专利名称：一种超声波传感器外套管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测距用超声波传感器结构，属于超声波物位测量传感器及其配套的部件。
技术背景超声波物位计是利用声波反射原理来测量各种容器内的液体液位或固体料位的仪表。一般由超声波传感器及电子单元构成，超声波传感器与电子单元可以设计成一体式或分体式的组成方式。超声波传感器在电子单元的控制下向被测容器内的液面或料面发射超声波并接收反射回波。
通常先进的超声波物位计电子单元采用自动功率控制的方法来发射超声波，即随着被测物位的由近到远，发射的超声波能量逐渐增大，这是因为距离越远，越需要更大能量发出，才能保证回波被反射回来，为电子单元检测到，而近距离的时候，可以使发出的超声波能量小一些，电子单元也可以检测到，但对于被测液面和料面来讲，它们并不总是平整的，所以即使距离近的时候，发出的超声波也必须要有一定的强度。对于反射回波电子单元采用自动增益控制的方法进行识别，即随着被测物位的由近到远，对回波信号的放大倍数逐渐增大，距离越近，反射回波越强，所需要的放大倍数就小，同时对近距离的虚假回波的放大倍数也小，使虚假回波不易被检出。
当被测容器为密闭容器时，超声波物位计通常安装在容器的法兰口上，如附图1所示。这种安装方式通常要求法兰盘与容器之间的接管要很短，保证超声波传感器前端部分要从接管内伸出来，其原因是如果超声波传感器整体位于接管内时，传感器发射出的超声波波束会与接管之间产生较强的反射，出现虚假信号，接管越长、越细，虚假信号越强，即使采用自动功率控制和自动增益控制，由于虚假信号过强，也能被电子单元检出，从而干扰正常信号的检测，使物位计不能正常工作。
超声波传感器通常是圆柱形，内部为压电换能器，由圆柱形塑料外壳封装起来，压电换能器透过传感器壳体前端向外发射超声波，并接收反射回波，产生电信号。由于传感器外壳前端及侧面为一体结构，因此当传感器工作时，其侧面也会有相对微弱的超声波向外发出。当超声波传感器整体位于容器接管内时，如果传感器侧面发出的微弱超声波被接管内壁反射回来，且其行程大于传感器余振存在时间，那么这个反射信号就会被检测出来，成为干扰信号。同时，传感器前端向外发出的超声波波束具有一定的扩散角，如果传感器整体位于容器接管内时，超声波波束会与接管内侧面及接管圆形边缘发生作用，产生较强的反射回波，为传感器所接收，进而被电子单元检测到，成为干扰信号。
通常情况是，密闭容器上的法兰接管的长度一般都大于超声波传感器的长度。要想满足超声波物位计的安装要求，就必须对容器上的接管进行改造，而这种改造通常是很困难的，很多情况下是不允许对容器进行改造的。
实用新型内容本实用新型就是要解决已有技术中超声波物位计在容器接管较长时侧面及接管圆形边缘反射回来干扰波的问题，提出了一种超声波传感器外套管，采用这种外套管能够使超声波物位计满足在容器上的接管较长时的使用要求，会大大减小超声波束与接管之间的反射量，使得这种反射量可以减弱到不能成为干扰信号的程度。
本实用新型超声波传感器的外套管，其特征是外套管中段内侧为与超声波传感器外侧面平行间隔的形状，套在超声波传感器的外侧，外套管中段内侧面与超声波传感器外侧面相互平行并且留有间隔，外套管超出超声波传感器发射面的前段呈喇叭状，在外套管的后半部分设有与超声波传感器连接的接口。
如图2所示，外套管2套在超声波传感器1的外侧，外套管中段内侧面与超声波传感器外侧面相互平行并且留有间隔，其相对间隔最好不大于1.5毫米，若间隔较大，应在间隔内加入吸声、隔声材料，如海绵、发泡塑料薄膜。
外套管最前端高出超声波传感器发射面，外套管的前段(即从超声波传感器发射面开始向前的这一部分)的管内径逐渐变大，为喇叭口形，内侧面可为斜平面或圆弧面。外套管的前段这一部分的长度最好大于10毫米，外套管前段喇叭口内侧面上从最高点到最低点的最短连线与传感器发射面的夹角最好在105度至125度之间，也就是说其内侧面上从最高点到最低点的最短连线与传感器发射面的相对锐角最好在55度至75度之间。外套管的中后部通过螺纹或粘接等方式与传感器的外壳相固定。
当外套管中段内侧面与超声波传感器外侧面的间隔较小时，超声波传感器外侧面发出的微弱超声波会在这个小的间隔内多次反射绝大部分能量被快速衰减掉，且这绝大部分反射能量存在的时间小于传感器发出超声波后的余振时间，之后剩下的反射能量由于非常微弱就不会成为干扰信号。当外套管中段内侧面与超声波传感器外侧面的间隔较大时，由于间隔内加入吸声、隔声材料，超声波传感器外侧面发出的微弱超声波也不会成为干扰信号。
由于外套管的前段内侧为喇叭口形，能够使超声波传感器向前发出的超声波波束角度变窄，声波能量会尽可能向垂直于发射面的方向传播，当这种具有外套管结构的超声波传感器安装于容器接管内时，会大大减小超声波束与接管之间的反射量，使得这种反射量可以减弱到不能被电子单元检测到的程度，不能成为干扰信号。
具有上述外套管结构的超声波物位计能够满足在容器上的接管较长时的使用要求，在超声波发射能量和回波放大倍数相同的条件下，可以使由接管产生的反射量减小到不加外套管时的10％以下，不能被电子单元检测到。同时这种外套管结构简单，制作容易，安装方便。其结构与超声波传感器结合紧凑，整个带有外套管的超声波传感器外形及尺寸变化较小，无须改变容器上的安装条件，利于安装。
图1为现有的超声波物位计在密闭容器上的安装方式。
图2为本实用新型的外套管与超声波传感器的组合图。
图3为本实用新型具体实施例外套管与超声波传感器的组合图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的一个非限定性的优选实施例。
如图3所示，超声波传感器为圆柱形，由压电换能器3和封装压电换能器的传感器壳体4构成，压电换能器由压电晶体及前后电极构成，压电换能器3外径为38毫米，厚30毫米，传感器壳体4的前端外径为52毫米，壳体4长度为100毫米。在壳体4的外侧为外套管5，外套管5为圆柱形，其外径为58毫米，长度为100毫米。外套管5中段内侧面与壳体4外侧面相互平行并且留有间隔，其相对间隔为1毫米。外套管5后部采用螺纹方式与壳体4连接固定。外套管5前部从壳体4前端面开始向前的这一部分的高度为18毫米，且其管内径逐渐变大，内径尺寸从48毫米增至最顶端的58毫米，外套管5前段的内侧面为斜平面。为保持美观，提高结构紧凑性，同时又不减弱传感器发射和接收超声波的能力，外套管前段呈喇叭状与中段柱形之间有一个收口，收口横面与超声波传感器发射面外环边缘相接配合，二者之间可加橡胶或塑料垫圈隔离。壳体4与外套管5的材质均为塑料，如聚氯乙烯、聚丙烯等。超声波传感器内部空间由吸声材料海绵7填充。超声波传感器壳体4的外侧面后部为安装螺纹6，用于对整个超声波传感器的安装固定，安装螺纹6的上面的螺纹用于固定外套管5。
权利要求1.一种超声波传感器外套管，其特征是外套管中段内侧为与超声波传感器外侧面平行间隔的形状，套在超声波传感器的外侧，外套管中段内侧面与超声波传感器外侧面相互平行并且留有间隔，外套管超出超声波传感器发射面的前段呈喇叭状，在外套管的后半部分设有与超声波传感器连接的接口。
2.如权利要求1所说的超声波传感器外套管，其特征是外套管呈喇叭状的前段与中段之间有一个收口，超出超声波传感器发射面的外套管前段从超声波传感器发射面开始向前的这一部分的管内径逐渐变大，内侧面为斜平面或圆弧面。
3.如权利要求1所说的超声波传感器外套管，其特征是外套管前段喇叭口内侧面上从最高点到最低点的最短连线与传感器发射面的夹角在105度至125度之间。
专利摘要一种超声波传感器的外套管，外套管中段内侧为与超声波传感器外侧面平行间隔的形状，套在超声波传感器的外侧，外套管中段内侧面与超声波传感器外侧面相互平行并且留有间隔，外套管超出超声波传感器发射面的前段呈喇叭状，在外套管的后半部分设有与超声波传感器连接的接口。具有上述外套管结构的超声波物位计能够满足在容器上的接管较长时的使用要求。同时这种外套管结构简单，制作容易，安装方便。
文档编号G01F23/296GK2869805SQ20062000639
公开日2007年2月14日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者董志伟 申请人:董志伟