Способ изготовления ультразвукового преобразователя Советский патент 1993 года по МПК G01N29/24 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для ультразвуковой тол щинометрии и дефектоскопии изделий, а также в ультразвуковых расходомерах и уровнемерах, работающих на газовых средах.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик преобразователя.

На чертеже в разрезе изображено устройство, реализующее способ изготовления преобразователя.

Устройство, реализующее способ изготовления преобразователя, содержит корпус 1, размещенные в нем демпфер 2, пъезоэлемент 3, выполненный из п-акустически соединенных пьезопластин (дисковых, кольцевых и т.п.), жидкость 4 и протектор 5, выполненный из композиционного материала.

Способ изготовления пьезопреобразо- вателя реализуется следующим образом.

Корпус 1 изготовляют из неметаллического материала. Изготовленный корпус, геометрические размеры которого выбраны согласно габаритам пьезоэлемента 3, устанавливают в литьевую полуматрицу с поме- щенным в ней пьезоэлементом 3 (количество пьезоэлементов выбирают исходя из конкретных требований, предъявляемые к преобразователю) и заливают демпфирующей массой. После отверждеиия демпфирующей массы корпус 1 с демпфесо

о

00

ю о

ром 2 и пьезоэлементом 3 (склейка пьезоэ- лемента с демпфером совмещается в момент заливки демпфирующей массы) извлекают из литьевой полуматрицы. Литьевая полуматрица из-за простоты ее конструкции на чертеже не приводится.

Выступающие части пьезоэлемента, электроды, пайки покрывают тонким слоем гидрофобного клея (от короткого замыкания жидкостью). После сушки преобразователя пьезоэлемент 3 заливают слоем жидкого стекла, толщина которого равна четверти волновой длине на резонансной частоте преобразователя (четвертьволновый слой обеспечивает увеличение коэффициента прохождения волны). После образования пленки на поверхности жидкого стекла 4 (время образования пленки зависит от площади заливаемой жидкости) заливают слой композиционного материала (например, композиция на основе эпоксидной смолы с наполнителем). Величина слоя должна быть меньше или равной четвертьволновой длины на резонансной частоте преобразователя.

При повышении указанных пределов происходит затухание звука.

Процесс твердения композиционного материала происходит в течение 22-24 часов при комнатной температуре. Пленка, образовавшаяся на поверхности жидкого стекла (процесс твердения жидкого стекла, не содержащий кремнефтористый натрий, происходистс только в поверхностном слое, за счет высыхания и взаимодействия силиката натрия с углекислотой воздуха), обеспечивает надежную адгезию (прилипаемость) к композиционному материалу, тем самым композиционный материал одновременно служит как герметизирующий элемент жидкости, согласующий элемент преобразователя с контролируемой средой, и как протектор.

Благодаря слою жидкости 4, охватывающей боковую поверхность пьезозлемента 3. полностью гасятся паразитные радиальные колебания пьезоэлемента (в жидкости не распространяются сдвиговые напряжения) и в контролируемую среду излучаются только рабочие колебания (продольные волны). Жидкость, контактирующая с пьезозле- ментом, уменьшает отражение полезной колебательной энергии, тем самым увеличивается отдаваемая мощность пьезопреоб- рззователя, так как акустическое сопротивление при 0°Сдля воды 1 г/см3«1, см/с 1,5«105 г/(см .с), а для воздуха около 42

г/(см2,с). Отношение этих величин составляет 3600, откуда следует, что при равных значениях амплитуды и частоты колебаний интенсивность звукового поля в воздухе составляет лишь около трех десятитысячных

интенсивности звука в воде. Соответственно этому, для получения равных интенсив-: ностей звука в воздухе и в воде в первом: случае необходимо обеспечить амплитуду колебаний в 60 раз большую. Композиционный материал, контролирующий с жидкостью 4, не уменьшает полезную отдаваемую мощность, так как акустические сопротивления жидкости (жидкое стекло) и композиционного материала приблизительно равны.

Применение предлагаемого способа изготовления ультразвукового преобразователя позволит увеличить отдаваемую мощность, особенно при работе на низких частотах, и повысить эксплуатационные характеристики преобразователя.

Формулаизобретения

1. Способ изготовления ультразвукового преобразователя, заключающийся в том, что в корпусе устанавливают пьезоэлемент,

формируют в корпусе демпфер и два переходных слоя, один из которых, контактирующий с рабочей поверхностью пьезоэлемента. выполняют жидкостным, а второй - из композиционного материала,

материалы демпфера, пьезоэлемента и переходных слоев выбирают из условия их согласования по акустическому импедансу, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, демпфер формируют путем заливки демпфирующей массы в корпус и последующего ее отверждения. жидкий переходный слой выполняют охватывающим боковую и излучающую поверхности пьезоэлемента, а

в качестве материала этого слоя используют жидкое стекло.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, отверждению композиционного материала осуществляют на поверхностной пленке жидкого стекла при комнатной температуре е течение 22-24 ч.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для ультразвуковой толщинометрии и дефектоскопии изделий, а также в ультразвуковых расходомерах .и уровнемерах, работающих на газовых средах. Цель - улучшение эксплуатационных характеристик. Способ изготовления ультразвукового преобразователя включает раз- мещение в корпусе пьезоэлемента, выполненного из акустически соединенных пьезопластин, заливку корпуса демпфирующей массой и ее отверждение. Новым в способе является заполнение промежуточного слоя между газовой средой и пьезоэлемен- том жидкостным слоем, например из жидкого стекла, охватывающим боковую и излучающую поверхности пьезоэлемента, и композиционным материалом. Кроме того, отверждение композиционного материала проводят на поверхностной пленке жидкого стекла при комнатной температуре в течение 22-24 ч. 1 ил.