一种压电式纵向发射的大功率超声波换能器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压电式纵向发射的大功率超声波换能器,属于功率超声领域。
【背景技术】
[0002]压电超声波换能器由于压电陶瓷的压电效应，当给压电超声波换能器施加与该换能器的共振频率相等的交变电压时，压电超声波换能器将所按施加交变电压的频率产生机械振动，当超声波换能器产生的超声振动作用于某些介质时可产生空化效应、剪切效应、活化效应、热效应等，利用超声波的产生的各种效应能够实现清洗、焊接、破碎、防垢、除垢等目的。工业或民用换热设备及管道利用超声波进行防垢、除垢，既能节约能源消耗，提高生产效率，降低生产成本，又不污染环境。
[0003]目前用于换热设备及管道防垢、除垢的超声波换能器主要有两种，一种是磁致伸缩式的超声波换能器，单个换能器的功率在100W左右；这种超声波换能器的缺点一是功率太小，二是机电转换效率低，只有30%，在较大的换热设备或管道上需要安装数量较多的换能器才能达到防垢、除垢的效果。另一种是压电式超声波换能器，外形大多数设计成柱状，纵向末端单面发射超声波，单个换能器的功率在1500W左右，机电转换效率在85%左右，相对于磁致伸缩式超声波换能器而言这种压电式超声波换能器的优势显而易见，但在实际运用中发现这种压电式超声波换能器存在以下缺陷:
一、80%的超声能量集中在纵向末端单面发射，发射面小，超声能量过于集中在末端的发射端面上，导致换能器的发射端面磨损过快，当磨损到一定程度时换能器就无法正常使用。
[0004]二、换能器上的压电陶瓷元件在工作时产生的热量，会导致换能器整体温度升高，当温度超过换能器的正常工作温度范围时，可能导致换能器损坏，需要设置专门的散热装置。
[0005]三、为了加大振幅和功率，在压电陶瓷元件与超声波发射端面之间设置了多级变幅，每级变幅都会产生能量损耗，导致换能器的整体能量转换效率降低。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术中换热设备及管道防垢、除垢的超声波换能器所存在的缺陷，本发明提供一种压电式纵向发射的大功率超声波换能器，能够纵向两面发射超声波，力口大了超声波发射端面的面积，压电陶瓷元件通过盖板直接连接到超声波发射板，略去了压电陶瓷元件与超声波发射端面之间设置的多级变幅，提高了换能器的整体能量转换效率，安装简单使用方便。
[0007]本发明的技术方案是:包括两块发射板；两发射板之间设有一组或一组以上压电陶瓷堆；各压电陶瓷堆包括两盖板、设置于两盖板之间的多个电极片、设置于相邻两电极片之间的压电陶瓷环；所述压电陶瓷堆经贯穿盖板、电极片、压电陶瓷环的螺杆压装于两发射板之间。
[0008]所述两发射板之间并列设有两组或两组以上压电陶瓷堆。
[0009]所述压电陶瓷堆经橡胶硫化密封。
[0010]所述压电陶瓷堆经密封筒密封；密封筒两端装于两盖板；密封筒与盖板连接处设有O型密封圈；电极片上连接的电极弓I出导线从密封筒上引出。
[0011]所述电极片材质为铜或铜合金。
[0012]所述的发射板、盖板均采用金属材料制成。
[0013]所述金属材料为钛、钛合金、铝、铝合金、钢、不锈钢、铁或铁合金。
[0014]所述盖板、电极片、压电陶瓷环上设有用于螺杆穿过的中心孔；发射板上对应设有用于螺杆穿过以将压电陶瓷堆压装于两发射板之间的的装配孔。
[0015]所述发射板的装配孔处设有用于容纳螺帽的凹槽。
[0016]本发明的优点在于:
一、超声波发射面积大，超声辐射范围更广，同时能够有效延长换能器的使用寿命。
[0017]二、超声功率大，单个换能器功率> 3000W。
[0018]三、无需设置专门的散热装置，直接整体投入液体介质中使用，充分利用液体介质将换能器工作时产生的热量带走。尤其适合在需要强超声处理的液体介质中使用。
[0019]四、能量转换效率高，压电陶瓷堆直接连接超声波发射板，略去了压电陶瓷元件与超声波发射端面之间设置的多级变幅，提高了换能器的整体能量转换效率。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例一的分解结构示意图。
[0021]图2为本发明实施例一的剖面结构示意图。
[0022]图3为本发明实施例一的振幅和应力分布示意图。
[0023]图4为本发明压电陶瓷堆的剖面结构示意图。
[0024]图5为本发明压电陶瓷堆采用橡胶硫化密封后的外形示意图。
[0025]图6为本发明压电陶瓷堆采用密封筒密封的剖面结构示意图。
[0026]图7为本发明实施例二的剖面结构示意图。
[0027]图中，1、发射板，2、盖板，3、压电陶瓷环，4、电极片，5、螺杆，6、螺帽，7、电极引出导线，8、密封筒，9、O型密封圈，10、橡胶层，101、压电陶瓷堆，102、振幅分布曲线，103、应力分布曲线。
【具体实施方式】
[0028]实施例一:
图1、图2中，超声波换能器沿纵向超声波发射的方向设置有两块发射板1，两块发射板I之间设置有一组压电陶瓷堆101。压电陶瓷堆101由四片压电陶瓷环3和五片电极片4经盖板2和螺杆5压紧连接组成。压电陶瓷环3和电极片4中心设置有圆孔，螺杆6依次穿过电极片4和压电陶瓷环3的中心圆孔两端由盖板2压紧固定。电极片4设置于压电陶瓷环3的两个端面上，在电极片4上连接有电极引出导线。压电陶瓷堆101两端的螺杆分别穿过两块发射板I上的圆孔，由螺帽6将其紧固。发射板I上圆孔处设有用于容纳螺帽6的凹槽。发射板I和盖板3和采用金属材料制成。
[0029]图3中，通过振幅分布曲线102可看出换能器两端的发射板I发射端面处为振幅最大。103为应力分布曲线。
[0030]图4中，螺杆5穿过多个电极片4、多个压电陶瓷环3、两个用于将压电陶瓷环3与电极片4压紧的盖板2将其连接在一起组成一个压电陶瓷堆101。
[0031]图5中，压电陶瓷堆101采用橡胶硫化密封的方式将压电陶瓷环3和电极片4密封于其中，以防止换能器投入液体介质中使用时导致短路及腐蚀损坏。电极片4上连接的电极引出导线7从橡胶层10上引出。
[0032]图6中，压电陶瓷堆101采用采用密封筒8加O型密封圈9密封的方式将压电陶瓷环3和电极片4密封于其中，以防止换能器投入液体介质中使用时导致短路及腐蚀损坏。电极片4上连接的电极引出导线7从密封筒8上引出。
[0033]实施例二:
图7中，超声波换能器由两块发射板I和两组压电陶瓷堆101组成，每组压电陶瓷堆101由四片压电陶瓷环3和五片电极片4经盖板2和螺杆5压紧连接组成，压电陶瓷环3和电极片4中心设置有圆孔，螺杆6依次穿过电极片4和压电陶瓷环3的中心圆孔两端由盖板2压紧固定。电极片4设置于压电陶瓷环3的两个端面上。压电陶瓷堆101两端的螺杆分别穿过两块发射板I上的圆孔，由螺帽6将其紧固与压电陶瓷堆101连接在一起组成一个超声波换能器。
[0034]本实施例中的发射板I之间设置有两组压电陶瓷堆101，加大了发射板I发射端面的面积，从而增加了换能器的整体功率。
[0035]除上述实施例之外，本发明还可以在两块发射板I设置两组以上的压电陶瓷堆，例如:三组、四组、五组或更多，以增加换能器的整体功率。
【主权项】
1.一种压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:包括两块发射板(I);两发射板(I)之间设有一组或一组以上压电陶瓷堆(101);各压电陶瓷堆(101)包括两盖板(2)、设置于两盖板(2)之间的多个电极片(4)、设置于相邻两电极片(4)之间的压电陶瓷环(3);所述压电陶瓷堆(101)经贯穿盖板(2)、电极片(4)、压电陶瓷环(3)的螺杆(5)压装于两发射板(I)之间。2.根据权利要求1所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述两发射板(I)之间并列设有两组或两组以上压电陶瓷堆(101 )。3.根据权利要求1所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述压电陶瓷堆(101)经橡胶硫化密封。4.根据权利要求1所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述压电陶瓷堆(101)经密封筒(8)密封；密封筒(8)两端装于两盖板(2);密封筒(8)与盖板(2)连接处设有O型密封圈；电极片(4)上连接的电极引出导线(7)从密封筒(8)上引出。5.根据权利要求1所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述电极片(4)材质为铜或铜合金。6.根据权利要求1所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述的发射板(I)、盖板(3 )均采用金属材料制成。7.根据权利要求6所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述金属材料为钛、钛合金、铝、铝合金、钢、不锈钢、铁或铁合金。8.根据权利要求1所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述盖板(2)、电极片(4)、压电陶瓷环(3)上设有用于螺杆(5)穿过的中心孔；发射板(I)上对应设有用于螺杆(5)穿过以将压电陶瓷堆(101)压装于两发射板(I)之间的的装配孔。9.根据权利要求8所述的压电式纵向发射的大功率超声波换能器，其特征在于:所述发射板(I)的装配孔处设有用于容纳螺帽(6)的凹槽。
【专利摘要】一种压电式纵向发射的大功率超声波换能器，包括两块发射板；两发射板之间设有一组或一组以上压电陶瓷堆；各压电陶瓷堆包括两盖板、设置于两盖板之间的多个电极片、设置于相邻两电极片之间的压电陶瓷环；所述压电陶瓷堆经贯穿盖板、电极片、压电陶瓷环的螺杆压装于两发射板之间。本发明能够纵向两面较大功率发射超声波，可直接投入液体介质中使用，能量转换效率高，安装简单使用方便。本发明尤其适合在需要强超声处理的液体介质中使用。
【IPC分类】B06B1/06
【公开号】CN105080820
【申请号】CN201410726625
【发明人】杨奇
【申请人】湖北瑜晖超声科技有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年12月4日