[实用新型]一种防腐型超声波换能器

说明书

本实用新型公开了一种防腐型超声波换能器，具体地讲是涉及一种工业测距用超声波换能器，特别是涉及利用超声反射原理测量腐蚀性液体液位的超声波液位计所使用的超声波换能器。

现有背景技术中，公知的测距用超声波换能器，一般采用下列几种方式：

1.压电晶体直接辐射型：由平面形或酒杯形的压电晶片直接辐射超声波，其中平面形还需加喇叭口对超声波进行聚焦，使其具有较好的指向性，由于压电晶片与空气直接接触，所以在潮湿或含有腐蚀性气体的环境中不能应用。

2.金属封闭型：由封装在金属壳体内的压电晶片驱动金属制成的换能辐射板发射超声波，由于换能辐射板材质多为铜或不锈钢，在含有强腐蚀性酸雾气体环境中不能使用。

3.防腐封闭型：与金属封闭型结构相似，不同之处是换能辐射板上包覆有特种塑料或橡胶制成的防腐层。如用圆筒形压电晶体径向发射超声波，还需用一个尺寸较大的由耐腐蚀材料制成的漏斗状反射器对超声波进行聚焦，使其具有较好的指向性。

上述公知的1、2两种超声波换能器，因不耐腐蚀性气体的腐蚀，在测量酸碱液位时不能使用。目前已公开的各种防腐型换能器，由于辐射板外表包覆有声学性能差异很大的柔性防腐材料，在发射和接收超声波过程中，有相当部分能量被防腐层吸收或反射而损失掉。使得换能器的电／声转换效率、接收灵敏度大大下降，测试盲区较大，通常达0.5～1.2m。因此不得不使用较高的驱动电压和驱动功率，造成驱动电路的复杂化。由于防腐材料（特别是塑料）与金属换能辐射板的结合比较困难，而且防腐层的厚度对超声波的传输有很大影响，因此防腐式换能辐射板的制作工艺十分复杂。有时在单个换能器的功率难以提高的情况下，为了得到较大探测距离和较好的指向性，常常使用多个换能器排成阵列形式同时发射超声波，使得换能器自身体积庞大，制造成本增加，安装十分不便。

本实用新型的目的是提供一种新型的防腐型超声波换能器，该换能器直接利用耐腐蚀刚性材料与压电晶片制成一体作为换能辐射板，本换能器克服了现有公知的防腐型换能器上述各项之不足，具有很好的防腐性能，很高的灵敏度，极好的指向性，很小的盲区，构造和制作工艺也十分简单。

本换能器中，换能辐射板可以采用任意一种能够与压电晶片前电极牢固粘结，且对超声波具有良好传输性能，具有一定刚性的单一耐腐蚀材料如塑料、环氧树脂、陶瓷等，与压电晶片前电极制成一体，作为换能辐射板。具体成型工艺可根据辐射板选用的不同材质，采用浇注、压注或粘接等方式，将上述辐射板装配在换能器壳体前端，壳体后端装有密封后盖，构成本实用新型主体。上述换能辐射板结构，改变了现有防腐型换能辐射板——金属板外包覆耐腐蚀材料层结构形式，采用单一刚性耐腐蚀材料制作换能辐射板，不仅能够保持超声波的传输性能不变，更重要的是避免了已有技术中，超声波在金属板面与耐腐蚀层之间的反射损失，从而大大地提高了换能器的传输效率和灵敏程度，而且可以保证换能器具有很好的密封性能及耐腐蚀性能。

本实用新型采用的技术手段十分简单，但其效果是十分明显的。采用同样的压电晶片和测试条件，当被测试距离选定为3.0m时，标准橡胶防腐封装状态下测试结果与改用本实用新型方案封装测试结果对比，本换能器的测试灵敏度可提高十几倍。具体测试数据见下表：