[發明專利]一種超聲傳感器壓電陶瓷晶片的耐壓抗凍結構及方法

在審

• 申請號: 201710556499.8
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107402050A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 張力新
• 申請（專利權）人: 匯中儀表股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66;G01F15/10;G01K17/00
• 代理公司: 唐山順誠專利事務所(普通合伙)13106
• 代理人: 于文順,喻期彪

技術領域

本發明涉及一種超聲傳感器壓電陶瓷晶片的耐壓抗凍結構及方法，特別是利用超聲檢測技術，計量管道內液體流量或熱量的轉換器專用測量傳感器，適用于小管徑內液體流量、熱量的計量，屬于聲學、傳感器技術領域。

背景技術

目前，現有管道用超聲流量、熱量計及超聲水表的超聲波換能器（也稱為傳感器），主要由傳感器外殼、晶片保護套和壓電陶瓷晶片組成（也有將傳感器外殼和晶片保護套合為一體，超聲波傳感器直接由傳感器外殼和壓電陶瓷晶片組成）。其中壓電陶瓷晶片用于發射和接收超聲波；晶片保護套用于保護壓電陶瓷片在使用過程中不被劃傷、磕傷；傳感器外殼是整個超聲波傳感器的結構載體，用于和管段或其它部件連接。上述超聲波傳感器在實際使用中存在如下問題：在管道內高壓（或管道內有負壓情況）或者管道內介質結冰狀況下，由于晶片保護套或傳感器外殼與壓電陶瓷晶片的變形系數不同，晶片保護套或傳感器外殼與壓電陶瓷晶片接觸的部位發生變形（翹起），使得壓電陶瓷晶片破碎或造成壓電陶瓷晶片和傳感器外殼之間形成間隙，從而造成超聲波傳感器損壞或發射（接收）信號強度性能明顯下降，影響儀表正常測量。

發明內容

本發明目的是提供一種超聲傳感器壓電陶瓷晶片的耐壓抗凍結構及方法，確保在管道內介質高壓情況或管道內介質有冷凍結冰現象發生時，超聲波傳感器的壓電陶瓷晶片不會因此受到損壞而影響儀表正常測量，解決背景技術中存在的問題。

本發明的技術方案是：

一種超聲傳感器壓電陶瓷晶片的耐壓抗凍結構，包含傳感器外殼和壓電陶瓷晶片，壓電陶瓷晶片設置在傳感器外殼內；其特別之處在于：傳感器外殼上設有減壓結構，所述減壓結構，位于傳感器外殼與壓電陶瓷晶片接觸的部位及其周圍，傳感器外殼與減壓結構形成一個整體結構。

所述減壓結構，改變傳感器外殼與壓電陶瓷晶片接觸部位周圍的平整形態，釋放傳感器外殼的變形應力，減小傳感器外殼與壓電陶瓷晶片接觸部位的變形，保護壓電陶瓷晶片不被損壞。

所述減壓結構，數量是一個及以上，可以設置在傳感器外殼內表面，也可以設置在傳感器外殼外表面，或者在傳感器外殼內表面和外表面均設有減壓結構。

所述壓電陶瓷晶片粘貼在傳感器外殼的內表面；也可以采用卡環或螺紋固定在傳感器外殼內表面。

所述減壓結構，有多種結構形態，包含：

1、凸臺減壓結構：在傳感器外殼與壓電陶瓷晶片接觸部位周圍設置階梯狀凸臺，階梯狀凸臺的外徑大于或等于壓電陶瓷晶片外徑。階梯狀凸臺可以設置在傳感器外殼內表面，也可以設置在傳感器外殼外表面。

所述凸臺減壓結構，其形狀可以是圓形，也可以是矩形、橢圓形等其他形狀，但其截面輪廓要覆蓋壓電陶瓷晶片截面。

2、環狀減壓結構：在傳感器外殼與壓電陶瓷晶片接觸部位周圍設置環狀溝槽，環狀溝槽的內徑大于或等于壓電陶瓷晶片外徑。環狀溝槽可以設置在傳感器外殼內表面，也可以設置在傳感器外殼外表面。

所述環狀溝槽，截面是任意的，包括矩形、半圓形、三角形、梯形等形狀；可以設置一條環狀溝槽，也可以設置多條環狀溝槽。

所述環狀溝槽可以是環繞整個傳感器外殼連續分布，也可以是斷續分布在傳感器外殼上。

所述傳感器外殼，可以是金屬棒料加工而成，也可以采用鑄造、鍛造等方式加工而成，還可以采用注塑形式成形。

所述減壓結構既可以與傳感器外殼做成一體，整體為一體結構；也可以為分體結構，分別單獨制作減壓結構和傳感器外殼，然后用焊接、鉚接、螺紋連接等方式將減壓結構和傳感器外殼固定在一起。

由于在傳感器外殼上設置了減壓結構，有效地緩沖了因高壓或冰凍對壓電陶瓷晶片的應力影響，在超聲波傳感器受到高壓或冰凍時，傳感器外殼在減壓結構處發生形變吸收外界應力，減少壓電陶瓷晶片與傳感器外殼接觸部位的變形，保證了壓電陶瓷晶片和傳感器外殼之間始終牢固結合，使超聲波傳感器不會受到高壓和冰凍的影響，始終可以穩定工作，確保了儀表的穩定測量。

一種超聲傳感器壓電陶瓷晶片的耐壓抗凍結構，包含晶片保護套、傳感器外殼和壓電陶瓷晶片，壓電陶瓷晶片設置在晶片保護套內，晶片保護套固定在傳感器外殼上；其特別之處在于：晶片保護套上設有減壓結構，所述減壓結構，位于晶片保護套與壓電陶瓷晶片接觸的部位及其周圍，晶片保護套與減壓結構形成一個整體結構。

所述減壓結構，改變晶片保護套與壓電陶瓷晶片接觸部位周圍的平整形態，釋放傳感器外殼的變形應力，減小晶片保護套與壓電陶瓷晶片接觸部位的變形，保護壓電陶瓷晶片被損壞。