1.本发明涉及超声装置技术领域,具体领域为一种超声波燃气表用气介超声波传感器。
背景技术:2.超声波燃气表是一种计量燃气用量的仪表工具,与传统的膜式燃气表相比,具有计量精度高、量程比大、体积小及使用寿命长的优点,超声波燃气表工作时,由一对超声波传感器交替收发声波,通过测试流道内超声波顺、逆流时间差计算流速,进而得到燃气流量值。超声波传感器是超声波燃气表收发声波的重要器件,其工作频率及收发灵敏度对燃气表的计量精度有重要影响;此外,超声波传感器体积小、工作在燃气环境内且需要在较宽温度范围内工作,因此其设计上需要兼顾结构尺寸、密封性以及定位等问题。
3.现有技术的气介超声波传感器具有结构简单、易于加工的特点,采用双匹配层结构可以提高接收灵敏度。但是从结构及设计上,应用于超声波燃气表中仍存在问题。
4.1、直筒式结构在流道中不易定位,存在定位精度差的问题,若依靠流道结构支撑传感器,则存在增加流道复杂度的问题。
5.2、采用双匹配层结构可以提升传感器的接收灵敏度,有利于后端电路计时系统的波形检测,但是双匹配层结构增加了传感器的制作难度,第一匹配层和第二匹配层之间由于存在密度上的明显差异,第二匹配层密度更低,多为多孔材料构成,所以在粘接过程中胶液容易渗透到第二匹配层内部,形成密度更大的过渡区,影响声匹配效果。
技术实现要素:6.针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种超声波燃气表用气介超声波传感器,通过采用合适材料及合适结构,使超声波传感器满足接收灵敏度高、便于流道中定位、具备良好密封性的特点及适合在较宽温度范围内工作的特点。
7.为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种超声波燃气表用气介超声波传感器,包括匹配层、压电陶瓷、外壳、减震体和电极引线,所述外壳为上下两端设置有开口的壳体,所述匹配层设置在外壳的上端开口处,所述压电陶瓷设置在壳体内且与匹配层对应配合,所述电极引线设置有两根,两根所述电极引线的一端分别连接在压电陶瓷上,另一端通过外壳的下端开口引出至外壳的外部,所述减震体设置在壳体外部及内部,且减震体填充外壳整个内部空腔。
8.优选的,所述压电陶瓷与匹配层连接的一侧表面呈横向与竖向分别开设有三个通槽,压电陶瓷与匹配层连接的一侧表面切割形成16个压电陶瓷小柱。
9.优选的,所述外壳为两端开口贯穿的壳体,所述压电陶瓷粘接于匹配层表面,且粘接压电陶瓷与匹配层的粘接剂为环氧导电胶黏剂。
10.优选的,所述匹配层由环氧玻璃微珠复合材料制成。
11.优选的,所述减震体为热塑性弹性体材料、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶或硅橡胶。
12.优选的,所述减震体包括减震套、填充物及封闭体,所述减震套套设在外壳外部,填充物填充外壳整个内部空腔,所述封闭体设置在外壳的底部开口处。
13.优选的,所述填充物为果冻胶。
14.优选的,所述封闭体包括底板及密封层,所述底板和密封层均设置在外壳的下端开口处,且密封层设置在底板的底部,密封层与外壳的下端开口密封设置,所述底板和密封层上均设置有用于电极引线引出的开孔。
15.优选的,所述外壳为内部设置有隔板的壳体,所述匹配层粘接于隔板的上表面,所述压电陶瓷粘接于隔板的下表面,所述减震体设置在壳体外部及填充壳体内部位于隔板下表面侧的空腔。
16.与现有技术相比,本发明的有益效果是:超声波燃气表具有计量精度高、量程比大的优势,其工作原理为:安装在流道内的一对超声波传感器交替收发声波,通过电路计算声波在流道内的上下游绝对飞行时间和差分飞行时间,来计算流道内的流速,进而计算流量。
17.因此,超声波传感器的结构及性能影响了整个超声波燃气表的精度,因此,应用于超声波燃气表中的气介超声波传感器应具有:1、工作频率高(有利于提升测试准确度);2、接收灵敏度高;3、传感器放置于流道中,具备良好密封性的特点;4、传感器定位准确度高;5、适合在宽温域范围内工作。
附图说明
18.图1为本发明的实施例一结构示意图;
19.图2为本发明的实施例二结构示意图;
20.图3为本发明的实施例三结构示意图。
21.图中:1、匹配层;2、压电陶瓷;3、外壳;4、减震体;5、电极引线;6、减震套;7、填充物;8、底板;9、密封层;10、隔板。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
23.本发明提供一种技术方案:一种超声波燃气表用气介超声波传感器,包括匹配层、压电陶瓷、外壳、减震体和电极引线,所述外壳为上下两端设置有开口的壳体,所述匹配层设置在外壳的上端开口处,所述压电陶瓷设置在壳体内且与匹配层对应配合,所述电极引线设置有两根,两根所述电极引线的一端分别连接在压电陶瓷上,另一端通过外壳的下端开口引出至外壳的外部,所述减震体设置在壳体外部及内部,且减震体填充外壳整个内部空腔。
24.所述压电陶瓷与匹配层连接的一侧表面呈横向与竖向分别开设有三个通槽,压电陶瓷与匹配层连接的一侧表面切割形成16个压电陶瓷小柱。
25.所述外壳为两端开口贯穿的壳体,所述压电陶瓷粘接于匹配层表面,且粘接压电陶瓷与匹配层的粘接剂为环氧导电胶黏剂。
26.所述匹配层由环氧玻璃微珠复合材料制成。
27.所述减震体为热塑性弹性体材料、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶或硅橡胶。
28.基于上述内容,如图1所示,为实施例一的结构示意图,采用单层匹配层,匹配层为环氧玻璃微珠复合材料,密度为550kg/m3,声速为2700m/s,声阻抗为1.48mrayl。
29.压电陶瓷采翻电极形式,采用1-3-2复合材料的设计理念,为拉开横向耦合振动频率和厚度振动频率,得到较为纯净的纵振模态,沿压电陶瓷x轴方向开三个槽,y方向开三个槽,将一整块压电陶瓷切割成十六个压电陶瓷小柱。
30.采用改性的导电环氧粘接剂,将压电陶瓷与匹配层粘接;或是在匹配层的下表面预先溅射一薄层银层,采用环氧树脂粘接剂,将压电陶瓷与匹配层粘接。
31.外壳采用不锈钢、黄铜材料或者是聚醚醚酮材料等强度较大的材料。
32.外壳内部有一圈凸起,将匹配层边沿与凸起部位用粘接剂进行粘接,匹配层辐射面露出。
33.外壳外围是减震体,减震体将外壳围住,一方面传感器振动时想流道传递振动,另一方面用以降低从流道结构中传递的振动对接收传感器造成干扰。
34.减震体可以采用氯丁橡胶、聚氨酯橡胶或硅橡胶等,也可以采用热塑性弹性体材料,可以灌注到外壳腔内和压电陶瓷等一体化成型,也可以预先做成相应形状安装到相应位置。可以减轻信号拖尾现象,降低余振。
35.如图2所示,为实施例二的结构示意图,且在实施例一的基础上对减震体进行改进,所述减震体包括减震套、填充物及封闭体,所述减震套套设在外壳外部,填充物填充外壳整个内部空腔,所述封闭体设置在外壳的底部开口处,所述填充物为果冻胶,所述封闭体包括底板及密封层,所述底板和密封层均设置在外壳的下端开口处,且密封层设置在底板的底部,密封层与外壳的下端开口密封设置,所述底板和密封层上均设置有用于电极引线引出的开孔。
36.外壳下部增加一个凸台,主要作用为定位、固定底板。
37.减震体主要放置在传感器外壳的外侧,防止发射端的超声波传感器振动传递沿着流道传递到接收端造成信号干扰,也防止接收端传感器收到非发射端传递来的信号。
38.压电陶瓷缝隙及外壳内部皆采用果冻胶(是一种常见凝胶状抑制振动的胶体形式)填充,降低传感器余振。
39.封闭体采用环氧纤维板或是聚砜板等硬质底板进行封闭,将封闭体与外壳下部凸台粘接,封闭体上开孔用以引出导线,并用热塑性弹性体灌封。
40.如图3所示,为实施例三的结构示意图,且在实施例一的基础上对外壳进行改进,所述外壳为内部设置有隔板的壳体,使得外壳的剖面呈h形设计,所述匹配层粘接于隔板的上表面,所述压电陶瓷粘接于隔板的下表面,所述减震体设置在壳体外部及填充壳体内部位于隔板下表面侧的空腔。
41.h型外壳上部用于粘接匹配层,下层用于粘接压电陶瓷,粘接剂为环氧树脂粘接剂等。
42.减震体可以采用氯丁橡胶、聚氨酯橡胶或硅橡胶等,也可以采用热塑性弹性体材料,可以灌注到外壳腔内和压电陶瓷等一体化成型,也可以预先做成相应形状安装到相应位置。可以减轻信号拖尾现象,降低余振。
43.通过本技术的技术方案,
44.1、将压电薄圆片材料改进为块状切缝压电陶瓷材料。将压电陶瓷横向振动与陶瓷小柱的纵向振动的频率分开,抑制横向振动,得到较为纯净的压电陶瓷小柱的纵向振动。提升了压电陶瓷的纵振效率。
45.2、采用帽式外壳设计,避免直筒状外壳设计。采用帽式结构便于在流道上定位传感器,降低流道上定位传感器的难度,有利于流道的密封,降低因传感器定位结构复杂而引起的流道漏气可能。
46.3、外壳外侧采用减震体降低流道噪声对传感器收发信号的干扰。
47.4、外壳内部采用一体化减震体或果冻凝胶,产生阻尼效果,抑制从压电陶瓷后侧产生的振动,降低传感器接收发信号的拖尾现象。
48.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。