CN112649057B - 一种超声波换能器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超声波换能器，涉及换能器技术领域，其技术方案包括壳体、换能器芯体以及尾管；所述壳体一端具有开口，另一端封闭，所述换能器芯体设在所述壳体内，所述换能器芯体的一端与所述壳体的封闭端贴紧并通过耦合剂耦合连接；所述尾管与所述换能器芯体的端部连接，且所述尾管与所述壳体可拆卸连接。本发明实施例适用于燃气表以对燃气流量进行计量。

Description

一种超声波换能器

技术领域

本发明涉及换能器技术领域。尤其是涉及一种超声波换能器。

背景技术

超声波流量计凭借其稳定性好、测量精度高、量程比宽、维修率低、压力损失小、安装方便等优点，正逐步取代传统的机械式流量计。超声波换能器作为超声波流量计的核心部件，其质量、性能等均影响着计量的准确性。

现有的换能器核心元件包括匹配层、压电陶瓷以及背衬，随着使用年限的增加换能器芯内部核心元件将出现老化、胶层脱落、性能降低等问题，这就需要对换能器进行更换。

传统的超声波换能器制备工艺是采用粘接的方式将换能器的外壳与换能器芯体制备为一体结构，在拆卸及更换换能器时需进行整体更换。而针对高流速、高压力管道坏境拆卸及更换换能器将耗费大量的人力物力，其步骤繁琐，耗时较长且具有较大的危险性，增加了气体超声流量计的维护及维修成本，同时对于客户端而言将会因此带来巨大的经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种方便更换的超声波换能器。

本发明实施例提供一种超声波换能器，包括壳体、换能器芯体以及尾管；

所述壳体一端具有开口，另一端封闭，所述换能器芯体设在所述壳体内，所述换能器芯体的一端与所述壳体的封闭端贴紧并通过耦合剂耦合连接；

所述尾管与所述换能器芯体的端部连接，且尾管与所述壳体可拆卸连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述壳体靠近所述开口的内壁上设有内螺纹，所述尾管的外壁上设有与所述内螺纹相对应的外螺纹，所述壳体与所述尾管通过所述内螺纹与所述外螺纹可拆卸连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述换能器芯体包括匹配层、压电元件以及吸声背衬；

所述压电元件呈柱形，所述匹配层设在所述压电元件的其中一端面上，所述吸声背衬设在所述压电元件的另一端面上；

所述尾管与所述吸声背衬连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，还包括正极导线和负极导线；所述正极导线和所述负极导线的一端分别与压电元件连接；

在所述吸声背衬上，沿吸声背衬的轴向开设有过线孔，所述正极导线与所述负极导线的另一端穿过所述过线孔并通过所述尾管的中心通孔穿出。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述过线孔开设有至少两个，至少两个所述过线孔沿所述吸声背衬的径向间隔分布。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，还包括连接组件；

所述连接组件设在所述尾管与所述吸声背衬之间；所述连接组件包括杆体以及弹性件；

其中，所述弹性件套设在所述杆体上，所述杆体的一端设有挡块，所述弹性件的一端抵接于所述挡块上，所述弹性件的另一端抵接于所述尾管的端面上；

所述杆体与所述挡块上分别设有中心通孔，且与所述尾管的中心通孔相连通，所述杆体上的挡块与所述吸声背衬连接，所述杆体远离所述挡块的一端与所述尾管连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述尾管的内壁设有内螺纹，所述杆体的外壁设有外螺纹，所述杆体与所述尾管螺纹连接；

其中，杆体和尾管之间的螺纹旋向与尾管和壳体之间的螺纹旋向相反。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述连接组件还包括连接盘，所述连接盘的一端与所述吸声背衬连接，另一端与所述杆体上的挡块连接；所述连接盘上设有中心通孔，与杆体的中心通孔、挡块的中心通孔以及尾管的中心通孔连通；

所述连接盘的中心位置上设有凸柱，所述凸柱的外壁设有外螺纹，所述挡块的中心通孔的孔壁上设有内螺纹，所述凸柱与所述挡块螺纹连接；

其中，所述凸柱与所述挡块之间的螺纹旋向与所述杆体和所述尾管之间的螺纹旋向相同。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述连接盘靠近所述吸声背衬的一端面上开设有过线槽。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述壳体的外壁上设有至少两个密封圈槽。

本发明实施例提供的一种超声波换能器，当超声波换能器损坏需要维修或者更换时，转动尾管，使尾管与壳体脱离，并向外拉动换能器芯体，使换能器芯体从壳体内脱出，该结构无需将壳体一同拆卸下来即可实现换能器芯体的更换，操作简单，降低了更换和维护的成本，同时保障了用户的经济利益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一实施例超声波换能器的结构示意图；

图2为本申请一实施例超声波换能器的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请一实施例提供的超声波换能器的结构示意图；图2为本申请一实施例提供的超声波换能器的剖视图，如图1和图2所示，本发明实施例可包括壳体1、换能器芯体以及尾管2；

壳体1的一端具有开口，另一端封闭，换能器芯体设在壳体1内，换能器芯体的一端与壳体的封闭端贴紧并通过耦合剂耦合连接；

尾管2与换能器芯体的端部连接，且尾管2与壳体1可拆卸连接。

换能器在正常使用时，换能器壳体的封闭端是伸入在燃气管道内的，在需要对换能器芯体进行拆卸或者更换时，将尾管2从壳体1上拆卸下来，使尾管2脱离壳体1，由于尾管2与换能器芯体相连接，因此，当尾管2与壳体1脱离时，换能器芯体能够从壳体1内脱出。

该结构无需将壳体1一同拆卸下来即可实现换能器芯体的更换，操作简单，降低了更换和维护的成本，同时保障了用户的经济利益。采用耦合剂的方式将壳体1与换能器芯体进行耦合，既保证了声波的传递又实现了将换能器芯体从壳体1内抽离并进行更换的操作，节省了时间并保障了用户的利益。

本实施例，壳体1可采用钛合金材料，其具有较好的防腐及耐压功能，可较好的应用于高压气体管道内，同时该外壳采用机加工工艺制备成钛合金一体结构保证了换能器的气密性。

在一实施例中，壳体1靠近开口端的内壁上设有内螺纹，尾管2的外壁上设有与内螺纹相对应的外螺纹，壳体1与尾管2通过内螺纹与外螺纹可拆卸连接。实际生产和使用时，壳体1与尾管2之间的连接方式不限于螺纹连接，本实施例在此不作具体限定。

在对换能器芯体进行安装时，只需转动尾管2，使尾管2上的外螺纹与壳体1的内螺纹配合，即实现换能器芯体的安装。

尾管2与壳体1采用螺纹配合的方式进行预紧力的控制，确保换能器芯体前端(即远离尾管2的一端)耦合剂用量一致，从而保证换能器的一致性。

在对换能器芯体进行拆卸时，只需反向转动尾管2，使尾管2与壳体1脱开，然后将换能器芯体向外抽出壳体1即可，操作方便。

尾管2的长度可根据表体大小及超声波换能器安装孔的尺寸进行长度变更，以便于将换能器芯体从壳体1内抽出。

换能器芯体包括匹配层31、压电元件32以及吸声背衬33。

匹配层31，又叫声学匹配层31，其为一种基于环氧树脂和空心玻璃微珠制成的复合材料圆形薄片，匹配层31能够较优的完成压电元件32与气体介质的声学匹配，实现高效率的超声传递。

压电元件32，为可以实现电能与机械能相互转换的圆形柱状压电陶瓷，主要用于发射和接收超声波。

吸声背衬33，为吸声结构，其作用是增加换能器振动系统的阻尼，加速消除换能器的余震，提高超声波换能器的灵敏度，通常采用高衰减、高吸声材料。

本实施例，压电元件32为呈圆柱形的压电陶瓷，其采用包边电极；匹配层31设在压电元件32的其中一端面上，吸声背衬33设在压电元件32的另一端面上；尾管2与吸声背衬33连接。

其中，匹配层31与吸声背衬33均可通过粘接的方式固定在压电元件32上，但不仅限于粘接的方式，本实施例在此不作具体限定。

由于匹配层31在使用过程中会产生脱落及损坏的现象，将壳体1设置为钛合金材质，能够避免高压环境下匹配层31变形、剥离等现象，提高了超声波换能器的使用寿命。

在一实施例中，还可包括正极导线4和负极导线5；正极导线4和负极导线5的一端分别与压电元件32连接；

在吸声背衬33上，沿吸声背衬33的轴向开设有过线孔331，正极导线4与负极导线5的另一端穿过过线孔331并通过尾管2的中心通孔穿出。

正极导线4和负极导线5用于电信号的传输。

在一些实施方式中，压电陶瓷可选用双面电极，或可选用包边电极，本实施例在此不作限定。

选用双面电极，正极导线4和负极导线5便分别从压电陶瓷的两个端面引出；采用包边电极，正极导线4和负极导线5便可均从压电陶瓷的背面(即压电元件32靠近吸声背衬33的一面)引出，节省了换能器壳体1的内部空间。

过线孔331开设有至少两个，至少两个过线孔331沿吸声背衬33的径向间隔分布。至少两个过线孔331包括供正极导线4穿过的第一过线孔331和供负极导线穿过的第二过线孔331。通过设置的至少两个过线孔331，更便于节省换能器内部空间且提升换能器信噪比。

在一些实施方式中，过线孔331还可开设在吸声背衬33的侧壁上，过线孔331贯穿吸声背衬33的两端面，这样，正极导线4和负极导线5即可从吸声背衬33的侧壁穿出。

在一实施例中，还可包括连接组件，连接组件采用金属材料，连接组件设在尾管与吸声背衬之间，连接组件包括杆体61以及弹性件62。

其中，弹性件62套设在杆体61上，杆体61的一端设有挡块611，用于对弹性件62的限位，弹性件62的一端抵接在挡块611上，另一端抵接在尾管的端面上。

杆体61与挡块611上分别设有中心通孔，且与尾管2的中心通孔相连通，正极导线4和负极导线5经杆体61与挡块611的中心通孔并从尾管2的中心通孔穿出。

杆体61上的挡块611与吸声背衬33连接，杆体61远离挡块611的一端与所尾管2连接。

为了便于尾管2与杆体61的安装与拆卸，尾管2的内壁设有内螺纹，杆体61的外壁设有外螺纹，杆体61与尾管2螺纹连接。

其中，杆体61和尾管2之间的螺纹旋向与尾管2和壳体1之间的螺纹旋向相反，以防止拆卸时尾管2与换能器芯体脱离。

本实施例，弹性件62可为弹簧，弹簧的外径小于尾管的外径，通过设置的弹簧，弹簧用于安装时紧固力的控制，在对换能器芯体进行安装时能够起到一定的缓冲作用，避免在定位时采用硬接触，导致压电陶瓷的碎裂。

在一实施例中，连接组件还包括连接盘63，连接盘63采用塑性绝缘材料。连接盘63的一端与吸声背衬33连接，另一端与杆体61上的挡块611连接。连接盘上设有中心通孔，连接盘上的中心通孔与杆体的中心通孔、挡块的中心通孔以及尾管的中心通孔连通。连接盘63与吸声背衬33之间可采用粘接的方式，但不仅限于粘接的方式，本实施例在此不作限定。

连接盘63的中心位置上设有凸柱631，凸柱631的外壁设有外螺纹，挡块611的中心通孔的孔壁上设有内螺纹，凸柱631与挡块611螺纹连接。

其中，所述凸柱631与所述挡块611之间的螺纹旋向与所述杆体61和所述尾管2之间的螺纹旋向相同。

通过设置的连接盘63，当换能器芯体需要进行更换时，杆体61被抽出后还能够循环利用，并不会损坏杆体61，只需更换连接盘63即可，节约成本，维修方便。

为了使连接盘63与吸声背衬33之间的粘接面更为平整，在连接盘63靠近吸声背衬33的一端面上开设有过线槽632。过线槽632用于放置从吸声背衬33中穿出的正极导线4和负极导线5。

在一实施例中，壳体1的外壁上设有至少两个密封圈槽11。在实际生产和使用时，可根据不同的燃气表表体的尺寸及大小灵活设计配合件以实现安装和使用，无需对换能器的壳体1尺寸进行修改及加工。

本发明实施例提供的超声波换能器，当换能器芯体出现故障时，可实现带压拆卸，同时在不拆卸壳体的基础上即能够将换能器芯体抽出进行更换，降低了维护成本，同时保障了用户的经济利益。

需要说明的是，在本文中，各个实施例之间描述的方案的侧重点不同，但是各个实施例又存在某种相互关联的关系，在理解本发明方案时，各个实施例之间可相互参照；另外，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超声波换能器，其特征在于：包括壳体、换能器芯体以及尾管；

所述壳体一端具有开口，另一端封闭，所述换能器芯体设在所述壳体内，所述换能器芯体的一端与所述壳体的封闭端贴紧并通过耦合剂耦合连接；

所述尾管与所述换能器芯体的端部连接，且所述尾管与所述壳体可拆卸连接;

所述换能器芯体包括匹配层、压电元件以及吸声背衬，所述尾管与所述吸声背衬连接，连接组件设在所述尾管与所述吸声背衬之间，所述连接组件包括杆体和连接盘，所述杆体的一端设有挡块，所述连接盘的一端与所述吸声背衬连接，另一端与所述杆体上的挡块螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于：所述壳体靠近所述开口的内壁上设有内螺纹，所述尾管的外壁上设有与所述内螺纹相对应的外螺纹，所述壳体与所述尾管通过所述内螺纹与所述外螺纹可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于：所述压电元件呈柱形，所述匹配层设在所述压电元件的其中一端面上，所述吸声背衬设在所述压电元件的另一端面上。

4.根据权利要求3所述的超声波换能器，其特征在于：还包括正极导线和负极导线；所述正极导线和所述负极导线的一端分别与压电元件连接；

在所述吸声背衬上，沿吸声背衬的轴向开设有过线孔，所述正极导线与所述负极导线的另一端穿过所述过线孔并通过所述尾管的中心通孔穿出。

5.根据权利要求4所述的超声波换能器，其特征在于：所述过线孔开设有至少两个，至少两个所述过线孔沿所述吸声背衬的径向间隔分布。

6.根据权利要求3所述的超声波换能器，其特征在于：所述连接组件还包括弹性件；

其中，所述弹性件套设在所述杆体上，所述弹性件的一端抵接于所述挡块上，所述弹性件的另一端抵接于所述尾管的端面上；

所述杆体与所述挡块上分别设有中心通孔，且与所述尾管的中心通孔相连通，所述杆体上的挡块与所述吸声背衬连接，所述杆体远离所述挡块的一端与所述尾管连接。

7.根据权利要求6所述的超声波换能器，其特征在于：所述尾管的内壁设有内螺纹，所述杆体的外壁设有外螺纹，所述杆体与所述尾管螺纹连接；

其中，杆体和尾管之间的螺纹旋向与尾管和壳体之间的螺纹旋向相反。

8.根据权利要求6所述的超声波换能器，其特征在于：所述连接盘上设有中心通孔，与杆体的中心通孔、挡块的中心通孔以及尾管的中心通孔连通；

所述连接盘的中心位置上设有凸柱，所述凸柱的外壁设有外螺纹，所述挡块的中心通孔的孔壁上设有内螺纹，所述凸柱与所述挡块螺纹连接；

其中，所述凸柱与所述挡块之间的螺纹旋向与所述杆体和所述尾管之间的螺纹旋向相同。

9.根据权利要求8 所述的超声波换能器，其特征在于：所述连接盘靠近所述吸声背衬的一端面上开设有过线槽。

10.根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于：所述壳体的外壁上设有至少两个密封圈槽。