RU1810820C

RU1810820C - Method of manufacturing ultrasonic transducer

Info

Publication number: RU1810820C
Application number: SU914919120A
Authority: RU
Inventors: Николай Семенович Марьин; Анатолий Петрович Наумчук
Original assignee: Самарское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика"
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1993-04-23

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл ультразвуковой толщинометрии и дефектоскопии изделий, а также в ультразвуковых расходомерах .и уровнемерах, работающих на газовых средах . Цель - улучшение эксплуатационных характеристик. Способ изготовлени ультразвукового преобразовател включает раз- мещение в корпусе пьезоэлемента, выполненного из акустически соединенных пьезопластин, заливку корпуса демпфирующей массой и ее отверждение. Новым в способе вл етс заполнение промежуточного сло между газовой средой и пьезоэлемен- том жидкостным слоем, например из жидкого стекла, охватывающим боковую и излучающую поверхности пьезоэлемента, и композиционным материалом. Кроме того, отверждение композиционного материала провод т на поверхностной пленке жидкого стекла при комнатной температуре в течение 22-24 ч. 1 ил.The invention relates to a control and measuring technique and can be used for ultrasonic thickness measurement and flaw detection of products, as well as in ultrasonic flow meters and level meters operating on gas media. The goal is to improve performance. A method of manufacturing an ultrasonic transducer includes placing a piezoelectric element made of acoustically connected piezoelectric plates in a housing, filling the housing with a damping mass and curing it. New in the method is the filling of the intermediate layer between the gaseous medium and the piezoelectric element with a liquid layer, for example of liquid glass, covering the side and radiating surfaces of the piezoelectric element, and the composite material. In addition, curing of the composite material is carried out on a surface liquid glass film at room temperature for 22-24 hours. 1 sludge.

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл ультразвуковой тол щинометрии и дефектоскопии изделий, а также в ультразвуковых расходомерах и уровнемерах, работающих на газовых средах .The invention relates to a control and measuring technique and can be used for ultrasonic thickness gauging and flaw detection of products, as well as in ultrasonic flow meters and level gauges operating on gaseous media.

Цель изобретени - улучшение эксплуатационных характеристик преобразовател .The purpose of the invention is to improve the performance of the converter.

На чертеже в разрезе изображено устройство , реализующее способ изготовлени преобразовател .In the drawing, a sectional view shows a device that implements a method of manufacturing a converter.

Устройство, реализующее способ изготовлени преобразовател , содержит корпус 1, размещенные в нем демпфер 2, пъезоэлемент 3, выполненный из п-акустически соединенных пьезопластин (дисковых , кольцевых и т.п.), жидкость 4 и протектор 5, выполненный из композиционного материала.A device that implements a method of manufacturing a transducer comprises a housing 1, a damper 2 located therein, a piezoelectric element 3 made of p-acoustically connected piezoelectric plates (disk, ring, etc.), a liquid 4 and a tread 5 made of composite material.

Способ изготовлени пьезопреобразо- вател реализуетс следующим образом.A method of manufacturing a piezoelectric transducer is implemented as follows.

Корпус 1 изготовл ют из неметаллического материала. Изготовленный корпус, геометрические размеры которого выбраны согласно габаритам пьезоэлемента 3, устанавливают в литьевую полуматрицу с поме- щенным в ней пьезоэлементом 3 (количество пьезоэлементов выбирают исход из конкретных требований, предъ вл емые к преобразователю) и заливают демпфирующей массой. После отверждеии демпфирующей массы корпус 1 с демпфесоThe housing 1 is made of non-metallic material. The body made, the geometrical dimensions of which are selected according to the dimensions of the piezoelectric element 3, is installed in the injection half matrix with the piezoelectric element 3 placed in it (the number of piezoelectric elements is selected based on the specific requirements of the transducer) and filled with a damping mass. After curing the damping mass, housing 1 with damping

оabout

0000

ю оu o

ром 2 и пьезоэлементом 3 (склейка пьезоэ- лемента с демпфером совмещаетс в момент заливки демпфирующей массы) извлекают из литьевой полуматрицы. Литьева полуматрица из-за простоты ее конструкции на чертеже не приводитс .rum 2 and piezoelectric element 3 (the gluing of the piezoelectric element with the damper coincides at the moment of filling the damping mass) is removed from the injection half-matrix. Injection mold because of the simplicity of its design is not shown in the drawing.

Выступающие части пьезоэлемента, электроды, пайки покрывают тонким слоем гидрофобного кле (от короткого замыкани жидкостью). После сушки преобразовател пьезоэлемент 3 заливают слоем жидкого стекла, толщина которого равна четверти волновой длине на резонансной частоте преобразовател (четвертьволновый слой обеспечивает увеличение коэффициента прохождени волны). После образовани пленки на поверхности жидкого стекла 4 (врем образовани пленки зависит от площади заливаемой жидкости) заливают слой композиционного материала (например, композици на основе эпоксидной смолы с наполнителем). Величина сло должна быть меньше или равной четвертьволновой длины на резонансной частоте преобразовател .The protruding parts of the piezoelectric element, electrodes, soldering are coated with a thin layer of hydrophobic glue (from short circuit with liquid). After drying the transducer, the piezoelectric element 3 is poured with a layer of liquid glass whose thickness is equal to a quarter of the wavelength at the resonant frequency of the transducer (a quarter-wave layer provides an increase in the transmission coefficient of the wave). After the film is formed on the surface of the liquid glass 4 (the film formation time depends on the area of the liquid being poured), a layer of a composite material (e.g., an epoxy resin-filled composition) is poured. The size of the layer should be less than or equal to a quarter-wavelength at the resonant frequency of the converter.

При повышении указанных пределов происходит затухание звука.As these limits increase, sound attenuation occurs.

Процесс твердени композиционного материала происходит в течение 22-24 часов при комнатной температуре. Пленка, образовавша с на поверхности жидкого стекла (процесс твердени жидкого стекла, не содержащий кремнефтористый натрий, происходистс только в поверхностном слое, за счет высыхани и взаимодействи силиката натри с углекислотой воздуха), обеспечивает надежную адгезию (прилипаемость) к композиционному материалу , тем самым композиционный материал одновременно служит как герметизирующий элемент жидкости, согласующий элемент преобразовател с контролируемой средой, и как протектор.The hardening process of the composite material takes place within 22-24 hours at room temperature. The film formed on the surface of water glass (the process of hardening water glass, which does not contain sodium silicofluoride, occurs only in the surface layer, due to drying and interaction of sodium silicate with carbon dioxide), provides reliable adhesion (adhesion) to the composite material, thereby composite the material simultaneously serves as a sealing element of the fluid, matching element of the transducer with a controlled environment, and as a tread.

Благодар слою жидкости 4, охватывающей боковую поверхность пьезозлемента 3. полностью гас тс паразитные радиальные колебани пьезоэлемента (в жидкости не распростран ютс сдвиговые напр жени ) и в контролируемую среду излучаютс только рабочие колебани (продольные волны ). Жидкость, контактирующа с пьезозле- ментом, уменьшает отражение полезной колебательной энергии, тем самым увеличиваетс отдаваема мощность пьезопреоб- рззовател , так как акустическое сопротивление при 0°Сдл воды 1 г/см3«1, см/с 1,5«105 г/(см .с), а дл воздуха около 42Due to the liquid layer 4 covering the lateral surface of the piezoelectric element 3. The parasitic radial vibrations of the piezoelectric element are completely damped (shear stresses do not propagate in the liquid) and only operating vibrations (longitudinal waves) are emitted into the controlled medium. The liquid in contact with the piezoelectric element reduces the reflection of the useful vibrational energy, thereby increasing the power output of the piezoelectric transducer, since the acoustic resistance at 0 ° C for water is 1 g / cm3 "1, cm / s 1.5" 105 g / ( see s), and for air about 42

г/(см2,с). Отношение этих величин составл ет 3600, откуда следует, что при равных значени х амплитуды и частоты колебаний интенсивность звукового пол в воздухе составл ет лишь около трех дес титыс чныхg / (cm2, s). The ratio of these values is 3600, from which it follows that for equal values of the amplitude and frequency of the oscillations, the sound field intensity in air is only about three decimal places

интенсивности звука в воде. Соответственно этому, дл получени равных интенсив-: ностей звука в воздухе и в воде в первом: случае необходимо обеспечить амплитуду колебаний в 60 раз большую. Композиционный материал, контролирующий с жидкостью 4, не уменьшает полезную отдаваемую мощность, так как акустические сопротивлени жидкости (жидкое стекло) и композиционного материала приблизительно равны.sound intensity in water. Accordingly, in order to obtain equal intensities of sound in air and in water in the first case, it is necessary to provide an amplitude of oscillations 60 times greater. The composite material controlling with liquid 4 does not reduce the useful power output, since the acoustic resistances of the liquid (liquid glass) and the composite material are approximately equal.

Применение предлагаемого способа изготовлени ультразвукового преобразовател позволит увеличить отдаваемую мощность, особенно при работе на низких частотах, и повысить эксплуатационные характеристики преобразовател .Application of the proposed method for manufacturing an ultrasonic transducer will increase the power delivered, especially when operating at low frequencies, and increase the operational characteristics of the transducer.

Claims

1. A method of manufacturing an ultrasonic transducer, wherein a piezoelectric element is installed in the housing;

a damper and two transition layers are formed in the housing, one of which is in contact with the working surface of the piezoelectric element. liquid, and the second is made of composite material,

the materials of the damper, the piezoelectric element and the transition layers are selected from the condition of their matching by acoustic impedance, characterized in that, in order to improve operational characteristics, the damper is formed by pouring the damping mass into the body and then curing it. the liquid transition layer is made covering the lateral and radiating surfaces of the piezoelectric element, and

liquid glass is used as the material of this layer.

2. The method according to claim 1, with the exception that in order to increase the reliability of the converter, the curing of the composite material is carried out on a surface liquid glass film at room temperature for 22-24 hours.