Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к ультразвуковым измерителям уровня, и может быть использована в нефтяной или химической промышленности для контроля уровня жидкости в резервуарах и емкостях. Для обеспечения указанного технического результата в известном ультразвуковом пьезокерамическом преобразователе, содержащем корпус, в котором размещены пьезоэлемент в виде диска с электродами на плоских поверхностях, протектор, состоящий из металлической пластины, являющейся наружным электродом пьезоэлемента, и герметизирующего слоя, а также изготовленный из текстолита демпфер, в торце которого выполнена стаканообразная выборка, куда установлен пьезоэлемент, при этом вдоль оси демпфера выполнены центральный канал а на боковой поверхности демпфера - канавка для проведения проводов от электродов пьезоэлемента, центральный канал и канавка на боковой поверхности демпфера заполнены компаундом, при этом в качестве герметизирующего слоя протектора и компаунда, заполняющего центральный канал и боковую канавку демпфера, применен кремнийорганический компаунд "Виксинт ПК-68", имеющий диапазон рабочих температур от минус 60°С до плюс 200°С.

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к ультразвуковым измерителям уровня, и может быть использована в нефтяной или химической промышленности для контроля уровня жидкости в резервуарах и емкостях.

Известны пьезокерамические преобразователи, содержащие корпус, пьезокерамический элемент, демпфер и протектор [1-3].

Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, в котором размещены протектор, состоящий из металлической пластины, являющейся наружным электродом пьезоэлемента, и герметизирующего слоя, выполненного из полиуретанового компаунда, пьезоэлемента в виде диска, изготовленный из текстолита демпфер, в торце которого выполнена стаканообразная выборка, куда установлен пьезоэлемент, а вдоль оси демпфера выполнены центральный канал и канавка на боковой поверхности демпфера для проведения проводов от пьезоэлемента [3].

Недостатком ультразвукового преобразователя является ограниченный температурный диапазон, в котором он может быть использован.

Недостаток известного ультразвукового преобразователя объясняется следующим образом.

Полиуретановые компаунды, использованные для герметизации протектора, допускают применение при рабочих температурах от минус 50 до плюс 50°С [4], при более низких температурах начинается их растрескивание; при более высокой они теряют электроизоляционные свойства. Упругие (акустические) характеристики полиуретановые компаунды сохраняют только при рабочих температурах от минус 50 до плюс 50°С.

Кроме того, канавка и центральный канал в ультразвуковом пьезокерамическом преобразователе-прототипе не заполнены, что делает возможным перемещение проводов в канале и канавке под действием вибраций, ударов, тепловых деформаций

в процессе изготовления, испытаний, транспортировки, эксплуатации. Перемещение проводов может привести к их поломке или обрыву.

Техническим результатом полезной модели является расширение рабочего температурного диапазона ультразвукового пьезокерамического преобразователя.

Для обеспечения указанного технического результата в известном ультразвуковом пьезокерамическом преобразователе, содержащем корпус, в котором размещены пьезоэлемент в виде диска с электродами на плоских поверхностях, протектор, состоящий из металлической пластины, являющейся наружным электродом пьезоэлемента, и герметизирующего слоя, а также изготовленный из текстолита демпфер, в торце которого выполнена стаканообразная выборка, куда установлен пьезоэлемент, при этом вдоль оси демпфера выполнены центральный канал а на боковой поверхности демпфера - канавка для проведения проводов от электродов пьезоэлемента, введены новые признаки, а именно: центральный канал и канавка на боковой поверхности демпфера заполнены компаундом, при этом в качестве герметизирующего слоя протектора и компаунда, заполняющего центральный канал и боковую канавку демпфера, применен кремнийорганический компаунд, имеющий диапазон рабочих температур от минус 60°С до плюс 200°С.

В качестве кремнийорганического компаунда может быть использован компаунд «Виксинт ПК-68», как наиболее промышленно отработанный. Упругие (акустические) характеристики кремнийорганических компаундов «Виксинт» не уступают характеристикам полиуретановых компаундов и сохраняются во всем диапазоне рабочих температур.

Сущность полезной модели поясняется Фиг.1, на которой схематически показан предложенный преобразователь.

Предложенный ультразвуковой преобразователь содержит корпус 1, внутри которого расположены пьезоэлемент 2, в виде диска, изготовленного из пьезокерамики, установленный в стаканообразной выборке демпфера 3. приготовленного из текстолита, с центральным каналом 4 и канавкой 5 для выводов проводов 6 и 7 от электродов пьезоэлемента 2. Текстолит, являясь электроизоляционным материалом обеспечивает высокую степень электроизоляции пьезоэлемента 2 от корпуса 1. Протектор состоит из металлической пластины 8 и герметизирующего слоя компаунда "Виксинт ПК-68" 9. Центральный канал 1 и канавка

5 также заполнены компаундом "Виксинт ПК-68" 10. Компаунд "Виксинт ПК-68" предназначен для работы в интервале температур от минус 60 до плюс 200°С [5].

При изготовлении преобразователя производят следующие основные операции. К пьезокерамическому элементу 2 токопроводящим клеем, например ДМ65, приклеивается металлическая пластина 8, после чего к пластине и второму электроду пьезоэлемента 2 при помощи пайки, например, высокотемпературным припоем ПСР-25, присоединяются провода, 6 и 7. Пьезоэлемент 2 с приклеенной пластиной 8 на клеевой основе устанавливается в стаканообразную выборку демпфера 3, провода 6 и 7 от электродов пьезоэлемент 2 пропускаются в центральный канал 4 и канавку 5 в корпусе демпфера 3, после чего канал 4 и канавка 5 заливаются компаундом "Виксинт ПК-68". Оснащенная таким образом сборка вставляется на клеевой основе в корпус 1, после чего металлическая пластинка 8 покрывается герметизирующим слоем компаунда "Виксинт ПК-68" 9, образуя протектор.

Предложенное устройство работает следующим образом. При подаче на пьезокерамический элемент 2 электрического напряжения частотой f пьезоэлемент 2 вследствие обратного пьезоэффекта [4] начинает колебаться с той же частотой. Ультразвуковые колебания частоты f с одной стороны через протектор, состоящий из пластины 8 и герметизирующего слоя 9, уходят в рабочую среду (не показана), с другой стороны затухают в демпфере 3, выполненном из текстолита. Демпфер 3 и протектор 8-9 обеспечивают электрическую изоляцию пьезоэлемента 2 от рабочей среды (не показана) и корпуса 1. Герметизирующий слой 9, выполненный из компаунда "Виксинт ПК-68", сохраняет свои электроизоляционные и акустические свойства в диапазоне температур от минус 60°С до плюс 200°С [5]. Заливка компаундом канавки и центрального канала в демпфере обеспечивает неподвижную прокладку проводов, предохраняющую их от повреждений при ударах, вибрациях в процессе испытаний, транспортировки, эксплуатации во всем диапазоне рабочих температур.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР №1738376 по кл. В 06 В 1/06.

2. Патент США №4297607 по кл. В 06 В 1/06

3. Авторское свидетельство РФ на полезную модель №25854 по кл. В 06 В 1/06.

4. Подводные электроакустические преобразователи. Л., Судостроение, 1983

5. Компаунды кремнийорганические типа "Виксинт". Технические условия. ТУ38.103508.-81

Ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, содержащий корпус, в котором размещены пьезоэлемент в виде диска с электродами на плоских поверхностях, протектор, состоящий из металлической пластины, являющейся наружным электродом пьезоэлемента, и герметизирующего слоя, а также изготовленный из текстолита демпфер, в торце которого выполнена стаканообразная выборка, куда установлен пьезоэлемент, при этом вдоль оси демпфера выполнены центральный канал а на боковой поверхности демпфера - канавка для проведения проводов от электродов пьезоэлемента, отличающийся тем, что центральный канал и канавка на боковой поверхности демпфера заполнены компаундом, при этом в качестве герметизирующего слоя протектора и компаунда, заполняющего центральный канал и боковую канавку демпфера, применен кремнийорганический компаунд "Виксинт ПК-68", имеющий диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 200°С.