本发明专利技术提供一种超声换能器，能极大地降低超声换能器上压电陶瓷盘表面的应力差，提高超声换能器的效率。其特征在于：该超声换能器包括前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘、后盖板、螺栓以及螺母，其中，在前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘、后盖板上分别设有通孔，螺栓依次穿过前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘、后盖板上的通孔与设置在后盖板一侧的螺母固定连接形成一个整体，压电陶瓷盘为多个，多个圆片电极将应力改善块以及多个压电陶瓷盘之间隔开，应力改善块在对应于前盖板的一侧环绕通孔设置有凹形槽，在前盖板上对应于应力改善块的凹形槽的位置处也设置有凹形槽。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型结构的超声波换能器，是一种在常压和高压强下能够保持稳定工作的大功率纵向振动压电超声换能器。
技术介绍
超声波换能器目前主要的用途有超声清洗、超声焊接、超声治疗、超声检测、超声化学等等。其中超声波清洗和超声波焊接以及超声化学对换能器功率要求较高，单个换能器振子需要有较大的功率容量。换能器大功率工作时必须考虑多个极限，如电极限、机械极限以及热极限等。换能器的电极限要求陶瓷片两端所施加的电压不能超过一定的值，防止陶瓷片因电压过高而快速退极化甚至被击穿。换能器的机械极限主要涉及换能器的机械材料和结构。换能器在振动过程中，有功元件的伸缩振动会给换能器的其它结构部件施加不同的应力，当应力较小时，金属结构产生弹性形变，弹性形变不会改变金属和换能器的特性；当施加的应力过大时，压电陶瓷和金属将会产生不可逆转的塑性形变，严重时甚至会发生碎裂。换能器内部各个部分在振动时所承受的应力大小是不一致的，这种不一致性直接降低了换能器的机械极限，使换能器在振动过程中更容易受损，在工程中表现为陶瓷片或金属块碎裂。为了提高这种机械极限使换能器能够发挥处更大的功率容量，需要提高应力分布的均勻性，减小应力集中的现象，提升换能器有效的功率容量和实际的工作效率。现有技术中，常用的纵振超声波换能器结构都采用中部螺栓的方法给压电陶瓷施加预应力，这种结构必然导致应力分布存在径向梯度，使陶瓷片内外受力不均勻，工作中容易产生陶瓷片内圈碎裂现象。
技术实现思路
本专利技术是针对现有超声换能器所存在的应力分布不均勻而导致的机械极限小的不足之处所提出的一种新的结构设计。这种设计提供了一种结构强度高、功率密度大、陶瓷表面应力分布均勻，适合于常压和高压强下液体超声处理的大功率纵向振动压电超声换能ο本专利技术采用的第一技术方案是通过如下方式完成的一种超声换能器，其特征在于，该超声换能器包括前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘、后盖板、螺栓以及螺母， 其中，在前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘、后盖板上分别设有通孔，螺栓依次穿过所述前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘、后盖板上的通孔与设置在后盖板一侧的螺母固定连接形成一个整体，所述压电陶瓷盘为多个，多个所述圆片电极将所述应力改善块以及多个所述压电陶瓷盘之间隔开，所述应力改善块在对应于前盖板的一侧环绕通孔设置有凹形槽，在前盖板上对应于应力改善块的凹形槽的位置处也设置有凹形槽。本专利技术采用的第二技术方案中，所述后盖板的截面为呈喇叭型的圆台结构，所述螺母设置在所述后盖板的喇叭型圆台结构的大端侧，且在所述大端侧环绕后盖板的通孔设置有凹形槽。本专利技术采用的第三技术方案中，所述应力改善块的厚度在5mm以上。本专利技术采用的第四技术方案中，所述圆片电极和所述压电陶瓷盘的通孔的内径大于螺栓的外径。本专利技术采用的第五技术方案中，所述螺母为圆柱形，其一端对称设置有用于拆卸的槽，所述螺母的直径小于所述后端盖的圆台结构的大端侧的直径，且所述螺母的直径大于后盖板的凹形槽的直径。本专利技术采用的第六技术方案中，所述圆片电极的材料为铜，其具有用于连接外部电源的接头。本专利技术采用的第七技术方案中，所述前盖板的凹形槽的直径与所述应力改善块的凹形槽的直径相同。本专利技术采用的第八技术方案中，所述压电陶瓷盘和所述圆片电极都为四个。本专利技术采用的第九技术方案中，所述前盖板和应力改善块的材料相同，后盖板的圆台结构的小端外径与前盖板、应力改善块、圆片电极、压电陶瓷盘的外径大致相当。与现有的超声换能器相比，本专利技术具有以下特点(1)由于前盖板与电极片或压电陶瓷盘之间设置应力改善块，克服在常用的超声换能器由于采用的是中部螺栓施加预应力的方法不可避免的会产生应力分布不均勻的现象。(2)在后盖板上也设置凹形槽，极大地降低了超声换能器后段处的压电陶瓷盘的表面应力分布的应力差。(3)换能器效率高，在相同的激励电压下端面可以获得更大的振幅。(4)超声换能器结构简单、紧凑，应用范围广。附图说明图1为现有技术的压电超声换能器的装配结构示意图。图2为本专利技术的压电超声换能器的装配结构示意图。图3为本专利技术的压电超声换能器的装配结构的爆炸示意图。图4 (a)为本专利技术超声换能器的剖视图，(b)为本专利技术超声换能器的主视图。图5为前盖板的结构示意图。图6为应力改善块的结构示意图。图7为后盖板的结构示意图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做出进一步的具体说明。参照附图2 4，一种超声换能器，其特征在于，该超声换能器包括前盖板1、应力改善块2、圆片电极3、压电陶瓷盘4、后盖板5、螺栓6以及螺母7，其中，在前盖板1、应力改善块2、圆片电极3、压电陶瓷盘4、后盖板5上分别设有通孔，螺栓6依次穿过前盖板1、应力改善块2、圆片电极3、压电陶瓷盘4、后盖板5上的通孔与设置在后盖板5 —侧的螺母7 固定连接形成一个整体，压电陶瓷盘4为多个，多个圆片电极3将应力改善块2以及多个压电陶瓷盘4之间隔开，应力改善块2在对应于前盖板1的一侧环绕通孔设置有凹形槽2-1，在前盖板1上对应于应力改善块2的凹形槽2-1的位置处也设置有凹形槽1-1。由于前盖板与电极片或压电陶瓷盘之间设置应力改善块，克服在常用的超声换能器由于采用的是中部螺栓施加预应力的方法不可避免的会产生应力分布不均勻的现象 (靠近螺栓的部分应力大，远离螺栓的部分应力小)。应力改善块将中部螺栓所产生的应力部分转移到陶瓷外侧，从而使内外应力趋于均勻。应力改善块2应具有一定的厚度，优选为厚度在5mm以上。前盖板1的凹形槽1-1的直径与应力改善块2的凹形槽2_1的直径大致相同。圆片电极能够为压电陶瓷盘3施加电源，促使其产生振动，圆片电极具有与外部电源连接的接头，圆片电极为导电性能优良的材料，优选为铜。压电陶瓷盘4和圆片电极3 为多个，优选为四个。圆片电极和压电陶瓷盘的内部中心都具有通孔，圆片电极3和压电陶瓷盘4的通孔的内径大于螺栓6的外径。图5为前盖板的示意图，前盖板1呈圆柱状，在其中心部设置有一通孔1-2，通孔1-2贯穿前盖板1，通孔1-2内部设置有螺纹和倒角，用于与螺栓6配合，在安装时，螺栓6 的一端通过螺纹固定在前盖板1上。在前盖板1上设置有凹形槽1-1，凹形槽1-1与应力改善块2上的凹形槽2-1相对应。优选为上述对应的凹形槽的直径大致相同。凹形槽的直径不应该太小，否则应力均勻性改善有限。图6为应力改善块的示意图，应力改善块2呈圆柱状，在其中心部设置有一通孔2-2，通孔2-2贯穿应力改善块2，在安装时，螺杆6贯通应力改善块2。应力改善块2在对应于前盖板1的一侧环绕通孔2-2设置有凹形槽2-1。图7为后端盖的示意图，所述后盖板5的截面为呈喇叭型的圆台结构，螺母7设置在所述后盖板5的喇叭型圆台结构的大端侧，且在所述大端侧环绕后盖板5的通孔5-2设置有凹形槽5-1。螺母7为圆柱形，其一端对称设置有用于拆卸的槽7-1，螺母7的直径小于后端盖5的圆台结构的大端侧的直径，且螺母7的直径大于后盖板5的凹形槽5-1的直径。图2 图7中的后盖板5的圆台结构的小端外径与前盖板1、应力改善块2、圆片电极3、压电陶瓷盘4的外径大致相当，以便于安装设计方便。由于上述超声换能器的结构极大的降低了压电陶瓷盘表面的应力分布，陶瓷表面的应力差能够控制在1.2倍以内，远小于普通的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫宏，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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