[发明专利]一种耐高温液体超声换能器

说明书

本发明涉及一种耐高温液体超声换能器，包括位于保护套管内部的超声换能器本体，换能器本体包括通过压紧螺栓连接的承接轴和换能器外壳；换能器外壳内部设有同轴布置的绝缘块、正电极块、压电陶瓷片和负电极片，正电极块的直径不小于绝缘块，负电极片的直径不小于压电陶瓷片，正电极块端面边缘连接正极引线，负电极片端面边缘连接负极引线。将换能器本体置于延缓温升的保护套管内部，配合负电极片与压电陶瓷片、正电极块与绝缘块之间的直径差异，一方面便于换能器引线焊接，避免因焊接不当破坏换能器内部零部件的平整接触，另一方面避免引线紧贴换能器外壳带来额外的温升。

技术领域

本发明涉及流量监测仪表领域，具体为一种耐高温液体超声换能器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

超声换能器是超声波流量计的核心组件，通过压电陶瓷片的压电效应对机械能和电能进行相互转化，实现超声波信号的发送和接收。

针对超声波流量计适用的液体超声换能器，普遍为压电陶瓷片加匹配层，再用环氧树脂灌封，能够应用于工作温度低于150℃的常温超声波流量计和超声热量表，温度过高会导致环氧树脂融化，且温度超过压电陶瓷的居里点温度后，压电陶瓷的压电效应失效；而化工、火电等行业存在温度大于200℃的工作环境，在这一温度下，现有的液体超声换能器内的环氧树脂以及外壳已经有融化迹象，无法使用。

而如果单方面改换压电陶瓷的材质使其能够承受高温环境，其内部的结构并不支持其承受高温环境，外壳内的引线等部件缺乏结构的支撑仍然会受到高温的影响。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种耐高温液体超声换能器，改换为居里温度达500℃的压电陶瓷片，同时将换能器本体置于延缓温升的保护套管内部，配合负电极片与压电陶瓷片、正电极块与绝缘块之间的直径差异，一方面便于换能器引线焊接，避免因焊接不当破坏换能器内部零部件的平整接触，另一方面避免引线紧贴换能器外壳带来额外的温升。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种耐高温液体超声换能器，包括位于保护套管内部的超声换能器本体，换能器本体包括通过压紧螺栓连接的承接轴和换能器外壳；换能器外壳内部设有同轴布置的绝缘块、正电极块、压电陶瓷片和负电极片，正电极块的直径不小于绝缘块，负电极片的直径不小于压电陶瓷片，正电极块端面边缘连接正极引线，负电极片端面边缘连接负极引线。

正极引线和负极引线分别穿过换能器外壳的穿线孔，与保护套管外部的陶瓷端子连接。

正电极块和压电陶瓷片之间依次设有同轴线布置的次背衬块和主背衬块。

压紧螺栓一端通过外螺纹连接到承接轴的螺纹孔，另一端位于换能器外壳内部。

正电极块端面边缘连接的正极引线穿过换能器外壳的穿线孔，与保护套管外部的陶瓷端子连接。

负电极片端面边缘连接的负极引线穿过换能器外壳的穿线孔，与保护套管外部的陶瓷端子连接。

正电极块和负电极片向压电陶瓷片传输电压，激励压电陶瓷片沿着轴线向两边发射超声波。

主背衬块和次背衬块位于正电极块和压电陶瓷片之间。一方面传输由正电极块传输来的正电压；另一方面构成背衬层，吸收损耗压电陶瓷片振动时朝向正极面方向传输的超声波，因此主背衬块和次背衬块的厚度需按照声学要求进行设计。

负电极片远离压电陶瓷片的一侧设有匹配块，处于声学传播路径上，实现声阻抗匹配，降低阻抗差异过大导致的透射率下降风险，匹配块材料的选择及厚度根据声匹配原理进行设计。