【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无损检测领域，涉及一种实时监测螺栓式压电高温换能器及其制备方法。
技术介绍
1、压力容器、管道等承压类特种设备广泛用于石化、电力、冶金等国民经济支柱领域，大多在高温高压等严苛环境下工作。承压类特种设备因螺栓故障、松动导致的安全事故不胜枚举，因此对高温环境下的螺栓预紧力进行长期稳定的实时监测是十分迫切的。接触式的超声检测是工业无损检测的常用技术。随着时代的发展，工业上对超声检测的要求愈发苛刻。为了监测发电站和石化厂中关键部件和工艺参数的完整性，通常需要在高温环境中长期安装超声波换能器，以允许连续的在线监测。
2、2021年7月20日，授权号为cn213749751u的中国专利公开了一种高温换能器探头，包括第一结构件，所述第一结构件的下方设有第二结构件，且第一结构件与第二结构件之间活动连接有压电陶瓷片组，所述第二结构件的底端安装有变幅杆主体，所述压电陶瓷片组的两侧安装有铜片，所述第一结构件的外圈焊接有固定板，且固定板上开设有两个通孔，所述第二结构件的正面与背面壳壁上均开设有限位槽，且限位槽中活动连接有套筒。该专利通过各种结构的组合使得本装置在对导线的连接部位进行防护，取代传统的单一胶粘剂，从而不仅避免了连接部位的裸露，增强设备的安全性，且避免了连接部位由于外力原因而导致损坏，延长设备的使用寿命。
3、2022年11月1日，申请公布号为cn115266950a的中国专利公开了一种高温下高换能效率低水流冲击信号稳定的电磁超声换能器，包括中空筒体、玻璃板、线圈、永磁体、环形体、纵剖面呈l形的内底板和套
4、2023年5月16日，授权号为cn219024904u的中国专利公开了一种高温超声换能器，包括加固模块、液态波导模块和压电模块；其中加固模块设置于所述液态波导模块的一端，所述加固模块与高温流体接触；液态波导模块背离加固模块的一端与压电模块固定连接。该专利通过加固模块作为接触高温流体的探测前端，弥补了液态波导模块前壁结构薄弱，在持续高温环境下易于变形、破碎的缺点。该专利结构简单，性能稳定，能够很好地满足实际高温流体测速所需的高温超声换能器性能需求。
5、上述乃至目前专利中的换能器均可在高温环境下工作，然而存在以下问题：
6、1)工作温度较低。目前公开的专利大多采用有机物(如环氧树脂、机油等)耦合以及锡焊点，锡焊点的熔点尚且仅有200℃，更不必说有机耦合剂。而承压设备大多工作温度为350℃，传统换能器根本没法满足需求。
7、2)高温环境下工作时间短。由于承压等设备工作周期与服役时间相当久，部分承压设备服役时间甚至以年为单位，传统换能器仪表精密、结构脆弱，根本无法实现长期稳定监测，仅能用于瞬时测量。
8、3)针对性与适配性差。螺栓在设备中数以千计，被誉为“工业之母”。然而目前的换能器结构各异，螺栓的短期、常温测量尚且面临尺寸不匹配、安装不稳定等问题，更遑论长期稳定的高温实时监测。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种实时监测螺栓式压电高温换能器的制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种实时监测螺栓式压电高温换能器，包括上电极、下电极、压电晶片，银耦合层，螺栓。所述上电极通过第一焊点固定于压电晶片上方，所述压电晶片通过银耦合层固定于螺栓的安装端面，所述下电极通过第二焊点固定于螺栓的安装端面。
4、进一步地，所述的上电极和下电极，均为耐高温片状材料，整体镀银或金，优选地，整体镀银。所述的耐高温片状材料优选可伐合金。
5、进一步地，所述的第一焊点以及第二焊点，均为无压烧结的纳米银焊点。
6、进一步地，所述的压电晶片为耐高温压电晶片，优选36°旋转y方向切割的linbo3压电晶片。
7、进一步地，所述的压电晶片两面均镀银或金中的任意一种，优选镀银。
8、进一步地，所述的银耦合层厚度小于50微米，优选30微米。
9、进一步地，所述的螺栓的安装端面镀银或金中的任意一种，优选镀银。
10、进一步地，所述的银耦合层为smt(表面贴装技术，surface mounted technology)钢网印刷制备。
11、进一步地，所述的银耦合层由无压型纳米银膏烧结制备。
12、本专利技术中，一种实时监测螺栓式压电高温换能器的制备方法，包括如下步骤：
13、步骤1：将一定厚度的smt钢网置于螺栓的安装端面上方。
14、步骤2：挤压适量无压型纳米银膏于钢网孔内，并采用刮刀刮平。
15、步骤3：轻抬钢网以获得与smt钢网同厚的的膏状纳米银层银耦合层。
16、步骤4：将压电晶片表贴于银耦合层上方。
17、步骤5：在压电晶片上端面的第一焊点位置点胶无压型纳米银膏；在螺栓的安装端面的第二焊点位置点胶无压型纳米银膏。
18、步骤6：将上电极与下电极分别表贴于步骤5的第一焊点位置和第二焊点位置。
19、步骤7：将换能器整体放入烘箱中烧结，烧结温度350℃，烧结时间50分钟。
20、有益效果：
21、1、本专利技术采用耐高温压电晶片作为激发端，实现了高温环境下的超声波激发。采用整体镀银的耐高温片状材料作为电极，实现了高温环境下的数据稳定传输，提高了换能器高温环境的可靠性。
22、2、本专利技术将耐高温材料与无压纳米银烧结技术结合，通过纳米银耦合层以及纳米银焊点保障了换能器整体的粘接以及长期高温环境下的可靠性。实现了高温环境下长期稳定的连续实时监测。
23、3、本专利技术基于无压型纳米银膏，通过将smt钢网印刷与点胶工艺相结合，不依赖热压机等设备，实现了换能器一次烧结成型，大大缩短了换能器的制造周期，降低了制造时间成本与人工操作成本，显著提高了制造效率。
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1.一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，包括上电极(1)、下电极(3)、压电晶片(5)、银耦合层(6)和螺栓(7)；所述上电极(1)通过第一焊点(2)固定于压电晶片(5)上方，所述压电晶片(5)通过银耦合层(6)固定于螺栓(7)的安装端面，所述下电极(3)通过第二焊点(4)固定于螺栓(7)的安装端面。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述上电极(1)和下电极(3)均为耐高温片状材料，整体镀银或金中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的耐高温片状材料为可伐合金。
4.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的第一焊点(2)及第二焊点(4)均为无压烧结的纳米银焊点。
5.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的压电晶片(5)为耐高温压电晶片。
6.根据权利要求1或5所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的压电晶片(5)为36°旋转y方向切割的LiN
7.根据权利要求1或5所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的压电晶片(5)两面均镀银或金中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的银耦合层(6)，厚度小于50微米。
9.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的螺栓(7)安装端面镀银或金中的任意一种。
10.一种实时监测螺栓式压电高温换能器的制备方法，其特征在于，具有如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，包括上电极(1)、下电极(3)、压电晶片(5)、银耦合层(6)和螺栓(7)；所述上电极(1)通过第一焊点(2)固定于压电晶片(5)上方，所述压电晶片(5)通过银耦合层(6)固定于螺栓(7)的安装端面，所述下电极(3)通过第二焊点(4)固定于螺栓(7)的安装端面。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述上电极(1)和下电极(3)均为耐高温片状材料，整体镀银或金中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的耐高温片状材料为可伐合金。
4.根据权利要求1所述的一种实时监测螺栓式压电高温换能器，其特征在于，所述的第一焊点(2)及第二焊点(4)均为无压烧结的纳米银焊点。
【专利技术属性】
技术研发人员：范骏豪，顾益青，贾九红，李祥，杨冬旭，汪悦娥，关芝玉，黄思倩，刘绍飞，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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