一種壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，屬于功率超聲領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電超聲波換能器由于壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，當給壓電超聲波換能器施加與該換能器的共振頻率相等的交變電壓時，壓電超聲波換能器將所按施加交變電壓的頻率產(chǎn)生機械振動，當超聲波換能器產(chǎn)生的超聲振動作用于某些介質(zhì)時可產(chǎn)生空化效應(yīng)、剪切效應(yīng)、活化效應(yīng)、熱效應(yīng)等，利用超聲波的產(chǎn)生的各種效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)清洗、焊接、破碎、防垢、除垢等目的。工業(yè)或民用換熱設(shè)備及管道利用超聲波進行防垢、除垢，既能節(jié)約能源消耗，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，又不污染環(huán)境。
[0003]目前用于換熱設(shè)備及管道防垢、除垢的超聲波換能器主要有兩種，一種是磁致伸縮式的超聲波換能器，單個換能器的功率在100W左右；這種超聲波換能器的缺點一是功率太小，二是機電轉(zhuǎn)換效率低，只有30%，在較大的換熱設(shè)備或管道上需要安裝數(shù)量較多的換能器才能達到防垢、除垢的效果。另一種是壓電式超聲波換能器，外形大多數(shù)設(shè)計成柱狀，縱向末端單面發(fā)射超聲波，單個換能器的功率在1500W左右，機電轉(zhuǎn)換效率在85%左右，相對于磁致伸縮式超聲波換能器而言這種壓電式超聲波換能器的優(yōu)勢顯而易見，但在實際運用中發(fā)現(xiàn)這種壓電式超聲波換能器存在以下缺陷:
[0004]一、80%的超聲能量集中在縱向末端單面發(fā)射，發(fā)射面小，超聲能量過于集中在末端的發(fā)射端面上，導(dǎo)致?lián)Q能器的發(fā)射端面磨損過快，當磨損到一定程度時換能器就無法正常使用。
[0005]二、換能器上的壓電陶瓷元件在工作時產(chǎn)生的熱量，會導(dǎo)致?lián)Q能器整體溫度升高，當溫度超過換能器的正常工作溫度范圍時，可能導(dǎo)致?lián)Q能器損壞，需要設(shè)置專門的散熱裝置。
[0006]三、為了加大振幅和功率，在壓電陶瓷元件與超聲波發(fā)射端面之間設(shè)置了多級變幅，每級變幅都會產(chǎn)生能量損耗，導(dǎo)致?lián)Q能器的整體能量轉(zhuǎn)換效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中換熱設(shè)備及管道防垢、除垢的超聲波換能器所存在的缺陷，本實用新型提供一種壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，能夠縱向兩面發(fā)射超聲波，加大了超聲波發(fā)射端面的面積，壓電陶瓷元件通過蓋板直接連接到超聲波發(fā)射板，略去了壓電陶瓷元件與超聲波發(fā)射端面之間設(shè)置的多級變幅，提高了換能器的整體能量轉(zhuǎn)換效率，安裝簡單使用方便。
[0008]本實用新型的技術(shù)方案是:包括兩塊發(fā)射板；兩發(fā)射板之間設(shè)有一組或一組以上壓電陶瓷堆；各壓電陶瓷堆包括兩蓋板、設(shè)置于兩蓋板之間的多個電極片、設(shè)置于相鄰兩電極片之間的壓電陶瓷環(huán)；所述壓電陶瓷堆經(jīng)貫穿蓋板、電極片、壓電陶瓷環(huán)的螺桿壓裝于兩發(fā)射板之間。
[0009]所述兩發(fā)射板之間并列設(shè)有兩組或兩組以上壓電陶瓷堆。
[0010]所述壓電陶瓷堆經(jīng)橡膠硫化密封。
[0011]所述壓電陶瓷堆經(jīng)密封筒密封；密封筒兩端裝于兩蓋板；密封筒與蓋板連接處設(shè)有O型密封圈；電極片上連接的電極引出導(dǎo)線從密封筒上引出。
[0012]所述電極片材質(zhì)為銅或銅合金。
[0013]所述的發(fā)射板、蓋板均采用金屬材料制成。
[0014]所述金屬材料為鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、鐵或鐵合金。
[0015]所述蓋板、電極片、壓電陶瓷環(huán)上設(shè)有用于螺桿穿過的中心孔；發(fā)射板上對應(yīng)設(shè)有用于螺桿穿過以將壓電陶瓷堆壓裝于兩發(fā)射板之間的的裝配孔。
[0016]所述發(fā)射板的裝配孔處設(shè)有用于容納螺帽的凹槽。
[0017]本實用新型的優(yōu)點在于:
[0018]一、超聲波發(fā)射面積大，超聲輻射范圍更廣，同時能夠有效延長換能器的使用壽命O
[0019]二、超聲功率大，單個換能器功率多3000W。
[0020]三、無需設(shè)置專門的散熱裝置，直接整體投入液體介質(zhì)中使用，充分利用液體介質(zhì)將換能器工作時產(chǎn)生的熱量帶走。尤其適合在需要強超聲處理的液體介質(zhì)中使用。
[0021]四、能量轉(zhuǎn)換效率高，壓電陶瓷堆直接連接超聲波發(fā)射板，略去了壓電陶瓷元件與超聲波發(fā)射端面之間設(shè)置的多級變幅，提高了換能器的整體能量轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型實施例一的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本實用新型實施例一的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本實用新型實施例一的振幅和應(yīng)力分布示意圖。
[0025]圖4為本實用新型壓電陶瓷堆的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5為本實用新型壓電陶瓷堆采用橡膠硫化密封后的外形示意圖。
[0027]圖6為本實用新型壓電陶瓷堆采用密封筒密封的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7為本實用新型實施例二的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中，1、發(fā)射板，2、蓋板，3、壓電陶瓷環(huán)，4、電極片，5、螺桿，6、螺帽，7、電極引出導(dǎo)線，8、密封筒，9、O型密封圈，10、橡膠層，101、壓電陶瓷堆，102、振幅分布曲線，103、應(yīng)力分布曲線。
【具體實施方式】
[0030]實施例一:
[0031]圖1、圖2中，超聲波換能器沿縱向超聲波發(fā)射的方向設(shè)置有兩塊發(fā)射板1，兩塊發(fā)射板I之間設(shè)置有一組壓電陶瓷堆101。壓電陶瓷堆101由四片壓電陶瓷環(huán)3和五片電極片4經(jīng)蓋板2和螺桿5壓緊連接組成。壓電陶瓷環(huán)3和電極片4中心設(shè)置有圓孔，螺桿6依次穿過電極片4和壓電陶瓷環(huán)3的中心圓孔兩端由蓋板2壓緊固定。電極片4設(shè)置于壓電陶瓷環(huán)3的兩個端面上，在電極片4上連接有電極引出導(dǎo)線。壓電陶瓷堆101兩端的螺桿分別穿過兩塊發(fā)射板I上的圓孔，由螺帽6將其緊固。發(fā)射板I上圓孔處設(shè)有用于容納螺帽6的凹槽。發(fā)射板I和蓋板3和采用金屬材料制成。
[0032]圖3中，通過振幅分布曲線102可看出換能器兩端的發(fā)射板I發(fā)射端面處為振幅最大。103為應(yīng)力分布曲線。
[0033]圖4中，螺桿5穿過多個電極片4、多個壓電陶瓷環(huán)3、兩個用于將壓電陶瓷環(huán)3與電極片4壓緊的蓋板2將其連接在一起組成一個壓電陶瓷堆101。
[0034]圖5中，壓電陶瓷堆101采用橡膠硫化密封的方式將壓電陶瓷環(huán)3和電極片4密封于其中，以防止換能器投入液體介質(zhì)中使用時導(dǎo)致短路及腐蝕損壞。電極片4上連接的電極引出導(dǎo)線7從橡膠層10上引出。
[0035]圖6中，壓電陶瓷堆101采用采用密封筒8加O型密封圈9密封的方式將壓電陶瓷環(huán)3和電極片4密封于其中，以防止換能器投入液體介質(zhì)中使用時導(dǎo)致短路及腐蝕損壞。電極片4上連接的電極引出導(dǎo)線7從密封筒8上引出。
[0036]實施例二:
[0037]圖7中，超聲波換能器由兩塊發(fā)射板I和兩組壓電陶瓷堆101組成，每組壓電陶瓷堆101由四片壓電陶瓷環(huán)3和五片電極片4經(jīng)蓋板2和螺桿5壓緊連接組成，壓電陶瓷環(huán)3和電極片4中心設(shè)置有圓孔，螺桿6依次穿過電極片4和壓電陶瓷環(huán)3的中心圓孔兩端由蓋板2壓緊固定。電極片4設(shè)置于壓電陶瓷環(huán)3的兩個端面上。壓電陶瓷堆101兩端的螺桿分別穿過兩塊發(fā)射板I上的圓孔，由螺帽6將其緊固與壓電陶瓷堆101連接在一起組成一個超聲波換能器。
[0038]本實施例中的發(fā)射板I之間設(shè)置有兩組壓電陶瓷堆101，加大了發(fā)射板I發(fā)射端面的面積，從而增加了換能器的整體功率。
[0039]除上述實施例之外，本實用新型還可以在兩塊發(fā)射板I設(shè)置兩組以上的壓電陶瓷堆，例如:三組、四組、五組或更多，以增加換能器的整體功率。
【主權(quán)項】
1.一種壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:包括兩塊發(fā)射板(I);兩發(fā)射板(I)之間設(shè)有一組或一組以上壓電陶瓷堆(101);各壓電陶瓷堆(101)包括兩蓋板(2)、設(shè)置于兩蓋板(2)之間的多個電極片(4)、設(shè)置于相鄰兩電極片(4)之間的壓電陶瓷環(huán)(3);所述壓電陶瓷堆(101)經(jīng)貫穿蓋板(2)、電極片(4)、壓電陶瓷環(huán)(3)的螺桿(5)壓裝于兩發(fā)射板(I)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述兩發(fā)射板(I)之間并列設(shè)有兩組或兩組以上壓電陶瓷堆(101)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述壓電陶瓷堆(101)經(jīng)橡膠硫化密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述壓電陶瓷堆(101)經(jīng)密封筒(8)密封；密封筒(8)兩端裝于兩蓋板(2);密封筒(8)與蓋板(2)連接處設(shè)有O型密封圈；電極片(4)上連接的電極引出導(dǎo)線(7)從密封筒(8)上引出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述電極片(4)材質(zhì)為銅或銅合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述的發(fā)射板(I)、蓋板(3 )均采用金屬材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述金屬材料為鈦、鈦合金、鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、鐵或鐵合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述蓋板(2)、電極片(4)、壓電陶瓷環(huán)(3)上設(shè)有用于螺桿(5)穿過的中心孔；發(fā)射板(I)上對應(yīng)設(shè)有用于螺桿(5)穿過以將壓電陶瓷堆(101)壓裝于兩發(fā)射板(I)之間的的裝配孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，其特征在于:所述發(fā)射板(I)的裝配孔處設(shè)有用于容納螺帽(6)的凹槽。
【專利摘要】一種壓電式縱向發(fā)射的大功率超聲波換能器，包括兩塊發(fā)射板；兩發(fā)射板之間設(shè)有一組或一組以上壓電陶瓷堆；各壓電陶瓷堆包括兩蓋板、設(shè)置于兩蓋板之間的多個電極片、設(shè)置于相鄰兩電極片之間的壓電陶瓷環(huán)；所述壓電陶瓷堆經(jīng)貫穿蓋板、電極片、壓電陶瓷環(huán)的螺桿壓裝于兩發(fā)射板之間。本實用新型能夠縱向兩面較大功率發(fā)射超聲波，可直接投入液體介質(zhì)中使用，能量轉(zhuǎn)換效率高，安裝簡單使用方便。本實用新型尤其適合在需要強超聲處理的液體介質(zhì)中使用。
【IPC分類】B06B1-06
【公開號】CN204338452
【申請?zhí)枴緾N201420751275
【發(fā)明人】楊奇
【申請人】湖北瑜暉超聲科技有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月4日