超声换能器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声换能器，包括压电陶瓷片、背衬、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚醚酮高聚物层背衬紧贴在压电陶瓷片一侧，信号线穿过背衬连接压电陶瓷片，压电陶瓷片的另一侧紧贴聚醚醚酮高聚物层的一侧，聚醚醚酮高聚物层的另一侧紧贴聚甲基丙烯酸甲酯高聚物层，两段高聚物层的对称轴在同一直线上。本实用新型专利技术可以作为超声密度计的换能器，从而引入新的计算公式，并且可以很方便的进行温度补偿，可极大避免温度带来的影响，大大提高了超声测量密度的准确性和实用性。本实用新型专利技术可以用来测量流速，还可以用它组成质量流量计，大大降低体积流量计因环境温度变化时产生的误差。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于工业测量器械，特别是一种换能器。
技术介绍
现在市场上还没有成熟的应用超声的密度测量仪器产品，主要原因是应用现有的应用于密度测量的超声换能器性能不够令人满意。超声换能器就是产生和接受超声的仪器。现有的超声换能器的主要结构包括产生和接收超声用的压电陶瓷片和吸收测量中多余超声的背衬。这种超声换能器只能完成接收和发射超声的最基本功能，对应于这种结构的密度测量公式，要得到被测对象的密度，需要得到被测对象的其它性能参数较多；并且在结构上没有考虑环境因素对测量的影响，存在温度变化时，测量精度变化很大。现有的超声换能器已经限制了超声法测密度的准确性和实用性。
技术实现思路
为了克服现有技术存在测量密度的精度受温度影响大，测量时需要被测媒质参数多的不足，本技术提供一种超声换能器，通过添加高分子过渡层，减少测量所需的参数，降低温度对测量的影响，从而提高超声法测密度的实用性和准确性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括压电陶瓷片、背衬、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚醚酮(PEEK)高聚物层，背衬紧贴在压电陶瓷片一侧， 信号线穿过背衬连接压电陶瓷片，压电陶瓷片的另一侧紧贴PEEK高聚物层的一侧， PEEK高聚物层的另一侧紧贴PMMA高聚物层，两段高聚物层的对称轴在同一直线上。压电陶瓷片是超声换能器的核心部分，当外加交变电场时，它会发生震动，将电能转化为机械能，产生超声波。当接受到超声时，它会产生电流，将机械能转化为电能，接收超声波。应用时需保证其特征频率高于1.5Mhz。背衬是粘附在压电陶瓷片后面的吸收声波的材料，由声音阻抗大的材料组成，声音阻抗大于4.5MPa s/m为宜。它的作用是使压电陶瓷片在发射和接收超声过程中尽快稳定，减少影响测量的杂波。超声测量密度时直接测量的是声波的反射时间。通过引入PMMA和PEEK高聚物层，增加了反射界面的数目，获得的反射波也就多了。在推导测量公式时，就可以代入约分，简化最终的测量公式，减少需要获得的被测物的参数个数；并且，应用这两个高分子层后，可以增加温度补偿算法，降低温度对测量结果的影响，提高测量精度。PMMA高聚物层取直径大于40mm，长度为15到30mm的圆柱体为佳。PEEK高聚物 层取直径大于18mm，长度为25到35mm的圆柱体为佳。本技术工作时，把电信号加到信号线上，信号线穿过背衬，把电信号传递到 压电陶瓷片上，压电陶瓷片发射超声波，超声波传入PEEK，经过PEEK与PMMA界 面时一部分射入PMMA中， 一部分被反射回PEEK，反射波被压电陶瓷片接收。透射 到PMMA内部的超声波继续沿PMMA传播，超声波经过PMMA界面时，也是一部 分透射出去， 一部分反射回来，反射波穿过PEEK，被压电陶瓷片接收。压电陶瓷片在超声波的传播过程中得到两个反射回来的超声波信号，根据压电陶 瓷片接收到反射两个超声波的时间，可以列出两个关于被测液体的关系式，在实际测 量液体密度时，把这两个式子代入到密度的关系式中，减少了需要的被测液体的参数。因为超声波在PMMA和PEEK中传播的速度是受温度影响的，温度不同时，传播 速度不同。根据超声波在PEEK和PMMA中传播的时间，实时校正超声波在PMMA 和PEEK中的传播速度，减小了温度对测量精度的影响。本技术的有益效果是本技术可以作为超声密度计的换能器，从而引入 新的计算公式，并且可以很方便的进行温度补偿，可极大避免温度带来的影响，大大 提高了超声测量密度的准确性和实用性。本技术可以用来测量流速，还可以用它 组成质量流量计，大大降低体积流量计因环境温度变化时产生的误差。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的结构示意图中，l-信号线，2-背衬，3-压电陶瓷片，4-PEEK， 5-PMMA。图2是本技术的工作原理示意图。具体实施方式实例一本技术结构如图1所示，其中，PEEK直径18mm，长25mm，声阻 4.20 MPa s/m; PMMA直径40mm，长15mm，声阻3.19 MPa s/m，调整位置，保 证两段高聚物的对称轴在同一直线上，用少量的丙烯晴粘起来。压电陶瓷片型号为PZ —27 ，特征频率1.5Mhz，直径12mm，厚lmm。用丙烯晴将压电陶瓷片粘到PEEK上，让压电陶瓷片恰好在PEEK的中央。背衬声阻为20MPa s/m，采用钨粉与有机树脂的混合物，鸭粉占总质量的20%，背衬恰好盖住压电陶瓷片。从压电陶瓷片的两 端引出两个信号线，和在一起，穿过背衬中心引出来。实例二本技术结构如图l所示，其中，PEEK直径20mm，长30mm，声阻 4.20 MPa s/m; PMMA直径45mm，长25mm，声阻3.19 MPa s/m，调整位置，保 证两段高聚物的对称轴在同一直线上，用少量的丙烯晴粘起来。压电陶瓷片型号为PZ 一27 ，特征频率2.5Mhz，直径12mm，厚lmm。用丙烯晴将压电陶瓷片粘到PEEK 上，让压电陶瓷片恰好在PEEK的中央。背衬声阻为20MPa，s/m，采用钨粉与有机 树脂的混合物，钩粉占总质量的20%，背衬恰好盖住压电陶瓷片。从压电陶瓷片的两端引出两个信号线，和在一起，穿过背衬中心引出来。实例三本技术结构如图l所示，其中，PEEK直径25mm，长35mm，声阻 4.20 MPa s/m; PMMA直径50mm，长30mm，声阻3.19 MPa s/m，调整位置，保证两段高聚物的对称轴在同一直线上，用少量的丙烯晴粘起来。压电陶瓷片型号为PZ 一27 ，特征频率3Mhz，直径12mm，厚lmm。用丙烯晴将压电陶瓷片粘到PEEK上， 让压电陶瓷片恰好在PEEK的中央。背衬声阻为20MPa，s/m,采用钨粉与有机树脂 的混合物，钨粉占总质量的20%，背衬恰好盖住压电陶瓷片。从压电陶瓷片的两端引 出两个信号线，和在一起，穿过背衬中心引出来。通过对超声换能器的标定和测试，确定超声换能器在正常的工作条件下(使用温 度0 50℃，相对温度《85%)，测量范围达到0.1 3g/cm3，分辨力达到0.1 g/cm3，精度达到2%。权利要求1、超声换能器，包括压电陶瓷片、背衬、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚醚酮高聚物层，其特征在于背衬紧贴在压电陶瓷片一侧，信号线穿过背衬连接压电陶瓷片，压电陶瓷片的另一侧紧贴聚醚醚酮高聚物层的一侧，聚醚醚酮高聚物层的另一侧紧贴聚甲基丙烯酸甲酯高聚物层，两段高聚物层的对称轴在同一直线上。2、 根据利用权利要求1所述的超声换能器，其特征在于所述的压电陶瓷片特征频率高于1.5Mhz。3、 根据利用权利要求1所述的超声换能器，其特征在于所述的背衬声音阻抗大于4.5MPa s/m。4、 根据利用权利要求1所述的超声换能器，其特征在于所述的聚甲基丙烯酸甲酯高聚物层是直径大于40mm，长度为15到30mm的圆柱体；聚醚醚酮高聚 物层是直径大于18mm，长度为25到35mm的圆柱体。专利摘要本技术公开了一种超声换能器，包括压电陶瓷片、背衬、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚醚酮高聚物层背衬紧贴在压电陶瓷片一侧，信号线穿过背衬连接压电陶瓷片，压电陶瓷片的另一侧紧贴聚醚醚酮高聚物层的一侧，聚醚醚酮高聚物层的另一侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声换能器，包括压电陶瓷片、背衬、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚醚酮高聚物层，其特征在于：背衬紧贴在压电陶瓷片一侧，信号线穿过背衬连接压电陶瓷片，压电陶瓷片的另一侧紧贴聚醚醚酮高聚物层的一侧，聚醚醚酮高聚物层的另一侧紧贴聚甲基丙烯酸甲酯高聚物层，两段高聚物层的对称轴在同一直线上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅增祥，卜毅男，金若鹏，郑欣，刘尧，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]