一步地，所述壳体1的外侧壁上凸出形成限位凸缘13，所述胶套7的内侧壁上内凹形成限位槽71，所述限位凸缘13嵌入于所述限位槽71内。在本实施例中，所述限位槽71为环形槽，所述限位凸缘13优选为环形凸缘。借助限位凸缘13和限位槽71的配合结构，提高了壳体1与胶套7的连接可靠性，防止壳体1与胶套7发生松动。

进一步地，所述壳体1的内侧壁上凸出形成承托台阶14，所述电路板3放置于所述承托台阶14上。借助承托台阶14，能够为电路板3提供限位作用，使电路板3与壳体1实现卡接，并通过灌入面胶8，利用面胶8和承托台阶14对电路板3实现固定，避免电路板3在壳体1内活动，提高用于气体流量检测的高频传感器整体的结构稳定性，确保电气性能的稳定性。

进一步地，所述压电元件2通过贴片胶9与所述容纳腔11的底部粘接固定。在本实施例中，所述贴片胶9采用环氧树脂胶水。

进一步地，所述壳体1底部的厚度为λ/4或其偶数倍，其中λ为超声波在壳体1传播速度下的波长。在本实施例中，所述壳体1底部的厚度优选为λ/4。通过这样设置，可以确保超声波具备足够的能量穿透所述壳体1。

进一步设置：所述阻尼层4采用胶水材料，且所述阻尼层4的密度在1.0-2.0g/cm₃范围内。所述阻尼层4的硬度在30-70shoreA范围内，使得所述压电陶瓷片受到所述阻尼层4的保护以不受外界环境的影响，使得所述压电陶瓷受到所述阻尼层4的保护以不受外界环境的影响。

综上所述，本实用新型的方案具有以下优点：

本实用新型涉及的用于气体流量检测的高频传感器中，通过在容纳腔11底部开设凹槽12，信号线5可伸入到凹槽12内与电路板3连接，无需在压电元件2上设置翻边银片，并且在压电元件2和电路板3之间设置阻尼层4，从而能够有效提升用于气体流量检测的高频传感器的有效带宽。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：包括壳体、压电元件、电路板、阻尼层、信号线和连接线，所述壳体内开设有容纳腔，所述阻尼层设于压电元件和电路板之间，所述压电元件和所述电路板均安装于所述容纳腔内且所述压电元件位于所述容纳腔的底部，所述容纳腔的底部在靠近容纳腔侧壁处开设有凹槽，所述信号线与所述电路板连接，所述电路板通过两根连接线分别对应与所述压电元件的正反两面电连接，其中一根连接线伸入至所述凹槽内并与所述压电元件远离所述电路板的一侧连接。

2.根据权利要求1所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述壳体的外周套设有胶套，所述胶套的中心灌入有面胶并将所述电路板和所述压电元件封装于所述容纳腔内。

3.根据权利要求2所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述壳体的外侧壁上凸出形成限位凸缘，所述胶套的内侧壁上内凹形成限位槽，所述限位凸缘嵌入所述限位槽内。

4.根据权利要求1所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述壳体的内侧壁上凸出形成承托台阶，所述电路板放置于所述承托台阶上。

5.根据权利要求1所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述压电元件通过贴片胶与所述容纳腔的底部粘接固定。

6.根据权利要求5所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述贴片胶采用环氧树脂胶水。

7.根据权利要求1所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述壳体的密度在0.4-0.6g/cm₃范围内。

8.根据权利要求1所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述壳体底部的厚度为λ/4或其偶数倍，其中λ为超声波在壳体传播速度下的波长。

9.根据权利要求1所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述阻尼层采用胶水材料，且所述阻尼层的密度在1.0-2.0g/cm₃范围内。

10.根据权利要求9所述的用于气体流量检测的高频传感器，其特征是：所述阻尼层的硬度在30-70shoreA范围内。

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