CN107436166A - 一种超声流量计用换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声流量计用换能器，包括设有安装孔的壳体，依次安装于所述安装孔内的声学匹配层和压电元件，以及与壳体密封连接且一端抵压于压电元件的底座，所述压电元件和声学匹配层密封设于壳体和底座之间；所述底座包括柱体和与所述柱体一体成型的方形的安装板，所述安装板通过螺钉固定于超声流量计。本发明所述底座包括柱体和与所述柱体一体成型的方形的安装板，通过上述底座结构，将安装板通过螺钉固定于超声流量计，相比于现有的将底座与超声流量计直接采用螺纹连接，减小了底座的长度，进而缩小了换能器的占用空间，便于安装。声学匹配层和壳体构成的双匹配层结构提高了压电原件的转换效率，保证了较佳的声波透射系数。
Description
技术领域
本发明涉及换能器相关技术领域，尤其涉及一种超声流量计用换能器。
背景技术
超声流量计是通过检测流体流动对超声束或超声脉冲的作用以测量流量的仪表。超声流量计主要由安装在测量管道上的超声换能器(或由换能器和测量管组成的超声流量传感器)和转换器组成。
其中换能器是实现电能、机械能或声能从一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。换能器是超声流量计的重要组成之一，现有的换能器体积大，因而使用安装时占用空间较大，而占用空间小的换能器，其测量精度低，转换效率低，不能满足实际使用需求。因此，急需一种占用空间小且转换效率高的超声换能器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声流量换能器，用以解决现有换能器存在的占用空间大以及转换效率低上述问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种超声流量计用换能器，包括设有安装孔的壳体，依次安装于所述安装孔内的声学匹配层和压电元件，以及与壳体密封连接且一端抵压于压电元件的底座，所述压电元件和声学匹配层密封设于壳体和底座之间；所述底座包括柱体和与所述柱体一体成型的方形的安装板，所述安装板通过螺钉固定于超声流量计。
进一步的，所述安装板上对称设有连接孔，所述安装板通过螺钉贯穿连接孔固定于超声流量计。
进一步的，所述底座上贯穿设有密封孔，所述密封孔靠近压电元件的一端设有密封胶。
进一步的，所述密封孔为阶梯孔，所述阶梯孔靠近壳体一端的直径小于另一端的直径，所述密封胶设于所述阶梯孔的小径段靠近壳体的一端。
进一步的，所述柱体上设有外螺纹，所述安装孔内设有与外螺纹相适配的内螺纹。
进一步的，所述底座上设有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈。
进一步的，所述密封槽设于柱体上的外螺纹和压电元件之间。
进一步的，所述声学匹配层由玻璃、环氧树脂或陶瓷制成，所述声学匹配层的声阻抗率为0.1-0.8MRayl，所述壳体的声阻抗率为1-8MRayl；所述壳体由金属制成。
进一步的，所述压电元件靠近密封胶的一端连接有连接线，所述连接线密封胶并伸出密封孔。
进一步的，所述声学匹配层的厚度为2-8mm；所述壳体的外径为15-21mm。
本发明的有益效果：本发明所述底座包括柱体和与所述柱体一体成型的方形的安装板，通过上述底座结构，将安装板通过螺钉固定于超声流量计，相比于现有的将底座与超声流量计直接采用螺纹连接，减小了底座的长度，进而缩小了换能器的占用空间，便于安装。
附图说明
图1是本发明所述换能器的剖视图；
图2是本发明所述壳体的剖视图；
图3是本发明所述底座的结构示意图。
图中：
1、壳体；11、安装孔；2、声学匹配层；3、压电元件；4、底座；41、柱体；411、密封槽；42、安装板；421、连接孔；43、密封孔；5、密封胶；6、密封圈。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至3所示，本实施例提供了一种超声流量计用换能器，包括设有安装孔11的壳体1，依次安装于所述安装孔11内的声学匹配层2和压电元件3，以及与壳体1密封连接且一端抵压于压电元件3的底座4，所述压电元件3和声学匹配层2密封设于壳体1和底座4之间；所述底座4包括柱体41和与所述柱体41一体成型的方形的安装板42，所述安装板42通过螺钉固定于超声流量计。本实施例通过上述底座结构，将安装板通过螺钉固定于超声流量计，相比于现有的将底座与超声流量计直接采用螺纹连接，减小了底座的长度，进而缩小了换能器的占用空间，便于安装。
具体的，本实施例中，所述安装板42上对称设有连接孔421，本实施例所述的换能器通过连接孔421以及螺钉安装于超声流量计的外壳上。
本实施例所述的声学匹配层2的材质为玻璃、环氧树脂或陶瓷，压电元件3具有发射和接收的双向性，而且在实际使用中，超声流量计上设置两个相对分布的换能器，在实际工作时，其中一换能器的发生端将特征信号通过声学匹配层2和壳体1构成的双匹配层结构发射进流体中，直至与另一换能器的接收端接收特征信号，所述特征信号将依次从壳体1、声学匹配层2抵达压电元件3。本实施例所述声学匹配层2的声阻抗率为0.1-0.8MRayl之间，壳体1的声阻抗率为1-8MRayl之间，通过上述声学匹配层2和壳体1可以测量声阻抗率在1MRayl以下的流体。根据所述声学匹配层2的所需要的声阻抗率确定声学匹配层2的厚度，本实施例所述声学匹配层2的厚度为2-8mm；所述壳体1的外径也是根据所需要的声阻抗率确定，本实施例所述壳体1的外径为15-21mm。
单一匹配层的声阻抗匹配较为繁琐，而且需要采用复合材料设计，只有采用特征的声阻抗值才能够将特征信号发送和接收，此外满足上述条件的复合材料设计不容易获得。本实施例所述的声学匹配层2和壳体1构成的双匹配层结构提高了压电元件4的转换效率，保证了较佳的声波透射系数。
如图3所示，本实施例中，所述底座4上贯穿设有密封孔43，所述密封孔43靠近压电元件3的一端设有密封胶5。通过密封胶5保证了密封孔43与压电元件3之间接触部位之间的密封连接。
所述密封孔43为阶梯孔，所述阶梯孔靠近壳体1一端的直径小于另一端的直径，所述密封胶5设于所述阶梯孔的小径段靠近壳体1的一端。
所述柱体41上设有外螺纹，所述安装孔11内设有与外螺纹41相适配的内螺纹。所述底座4和壳体1通过柱体41上的外螺纹以及安装孔11内的内螺纹的匹配连接实现二者之间的连接。其中所述内螺纹和外螺纹均选用细牙螺纹，能够有效防止长时间使用后产生螺纹松动。为了保证底座4和壳体1之间的密封效果，所述安装孔11的壁面拥有较高的表面光洁度，具体达到3.2μm或者更高。本实施例所述安装孔11的壁面的表面光洁度为3.2μm。
为了满足实际使用需求，要求本实施例所述壳体1为金属外壳，且壳体1的壁厚以及安装孔11上的内螺纹能够满足在10MPa以下以及-40℃至+120℃的环境下使用。
如图2和图3所示，所述底座4上设有密封槽411，所述密封槽411设于柱体41上的外螺纹和压电元件3之间，将密封圈6安装在密封槽411内，实现了壳体1和底座4之间的密封连接。通过密封圈6和密封胶5将声学匹配层2和压电元件3密封设于底座4和壳体1之间。本实施例所述密封圈6为O型密封圈。
本实施例中，所述压电元件3靠近密封胶5的一端连接有连接线7，所述连接线7的另一端贯穿密封胶5并伸出密封孔43。所述压电元件3通过连接线7连接于超声流量计，实现二者之间的信号传输。
在制作本实施例所述的换能器时，首先将声学匹配层2和压电元件3依次放入壳体1的安装孔11内，而后将密封圈6安装在密封槽411内，再将安装好密封圈6的底座4通过内外螺纹的配合安装到壳体1上，再对底座4进行灌胶，具体将密封胶5灌装入密封孔43内，形成了胶封区，即完成了换能器的制作。制作完成的换能器通过螺钉贯穿连接孔421固定在超声流量计的外壳上。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声流量计用换能器，其特征在于，包括设有安装孔(11)的壳体(1)，依次安装于所述安装孔(11)内的声学匹配层(2)和压电元件(3)，以及与壳体(1)密封连接且一端抵压于压电元件(3)的底座(4)，所述压电元件(3)和声学匹配层(2)密封设于壳体(1)和底座(4)之间；所述底座(4)包括柱体(41)和与所述柱体(41)一体成型的方形的安装板(42)，所述安装板(42)通过螺钉固定于超声流量计。
2.根据权利要求1所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述安装板(42)上对称设有连接孔(421)，所述安装板(42)通过螺钉贯穿连接孔固定于超声流量计。
3.根据权利要求2所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述底座(4)上贯穿设有密封孔(43)，所述密封孔(43)靠近压电元件(3)的一端设有密封胶(5)。
4.根据权利要求3所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述密封孔(43)为阶梯孔，所述阶梯孔靠近壳体(1)一端的直径小于另一端的直径，所述密封胶(5)设于所述阶梯孔的小径段靠近壳体(1)的一端。
5.根据权利要求4所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述柱体(41)上设有外螺纹，所述安装孔(11)内设有与外螺纹相适配的内螺纹。
6.根据权利要求5所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述底座(4)上设有密封槽(411)，所述密封槽(411)内安装有密封圈(6)。
7.根据权利要求6所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述密封槽(411)设于柱体(41)上的外螺纹和压电元件(3)之间。
8.根据权利要求7所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述声学匹配层(2)由玻璃、环氧树脂或陶瓷制成，所述声学匹配层(2)的声阻抗率为0.1-0.8MRayl，所述壳体(1)的声阻抗率为1-8MRayl，所述壳体(1)由金属制成。
9.根据权利要求8所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述压电元件(3)靠近密封胶(5)的一端连接有连接线(7)，所述连接线(7)贯穿密封胶(5)并伸出密封孔(43)。
10.根据权利要求9所述的超声流量计用换能器，其特征在于，所述声学匹配层(2)的厚度为2-8mm，所述壳体(1)的外径为15-21mm。
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