本發(fā)明涉及的是一種超聲檢測領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種雙殼體帶溫補(bǔ)氣體超聲換能器。

背景技術(shù)：

當(dāng)在壓電陶瓷的極化方向施加電場，壓電陶瓷在一定方向上將產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)外電場撤去后變形或應(yīng)力也隨之消失。這種物理現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。利用逆壓電效應(yīng)可制成超聲波發(fā)電器。通過一定的結(jié)構(gòu)形式可制成氣體超聲換能器和液體超聲換能器。用于氣體介質(zhì)流量測量的氣體超聲換能器對流體的溫度、壓強(qiáng)和流速等狀態(tài)參量的變化特別敏感，都會引起相應(yīng)的聲速變化，進(jìn)而影響測量精度。

氣體超聲換能器裝配成氣體超聲流量計(jì)后在密封管道內(nèi)氣體流體隨著工況的變化，密封管道內(nèi)的壓強(qiáng)也隨著變化。如圖8所示，這樣作用在氣體超聲換能器外殼上的壓強(qiáng)也隨之變化著。壓強(qiáng)通過外殼對壓電陶瓷片外徑產(chǎn)生力同樣會產(chǎn)生正壓電輸出。對壓電陶瓷兩端施加電場后產(chǎn)生逆壓電輸出。兩種輸出疊加在一起，由于正壓電輸出是隨機(jī)的，這樣就直接影響了氣體超聲換能器的信號輸出穩(wěn)定性，進(jìn)而影響了測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且液體容易在結(jié)構(gòu)管路中產(chǎn)生水錘現(xiàn)象等缺陷，提出一種雙殼體帶溫補(bǔ)氣體超聲換能器，施加同等電壓下能夠大幅度提高輸出靈敏度和檢測精度，盡可能的把管道內(nèi)的干擾對換能器的影響減到最少，提高換能器的可靠性。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：依次設(shè)置于殼體內(nèi)的壓電陶瓷、薄膜鉑熱電阻和匹配層，其中：薄膜鉑熱電阻和壓電陶瓷分別將溫度信號和聲波信號輸出至換能器外部，薄膜鉑熱電阻、匹配層與殼體內(nèi)壁之間注有環(huán)氧樹脂，壓電陶瓷與殼體內(nèi)壁相連且壓電陶瓷、匹配層與殼體內(nèi)壁之間注有氣體介質(zhì)。

所述的內(nèi)殼內(nèi)部優(yōu)選設(shè)有凸環(huán)，通過該凸環(huán)與所述壓電陶瓷固定連接，從而使得壓電陶瓷其余部分與內(nèi)殼內(nèi)壁不接觸，處于自由狀態(tài)。

所述的內(nèi)殼的一端設(shè)有安裝槽，當(dāng)壓電陶瓷裝配在適當(dāng)位置時(shí)，通過對安裝槽部位用適當(dāng)力夾緊后再焊接該安裝槽，使得壓電陶瓷片與所述凸環(huán)緊密接合在一起，使得壓電陶瓷片在內(nèi)殼體內(nèi)處于比較自由的狀態(tài)，克服了壓電陶瓷片整個(gè)外徑都涂膠與殼體內(nèi)徑粘接在一起的狀態(tài)，壓電陶瓷片處于不自由狀態(tài)。

技術(shù)效果

本裝置中的壓電陶瓷片兩端極化面施加電場后為縱向振動模式，從而提高了輸出波形質(zhì)量，輸出功率大，信號處理方便，穩(wěn)定性好；由于內(nèi)殼上設(shè)有長10mm，寬0.3mm縫隙，壓電陶瓷片兩端的氣體介質(zhì)匹配層可根據(jù)用戶的實(shí)際工況注入聲速接近的氣體和低密度、低聲速的高分子材料形成雙匹配層。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不用在流量儀表的某一處另外開孔安裝溫度傳感器，使流量儀表少掉一個(gè)容易泄漏點(diǎn)，并且能夠更真實(shí)的反映了氣體超聲換能器敏感元件的實(shí)際溫度，使得硬件平衡校正法更接近真值，提高了系統(tǒng)測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為外殼體示意圖；

圖3為內(nèi)殼示意圖；

圖4為壓電陶瓷示意圖；

圖中：a為側(cè)視圖；b為俯視圖；

圖5為匹配層示意圖；

圖中：a為側(cè)視圖；b為俯視圖；

圖6為硬中心平面膜片示意圖；

圖7為電纜護(hù)套示意圖；

圖8為現(xiàn)有檢測方法示意圖；

圖中：1外殼體、2感溫孔、3薄膜鉑熱電阻、4內(nèi)殼、5壓電陶瓷、6硬中心平面膜片、7氣體介質(zhì)匹配層、8匹配層、9環(huán)氧樹脂、10電纜護(hù)套、11四芯屏蔽電纜、12極化電極、13凸環(huán)、14安裝槽、15導(dǎo)線槽、16長形凹槽。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例包括：依次設(shè)置于殼體1內(nèi)的壓電陶瓷5、薄膜鉑熱電阻3和匹配層8，其中：薄膜鉑熱電阻3和壓電陶瓷5分別將溫度信號和超聲波信號輸出至換能器外部，薄膜鉑熱電阻3、匹配層8與殼體1內(nèi)壁之間設(shè)有環(huán)氧樹脂9，壓電陶瓷5與殼體4內(nèi)壁相連且壓電陶瓷5、匹配層8與殼體4內(nèi)壁之間注有氣體介質(zhì)7。

如圖2和圖3所示，所述的殼體1為內(nèi)外雙層殼體1結(jié)構(gòu)，包括：外殼和與之存在間隙的內(nèi)殼4，其中：外殼由外殼體1、電纜護(hù)套10和作為測量端面的硬中心平面膜片6組成，內(nèi)殼4固定設(shè)置于外殼內(nèi)部。

當(dāng)管道氣體介質(zhì)7為天然氣(混合氣體)(15℃)時(shí)，聲速c＝420m/s，而當(dāng)采用氨氣(18℃)作為氣體介質(zhì)時(shí)，聲速c＝428m/s。這樣用于天然氣流量測量的氣體超聲換能器沖進(jìn)氨氣作為氣體介質(zhì)匹配層，匹配效果會更好。

如圖3所示，所述的內(nèi)殼4上正對薄膜鉑熱電阻3的位置設(shè)有感溫孔，該感溫孔接近敏感元件的壓電陶瓷并與薄膜鉑熱電阻的感溫位置相對應(yīng)。

所述的內(nèi)殼4內(nèi)部優(yōu)選設(shè)有凸環(huán)，通過該凸環(huán)與所述壓電陶瓷5固定連接，從而使得壓電陶瓷5其余部分與內(nèi)殼4內(nèi)壁不接觸。

所述的內(nèi)殼4的一端設(shè)有安裝槽，該安裝槽的尺寸優(yōu)選為10x0.3mm；當(dāng)壓電陶瓷5裝配在適當(dāng)位置時(shí)，通過對安裝槽部位用適當(dāng)力夾緊后再焊接該安裝槽，使得壓電陶瓷5與所述凸環(huán)緊密接合在一起，使得壓電陶瓷5在內(nèi)殼4內(nèi)處于比較自由的狀態(tài)，克服了壓電陶瓷5整個(gè)外徑都涂膠與殼體1內(nèi)徑粘接在一起的狀態(tài)，壓電陶瓷5處于不自由狀態(tài)。

如圖4所示，所述的壓電陶瓷5與凸環(huán)的連接部分接觸面寬度的尺寸優(yōu)選小于2mm，所述的壓電陶瓷5的厚度優(yōu)選為6.5mm。

所述的壓電陶瓷5上設(shè)有走線槽，可把信號線壓入走線槽，便于與內(nèi)殼4凸環(huán)很好配合。

如圖5所示，所述的匹配層8采用低密度、低聲速的高分子氟塑料，聚乙烯材料制成，使得從壓電元件背面發(fā)出的超聲可通過氣體吸聲層，再經(jīng)匹配層全部吸入，不會對正面發(fā)出超聲干擾。

優(yōu)選所述的匹配層8上設(shè)有走線槽，以避免信號線環(huán)繞。

所述的匹配層8上加工有用于固定薄鉑熱電阻的長形凹槽16，使薄鉑熱電阻靠近壓電陶瓷。

如圖1和圖6所示，所述的硬中心平面膜片6通過如圖1中a、b點(diǎn)的激光焊接方式與外殼體1相連且硬中心平面膜片6與壓電陶瓷5不相接觸，使得壓強(qiáng)變化不會直接作用在壓電陶瓷5的外徑上，也就不會有正壓電信號輸出。

所述的硬中心平面膜片6采用線切割處理，并通過焊接與外殼體1相連。

所述的內(nèi)殼4采用硬平面膜與薄膜平面膜相結(jié)合的方法，采用焊接方法形成硬中心平面膜，使得硬中心平面部分與內(nèi)殼4焊接以抵抗工作壓力，薄膜部分與外殼1位于圖2的C點(diǎn)焊接，解決了雙殼體的密封問題，這樣既解決了換能器耐工作壓力，又減少了工況變化對內(nèi)殼4的影響，提高了靈敏度及可靠性。

如圖7所示，所述的電纜護(hù)套10與外殼1焊接以增加可靠性，該電纜護(hù)套10的薄膜壁部分內(nèi)徑與四芯屏蔽電纜11經(jīng)夾緊處理，從而實(shí)現(xiàn)可靠接地以減少電磁場干擾信號。

本裝置通過以下方式進(jìn)行裝配：

1、依次將硬中心平面膜、硬中心平面與內(nèi)殼體焊接；

2、將薄膜鉑熱電阻固定在匹配層的長形凹槽內(nèi)；

3、將壓電陶瓷5和匹配層8依次裝配進(jìn)內(nèi)殼4內(nèi)，并確保壓電陶瓷5兩端面有氣體匹配層后，再將內(nèi)殼4夾緊后對，對內(nèi)殼體上的縫隙進(jìn)行焊接；然后用阻抗儀測試頻率及超聲波波形，以確保壓電陶瓷5與內(nèi)殼體上的凸環(huán)緊密配合；

4、將內(nèi)殼4與外殼體1裝配后，對硬中心平面膜片6與外殼體1的測量端面焊接，并進(jìn)行耐壓測試，測試完成后再用阻抗儀測試頻率及超聲波波形；

5、焊接四芯屏蔽電纜，并用阻抗儀測試頻率及超聲波波形后灌膠；

6、安裝電纜護(hù)套并夾緊電纜護(hù)套的薄壁部分，以確保薄壁部分與四芯屏蔽電纜的屏蔽層緊密結(jié)合，再檢驗(yàn)接地電阻并用阻抗儀測試頻率及超聲波波形。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。