专利名称：一种防腐型超声波换能器的制作方法
技术领域：
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
由上表测试结果对比可以看出，上述特殊结构设计其使用效果是令人满意的，因此可以说，本实用新型的完成又为工业液位测量提供了一种新型的测距用超声波换能器。
以下结合附图
，介绍本实用新型具体实施例。
附图中，换能器的圆筒形或长方形壳体1，其材质可以为任一种耐腐蚀的物质，如塑料、陶瓷等。超声波平面辐射板2，同时也是支撑前电极3、压电晶片4和后电极5的节点，与前电极粘结制成一体。平面辐射板其材质可以为任一种能够与前电极牢固粘结的刚性耐腐蚀的物质，如塑料、陶瓷、环氧树脂。硬橡胶制成的反射阻尼板6，粘附在后电极5上面。材质与平面辐射板相类似的隔板8，将换能器壳体内分隔为两个独立的密封空腔，浇注厚度为10～20mm。在反射阻尼板6与隔板8中间及隔板与后盖10中间填满了吸声材料7，如海绵。上述技术措施有利于提高换能器的转换效率和灵敏度。前置放大器9，固定在由环氧树脂构成的隔板8上。用于将换能器输出的回波信号放大到足够强度后再送至指示仪表，这种做法在换能器距离指示仪表较远时是十分必要的。塑料后盖10，在外引线接好后应进行良好的密封，防止腐蚀性气体进入换能器内部。预先置入辐射板2内的温度传感元件11，将环境温度转换为相应的电流信号，供指示仪表进行温度补偿，提高测量精度。
在附图中可以看到，整个换能器外壳及换能辐射板皆由耐酸碱腐蚀的材质构成，塑料壳体1内壁与平面辐射板2接触部位都进行了粗糙化处理，以增加与平面辐射板的粘合强度。全封闭的结构使之具有良好的防腐性能。可在恶劣的工作环境中长期正常应用。由于前电极3是在平面辐射板2成形时放入其中的，与平面辐射板结合十分紧密可靠，提高了转换效率。平面辐射板的最适宜厚度可在8.5～33.0mm之间，反射阻尼板6与外壳内壁保持一定间隙，该间隙可为0.1～1.5mm，可用柔性轻橡胶充填，也可不充填。
本实用新型结构简单，造价低，测试效果非常好，因此亦可在其它非腐蚀性应用领域中推广使用。本实用新型中采用环氧树脂做辐射板面时，其材料需要进行改性处理，可向环氧树脂中加入增塑剂和充填剂，以降低辐射板面的脆性，增加其硬度。
权利要求1.一种全封闭的超声波换能器，由密封在壳体[1]内的压电晶片[4]、换能辐射板[2]、反射阻尼板[6]及密封后盖[10]构成，其特征在于所说的压电晶片[4]的前电极[3]与具有一定刚性的单一耐腐蚀材料，采用浇注、压注或粘结方式制成一体，构成换能辐射板。
2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于压电晶片［4］的后电极［5］上粘附有与壳体［1］内壁保持一定间隙的反射阻尼板［6］。
3.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于所说壳体［1］内反射阻尼板［6］与后盖［10］之间设有隔板［8］，将壳体［1］分隔成两个独立的密封空腔。
4.根据权利要求3所述的超声波换能器，其特征在于所说的独立密封空腔内分别填充有吸声材料。
5.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于所说的辐射板［2］内预先置入温度传感元件［11］。
专利摘要一种用于工业测量腐蚀性液体液位的超声波换能器，其结构采用全封闭方式，由密封在塑料壳体内的压电晶片和具有一定刚性的单一耐腐蚀材料如塑料、环氧树脂、陶瓷等制成一体，构成换能辐射板。本实用新型采用简单的结构方式，取得了很高的转换效率、很小的盲区和很好的指向性，与现有的各种公知防腐型换能器比较，可提高检测灵敏度十几倍以上，是一种适用于反射测距法测量液位的超声波换能器。
文档编号G01F23/28GK2165427SQ93228410
公开日1994年5月18日 申请日期1993年5月31日 优先权日1993年5月31日
发明者董志伟 申请人:大连渤海电子工程公司