Способ изготовления ультразвукового преобразователя

(51) 5 ТЕНИ К АВТО Изобрет измеритель пользован тол щиномет также в ул уровнемера дах,и езе изображено уст способ изготовления ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Самарское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика"(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для ультразвуковой ение относится к контрольноной технике и может быть исо для ультразвуковой рии идефектоскопии изделий, а ьтразвуковых расходомерах и х, работающих на газовых сребретения - улучшение эксплуаарактеристик преобразоватеЦель эо тационных х ля. На чертеже в разр ройство, реализующее преобразователя. Устройство, реали товления преобразова пус 1, размещенные пъеэоэлемент 3, выпозующее способ изготЕЛЯ, СОДЕРжИт КОРв нем демпфер 2,лненный иэ и-акусти толщинометрии и дефектоскопии изделий, а также в ультразвуковых расходомерах и уровнемерах, работающих на газовых средах. Цель - улучшение эксплуатационных характеристик. Способ изготовления ультразвукового преобразователя включает размещение 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 пьезоэлементом жидкостным слоем, например иэ 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. чески соединенных пьезопластин (дисковых, кольцевых и т.п,), жидкость 4 и протектор 5, выполненный иэ композиционного материала,Способ изготовления пьезопреобразователя реализуется следующим. образом,Корпус 1 изготовляют из неметаллического материала. Изготовленный корпус, геометрические размеры которого выбраны согласно габаритам пьезоэлемента 3, устанавливают в литьевую полуматрицу с помещенным в ней пьезоэлементом 3 (количество пьезоэлементов выбирают исходя из конкретных требований, предъявляемые к преобразователю) и заливают демпфирующей массой, После отверждения демпфирующей массы корпус 1 с демпфе 181082050 ром 2 и пьезоэлементом 3 (склейка пьезоэлемента 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 пьезоэлемента 3, полностью гасятся ларазитные радиальные колебания пьезоэлемента (в жидкости не распространяются сдвиговые напряжения) и в контролируемую среду излучаются только рабочие колебания (продольные волны), Жидкость, контактирующая с пьезоэлементам, уменьшает отражение полезной колебательной энергии, тем самым увеличи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 вается отдаваемая мощность пьезопреобразователя, так как акустическое сопротивление при 0 С ля воды 1 г/сма 1,51 0 см/с. = 1,510 г(см с), а для воздуха около 42 г/(см,с). Отношение этих величин составля 2ет 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 80 раз большую. Композиционный материал, контролирующий с жидкостью 4, не уменьшает полезную отдаваемую мощность, так как вкусические 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.Формула изобретения 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 поп,1,отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, отверждению композиционного материала осуществляют на поверхностной пленке жидкого стекла при комнатной температуре в течение 22-24 ч.1810820 Составитель О.АнтоноваТехред М.Моргентал Корректор Е,Папп Редактор Г.бельская Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1443 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 У 5