超声波传感器的制作方法

1.本发明涉及超声波传感器领域，详细地讲是一种耐高压耐腐蚀超声波传感器，用于测量封闭管道内的流体流量。


背景技术：

2.众所周知，超声波传感器是超声波水表、超声波热量表、超声波流量计的核心部件，实现电信号和超声波信号之间的相互转换，采用时差法工作原理，两只超声波传感器分别安装在被测流体的上游和下游，轮流发射接收超声波信号，信号处理单元通过测量超声波信号顺流和逆流传播时间的差值来计算流体的流量。
3.现有技术的超声波传感器一般包括壳体、保护膜片、压电陶瓷片、密封件，壳体和保护膜片采用不锈钢或工程塑料材质，壳体和保护膜片通过密封件组装在一起，形成一个封闭空间，与被测流体隔绝，承受外部压力，保护内部压电陶瓷片，保护膜片还起声楔的作用，传递超声波信号，密封件一般采用专用胶粘剂。
4.这种结构的超声波传感器存在以下问题：为了更好地传播超声波信号，保护膜片尽可能减小厚度，常用的不锈钢薄板厚度只有0.06毫米，耐压强度低；测量流体的成分复杂，具有一定的腐蚀性，不锈钢材质耐酸、碱、盐侵蚀的能力较低，容易生锈腐蚀导致传感器渗漏，不能长期稳定工作；传感器表面比较粗糙，容易结垢降低超声波信号强度和质量；密封件采用专用胶粘剂，使用范围受到限制，在温度压力的反复变化冲击下，密封件容易老化失效，失去密封作用；传感器轴向长度较短，传感器前端与管壁形成一个较深的凹陷区，容易沉积泥沙和污垢，阻挡超声波信号传播，导致传感器失效；传感器由壳体、保护膜片、密封件等多个部件组装在一起，造成传感器结构复杂、生产成本高、生产效率低。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超声波传感器，可以长期在高温高压环境下使用，耐酸、碱、盐侵蚀的能力强，测量精度高。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声波传感器，设有包括壳体，其特征在于：壳体为下端封闭上端开口的圆筒状结构，壳体外表面有烧釉层，壳体内壁沿轴向设置有定位柱，壳体的空腔内由下向上依次布置匹配层、压电陶瓷片、背衬层、灌封层，信号电缆穿过灌封层和背衬层焊接在压电陶瓷片的正极和负极上。
7.所述的壳体的空腔为圆柱形结构。
8.所述的压电陶瓷片定位在壳体中心。
9.所述的定位柱至少是三个，定位柱均匀布在壳体内壁上。
10.所述的壳体的内壁与压电陶瓷片外缘之间形成一个环形空隙。
11.所述的壳体采用电子陶瓷材料烧制，一体成型。
12.本发明的有益效果是，采用一体成型设计，无密封件，结构紧凑，坚固耐用，降低生产成本，提高生产效率，适合规模化生产。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
14.图1为本发明的外视图。
15.图2为本发明的纵向剖视图。
16.图3为本发明的a-a俯视图。
17.图4为本发明的管道安装示意图。
18.图中：1.烧釉层，2.壳体，3.匹配层，4.压电陶瓷片，5.背衬层，6.灌封层，7.定位柱，8.信号电缆，9.环形空隙，10.正极，11.负极。
具体实施方式
19.本发明包括：壳体2、烧釉层1、匹配层3、压电陶瓷片4、背衬层5、灌封层6、定位柱7、信号电缆8。壳体2作为传感器的主体结构，对内部的压电陶瓷片4起密封保护作用，与被测流体隔绝，承受外部的高温高压。壳体2外形为下端封闭上端开口的圆筒状，壳体2外表面有烧釉层1，壳体2内壁沿轴向均匀设置四个定位柱7，壳体2内部为柱形空腔，柱形空腔由下向上依次布置匹配层3、压电陶瓷片4、背衬层5、灌封层6，信号电缆8穿过灌封层6和背衬层5焊接在压电陶瓷片4的正极10和负极11上。
20.上述的超声波传感器，壳体2采用电子陶瓷材料烧制，一体成型，无密封件，无需机加工，成本低，防水密封性好，具有较高的机械强度和化学稳定性，可以长期在高温高压环境下使用，避免因密封件老化失效引起传感器损坏。壳体2底部还起声楔的作用，传递超声波信号，壳体2采用电子陶瓷材料烧制，导声率高，超声波信号衰减小不失真。
21.上述的超声波传感器，壳体2外表面有一层无色玻璃质的烧釉层1，提高制品的机械强度、电绝缘性、热稳定性和化学稳定性，使制品致密化、表面光洁、吸水性小，增强耐酸、碱、盐侵蚀的能力，不易结垢。
22.上述的超声波传感器，定位柱7均匀分布在壳体2内壁上，定位柱7至少是三个。优选壳体2内壁均匀设置四个定位柱7，提高传感器耐高压能力，保证压电陶瓷片4定位在壳体2中心，达到最佳谐振效果，提高发射信号强度和接收信号灵敏度，有利于提高测量精度。
23.上述的超声波传感器，由于定位柱7的隔离，在壳体2内壁与压电陶瓷片4外缘之间形成一个环形空隙9，粘贴压电陶瓷片4时，有利于排出空气和多余黏胶，保证匹配层3厚度均匀一致，提高传感器的信号质量和成品率。
24.上述的超声波传感器，壳体2轴向长度较大，安装到管道上后，传感器前端穿透管壁进入管道内部，没有凹陷区，避免因泥沙和污垢沉积而阻挡超声波信号传播，保证仪表长期稳定可靠工作。
25.上述的超声波传感器，在壳体2内腔底部设置匹配层3，固定压电陶瓷片4，实现传感器与流体之间的声学匹配；压电陶瓷片4直径14mm，厚度2mm，频率1mhz，采用单面焊接，方便接线；在压电陶瓷片4上方设置背衬层5，提高流体方向的超声波信号强度；在背衬层5上方设置灌封层6，用环氧灌封胶填充壳体2内腔剩余空间，固定信号电缆8，对传感器内部部件起到密封保护作用；信号电缆8采用两线屏蔽电缆，穿过灌封层6和背衬层5焊接在压电陶瓷片4的正极10和负极11上，用于传输电信号。
26.本发明壳体采用电子陶瓷材料烧制一体成型，无密封件，无需机加工，成本低，防
水密封性好，可长期在高温高压环境使用；壳体底部作为声楔，导声率高，超声波信号衰减小；烧釉层使制品致密化表面光洁，耐腐蚀能力强，不易结垢；定位柱保证压电陶瓷片位于壳体中心，达到最佳谐振效果，提高信号强度和灵敏度；定位柱隔离形成环形空隙，有利于排出空气和多余黏胶，保证匹配层厚度均匀一致，提高信号质量和成品率；采用一体成型设计，结构紧凑，坚固耐用，降低生产成本，提高生产效率，适合规模化生产。


技术特征：
1.一种超声波传感器，设有包括壳体，其特征在于：壳体为下端封闭上端开口的圆筒状结构，壳体外表面有烧釉层，壳体内壁沿轴向设置有定位柱，壳体的空腔内由下向上依次布置匹配层、压电陶瓷片、背衬层、灌封层，信号电缆穿过灌封层和背衬层焊接在压电陶瓷片的正极和负极上，壳体采用电子陶瓷材料烧制，一体成型。2.根据权利要求1所述超声波传感器，其特征在于所述的壳体的空腔为圆柱形结构。3.根据权利要求1所述超声波传感器，其特征在于所述的压电陶瓷片定位在壳体中心。4.根据权利要求1所述超声波传感器，其特征在于所述的定位柱至少是三个，定位柱均匀布在壳体内壁上。5.根据权利要求1所述超声波传感器，其特征在于所述的壳体的内壁与压电陶瓷片外缘之间形成一个环形空隙。

技术总结
本发明涉及一种超声波传感器，属于超声波传感器领域。设有包括壳体，所述的壳体采用电子陶瓷材料烧制，一体成型。壳体为下端封闭上端开口的圆筒状结构，壳体外表面有烧釉层，壳体内壁沿轴向设置有定位柱，壳体的空腔内由下向上依次布置匹配层、压电陶瓷片、背衬层、灌封层，信号电缆穿过灌封层和背衬层焊接在压电陶瓷片的正极和负极上，所述的壳体的内壁与压电陶瓷片外缘之间形成一个环形空隙。本发明的有益效果是，采用一体成型设计，无密封件，结构紧凑，坚固耐用，降低生产成本，提高生产效率，适合规模化生产。合规模化生产。合规模化生产。


技术研发人员：刘军波 陈福庆
受保护的技术使用者：威海博扬电子科技有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/3/14