Ультразвуковой преобразователь

(51)5 В 06 В 1/06 1 шов ф 9 17 В В 70 Ч Ы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСНОЫУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 502663, кл. В 06 В 1/Об, 1974.Разработка конструкторской документации на источники питания для ручныхустройств ультразвуковой очистки игравирования. - Отчет об ОКР по те -ме 8451920,Преобразователь. ЧертежМР 293.0.5.110.002 СБ,(57) Изобретение относится к областиультразвуковой техники. Цель изобретения - увеличение амплитуды колебаний преобразователя, Электроизолирующая прокладка 7 выполнена в виде кольца из электропроводящего материала, поверхность которого покрытаслоем порошковой эпоксидной краски,а толщина равна 0,04-,0,11 длины частотопонижающей накладки 6. Импеданскольца электроизоляционной прокладки 7 равен импедансу частотопонижающей накладки 6. Толщины слоя порошковой эпоксидной краски на поверхностях кольца электроизоляционнойпрокладки, обращенных к датчику обратной акустической связи и частотопонижающей накладке, равны 30-50 мкми 70-160 мкм соответственно. Боковыеповерхности концентратора энергии 1покрыты слоем порошковой эпоксиднойкраски толщиной 50-160 мкм. При работе преобразователя уменьшаются потери акустической энергии на гранИцах элементов и доля паразитных колебаний в концентраторе энергии. 1 ил.зователя.На чертеже представлен преобразователь, общий вид. 15Излучающий элемент преобразователя изготовлен из титана марки ВТЗи выполнен в виде экспоненциального концентратора 1 ультразвуковой энергии с. полой цилиндрической трубкой 2, расположенной со стороны основания концентратора и имеет резьбу на внешней поверхности своего свободного торца. На трубке 2 концентратора установлена фторопластовая втулка 3, 25 выполненная в виде полого цилиндра, на которую одеты, последовательно расположенные: активный элемент преобразователя, представляющий собой два пьезокерамических кольца 4 (керамика ЧТБС) размером: ф 20 х 10 х 5 мм с расположенной между ними токоведущей шиной 5; частотопонижающая накладка 6, изготовленная из ст. 45 в виде полого цилиндра длиной 18 мм; электроизоляционная прокладка 7, которая изготовлена из ст, 45 (скорость распространения звука 5 169 м/с; модуль упругости 20920 кГс/мм), в виде плоского кольца и покрыта слоем 40 порошковой эпоксидной краской марки П-ЭП, отвержденной при 180 С; токоведущая шина 8; пьезокерамическое кольцо 9, являющееся датчиком обратной акустической связи и идентичное 45 кольцам 4 активного элемента; токо- ведущая шина 10 и металлическая (Ст. 45) прокладка 11 в виде плоского кольца. Причем электроизоляционная прокладка 7 выполнена с толщиной50 в 1,5 мм, что составляет 0,08 длины частотопонижающей накладки б, а толщина слоя краски, нанесенного на ее поверхность, обращенную к частотопонижающей накладке 6 и токоведущей55 шине 8, составляет соответственно 100 и 50 микрон. Пьезокерамические кольца 4 и 9, частотопонижающая накладка б, электрозоляционная проклад 20 Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к пьезокерамическим преобРазователям, и может быть использовано как при разра 5 ботке акустических систем различного технологического назначения, так и в существующем ультразвуковом оборудовании, созданном на базе пьезокерамических преобразователей. 10Целью изобретения является увеличение амплитуды колебаний преобрака 7 и токоведущие шины 5, 8 и 10 посредством прокладки 11 и металлической (Ст, 45) гайки 12 стянуты между собой, а первое из пьезокерамических колец 4 активного элемента преобразователя плотно прижато к основанию концентратора 1. Для подсоединения преобразователя к ультразвуковому генератору, осуществляемого посредством проводов 13 - 15, в трубке 2 концентратора 1 выполнены осевое глухое 16 и поперечные сквозные 17 отверстия, втулка 3 выполнена с продольным сквозным пазом 18, а в токо- ведущих шинах 5, 8 и 10, изготовленных из меди в виде плоских колец - отверстия (не обозначены), в которые запаяны концы сердечников указанных проводов. Для присоединения к концентратору 1 рабочего инструмента в его излучающем торце выполнено резьбовое отверстие 19, а для обеспечения безопасности и удобства пользования составные элементы преобразователя помещены в стаканообразный корпус 20, в котором они закреплены посредством фиксаторов 21 и 22.Импеданс кольца электроизоляционной прокладки равен импедансу частотопонижающей накладки (например, оба элемента изготовлены из Ст. 45), а толщина кольца электроизоляционной прокладки равна 0,04-0,11 длины частотопонижающей накладки.Толщина слоя порошковой эпоксидной краски на поверхности электроизоляционной прокладки, обращенной к датчику обратной акустической связи лежит в пределах 35-50 мкм, а на поверхности, обращенной к частотопонижающей накладке 70-160 мкм.Порошковое покрытие толщиной 35- 50 мкм обеспечивает прокладке высокую надежность как электроизоляционному элементу преобразователя, величина которой с ростом толщины слоя краски практически не увеличивается. Нанесение слоя краски на одну .из поверхностей прокладки с толщиной более 70 микрон и обращение этой поверхности именно к частотопонижающей накладке приводит к увеличению амплитуды колебаний, рост которой прекращается при толщине слоя краски на этой стороне прокладки в 155- 160 микрон, Исходя из этого, принято нанесение слоев краски различной толщины и обращение более толстого из163них к частотопонижающей накладке.Оптимальные же толщины слоев порошковой эпоксидной краски, нанесеннойна поверхность электроизолирующейпрокладки, лежат в пределах 4050 и 120-150 микрон,Преобразователь работает следующимобразом,Напряжение ультразвуковой частотыот ультразвукового генератора черезпровод 13 и токоведущую шину 5 подается к пьезокерамическим кольцам 4,а через провод 15, токоведущую шину 1 О, металлические прокладки 11 иприжимную гайку 12 - к концентратору1 ультразвуковой энергии, Вследствиеэтого пьезокерамические кольца 4,т.е. активный элемент преобразователя,за счет обратного пьезоэффекта возбуждаются и начинают совершать механические колебания с частотой основного механического резонанса, которые передаются концентратору 1 и через частотопонижающую, накладку 6, электроизолирующую прокладку 7 и токоведущую шину 8 - пьезокерамическому кольцу 9, т.е. датчику акустической обратной связи. В результате этого за счет прямого пьезоэффекта под действием механических колебаний- в пьезокерамическом кольце 9 возникают электрические заряды, имеющие противоположные знаки и изменяющуюся во времени частоту механических колебаний, которые снимаются токоведущей шиной 8 и по проводу 14 поступают в систему автоподстройки частоты ультразвукового генератора. При этом за счет того, что электроизопяционная прокладка 7 выполнена из металла, т.е. из электропроводящего материала, и покрыта споем порошковой эпоксидной краски, являющейся прекрасным электроизоляционным материалом, в котором потери ультразвуковой энергии ничтожны, в сравнении с гетинаксом (текстолитом, стеклотекстолитом и т.п. общеизвестными эпектроизоляционными материалами), и по своей величине близки к потерям ультразвуковой энергии в таких металлах как, например, сталь, титан, алюминий, пере 2506 6дача механических колебаний через нееосуществляется практически без потерь ультразвуковой энергии, что благоприятно сказывается на величинеамплитуды ультразвуковых колебаний,снимаемых с излучающего торца концентратора 1 ультразвуковой энергии.Порошковые эпоксидные покрытия,отвержденные при высоких температурах (180-230 С) всегда имеют лучшие свойства, нежели покрытия, полученоные при более низких (120-150 С) тем пературах. Исходя из этого, порошковую эпоксидную краску следует отверждать при температуре, превышающей 170 еС. Этот предел полностью удовлетворяет тем температурам, которые 20 рекомендуются (180-200 С) применятьпри отверждении порошковых эпоксидных красок.Формула изо бре тения25Ультразвуковой преобразователь,содержащий пьезокерамический элемент,частотопонижающую накладку, датчикобратной акустической связи в видепьезокерамического кольца, электроизоляционную прокладку, установленнуюмежду частотопонижающей накладкойи датчиком обратной акустическойсвязи, концентратор энергии, связанный торцом с рабочей поверхностьюактивного пьезокерамического элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения амплитудыколебаний, электроизоляционная про кладка выполнена из электропроводящего материала и покрыта слоем порошковой эпоксидной краски, а толщинаравна 0,04-0,11 длины частотопонижающей накладки, причем импеданс кольца электроизоляционной прокладки равен импедансу частотопонижающей накладки, толщины слоя порошковой эпоксидной краски на поверхностях кольцаэлектроизоляционной прокладки, обращенных к датчику обратной акустической связи, и частотопонижающей накладке равны 35-50 мкм и 70-160 мкмсоответственно.Ч