SU1632506A1 - Ультразвуковой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области ультразвуковой техники. Цель изобретени  - увеличение амплитуды колебаний преобразовател . Электроизолирующа  прокладка 7 выполнена в виде кольца из электропровод щего материала , поверхность которого покрыта слоем порошковой эпоксидной краски, а толщина равна 0,04-0,11 длины час- тотопонижающей накладки 6. Импеданс кольца электроизол ционной прокладки 7 равен импедансу частотопонижа- ющей накладки 6. Толщины сло  порошковой эпоксидной краски на поверхност х кольца электроизол ционной прокладки, обращенных к датчику обратной акустической св зи и частото- понижающей накладке, равны 30-50 мкм и 70-160 мкм соответственно. Боковые поверхности концентратора энергии 1 покрыты слоем порошковой эпоксидной краски толщиной 50-160 мкм. При работе преобразовател  уменьшаютс  потери акустической энергии на границах элементов и дол  паразитных колебаний в концентраторе энергии. 1 ил. SS (Л с

Description

5 2 3 76 8 Ю П 22.

Изобретение относитс  к ультразвуковой технике, а именно к пьезо- керамическим преобразовател м, и может быть использовано как при разработке акустических систем различного технологического назначени , так и в существующем ультразвуковом оборудовании , созданном на базе пьезоке- рамических преобразователей.

Целью изобретени   вл етс  увеличение амплитуды колебаний преобразовател .

На чертеже представлен преобразователь , общий вид.

Излучающий элемент преобразовател  изготовлен из титана марки ВТЗ-1 и выполнен в виде экспоненциального концентратора 1 ультразвуковой энергии с полой цилиндрической трубкой 2, расположенной со стороны основани  концентратора и имеет резьбу на внешней поверхности своего свободного торца. На1трубке 2 концентратора установлена фторопластова  втулка 3, выполненна  в виде полого цилиндра, на которую одеты, последовательно расположенные: активный элемент преобразовател , представл ющий собой два пьезокерамических кольца 4 (керамика ЧТБС-3) размером: $ 20x10x5 мм с расположенной между ними токове- дущей шиной 5; частотопонижающа  накладка 6, изготовленна  из ст. 45 в виде полого цилиндра длиной 18 мм; электроизол ционна  прокладка 7, котора  изготовлена из ст. 45 (скорост распространени  звука 5169 м/с; модуль упругости 20920 кГс/мм 0 , в виде плоского кольца и покрыта слоем порошковой эпоксидной краской марки П-ЭП-177, отвержденной при 180°С; токоведуща  шина 8; пьезокерамическо кольцо 9,  вл ющеес  датчиком обратной акустической св зи и идентичное кольцам 4 активного элемента; токоведуща  шина 10 и металлическа  (Ст. 45) прокладка 11 в виде плоского кольца. Причем электроизол ционна  прокладка 7 выполнена с толщиной в 1,5 мм, что составл ет 0,08 длины частотопонижающей накладки 6, а толщина сло  краски, нанесенного на ее поверхность, обращенную к частотопонижающей накладке 6 и токоведущей шине 8, составл ет соответственно 100 и 50 микрон. Пьезокерамические кольца 4 и 9, частотопонижающа  накладка 6, электрозол ционна  проклад0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ка 7 и токоведущие шины 5, 8 и 10 посредством прокладки 11 и металлической (Ст. 45) гайки 12 ст нуты между собой, а первое из пьезокерамических колец 4 активного элемента преобразовател  плотно прижато к основанию концентратора 1. Дл  подсоединени  преобразовател  к ультразвуковому генератору, осуществл емого посредством проводов 13 - 15, в трубке 2 концентратора 1 выполнены осевое глухое 16 и поперечные сквозные 17 отверсти , втулка 3 выполнена с продольным сквозным пазом 18, а в токо- ведущих шинах 5, 8 и 10, изготовленных из меди в виде плоских колец - отверсти  (не обозначены), в которые запа ны концы сердечников указанных проводов. Дл  присоединени  к концентратору 1 рабочего инструмента в его излучающем торце выполнено резьбовое отверстие 19, а дл  обеспечени  безопасности и удобства пользовани  составные элементы преобразовател  помещены в стаканообразный корпус 20, в котором они закреплены посредством фиксаторов 21 и 22.

Импеданс кольца электроизол ционной прокладки равен импедансу частотопонижающей накладки (например, оба элемента изготовлены из Ст. 45), а толщина кольца электроизол ционной прокладки равна 0,04-0,11 длины частотопонижающей накладки.

Толщина сло  порошковой эпоксидной краски на поверхности электроизол ционной прокладки, обращенной к датчику обратной акустической св зи лежит в пределах 35-50 мкм, а на поверхности , обращенной к частотопонижающей накладке 70-160 мкм.

Порошковое покрытие толщиной 35- 50 мкм обеспечивает прокладке высокую надежность как электроизол ционному элементу преобразовател , величина которой с ростом толщины сло  краски практически не увеличиваетс . Нанесение сло  краски на одну из поверхностей прокладки с толщиной более 70 микрон и обращение этой поверхности именно к частотопонижающей накладке приводит к увеличению амплитуды колебаний, рост которой прекращаетс  при толщине сло  краски на этой стороне прокладки в 155- 160 микрон. Исход  из этого, прин то нанесение слоев краски различной толщины и обращение более толстого из

5

них к частотопонижающей накладке. Оптимальные же толщины слоев порошковой эпоксидной краски, нанесенной на поверхность электроизолирующей прокладки, лежат в пределах 40- 50 и 120-150 микрон.

Преобразователь работает следующим образом.

Напр жение ультразвуковой частоты от ультразвукового генератора через провод 13 и токоведущую шину 5 подаетс  к пьезокерамическим кольцам 4, а через провод 15, токоведущую шину 10, металлические прокладки 11 и прижимную гайку 12 - к концентратору 1 ультразвуковой энергии. Вследствие этого пьезокерамические кольца 4, т.е. активный элемент преобразовател за счет обратного пьезоэффекта возбуждаютс  и начинают совершать механические колебани  с частотой основного механического резонанса, которые передаютс  концентратору 1 и через частотепонижающую накладку 6, электроизолирующую прокладку 7 и токоведущую шину 8 - пьезокерамичес- кому кольцу 9, т.е. датчику акустической обратной св зи. В результате этого за счет пр мого пьезоэффекта под действием механических колебаний в пьезокерамическом кольце 9 возникают электрические зар ды, имеющие противоположные знаки и измен ющуюс  во времени частоту механических колебаний , которые снимаютс  токове- дущей шиной 8 и по проводу 14 поступают в систему автоподстройки частоты ультразвукового генератора. При этом за счет того, что электроизол ционна  прокладка 7 выполнена из металла , т.е. из электропровод щего материала , и покрыта слоем порошковой эпоксидной краски,  вл ющейс  прекрасным электроизол ционным материалом в котором потери ультразвуковой энергии ничтожны, в сравнении с гетинак- сом (текстолитом, стеклотекстолитом и т.п. общеизвестными электроизол ционными материалами), и по своей величине близки к потер м ультразвуковой энергии в таких металлах как, например , сталь, титан, алюминий, переим

16325066

дача механических колебаний через нее осуществл етс  практически без потерь ультразвуковой энергии, что благопри тно сказываетс  на величине амплитуды ультразвуковых колебаний, снимаемых с излучающего торца концентратора 1 ультразвуковой энергии.

Порошковые эпоксидные покрыти , отвержденные при высоких температурах (180-230°С) всегда имеют лучшие свойства, нежели покрыти , полученные при более низких (120-150 С) температурах . Исход  из этого, порошковую эпоксидную краску следует отвер- ждать при температуре, превышающей 170°С. Этот предел полностью удовлетвор ет тем температурам, которые

рекомендуютс  (180-200°С) примен ть при отверждении порошковых эпоксидных красок.

5

0

5

0

5

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезокерамический элемент, частотопонижающую накладку, датчик обратной акустической св зи в виде пьезокерамического кольца, электроизол ционную прокладку, установленную между частотопонижающей накладкой и датчиком обратной акустической св зи, концентратор энергии, св занный торцом с рабочей поверхностью активного пьезокерамического элемента , о тличающий с  тем, что, с целью увеличени  амплитуды колебаний, электроизол ционна  прокладка выполнена из электропровод щего материала и покрыта слоем порошковой эпоксидной краски, а толщина равна 0,04-0,11 длины частотопонижающей накладки, причем импеданс кольца электроизол ционной прокладки равен импедансу частотопонижающей накладки , толщины сло  порошковой эпоксидной краски на поверхност х кольца электроизол ционной прокладки, обращенных к датчику обратной акустической св зи, и частотопонижающей накладке равны 35-50 мкм и 70-160 мкм соответственно.