專利名稱：一種超聲波探頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲波物位計所用超聲波探頭，屬于料位、液位測量技術領域。
技術背景超聲波物位計是利用聲波反射原理來測量各種容器內的液體液位或固體料位的，即物位測量。超聲波物位計一般由超聲波探頭及電子單元構成，超聲波探頭在電子單元的控制下向被測物體發(fā)射超聲波并接收反射回波。
超聲波物位計根據(jù)組成方式的不同分為兩類一類是超聲波探頭與電子單元設計成一體，稱為一體式超聲波物位計；另一類是探頭與電子單元分立存在，它們之間通過外部電纜連接而工作，稱為分體式超聲波物位計。
現(xiàn)有的用于物位測量的超聲波探頭的基本結構如圖1所示。超聲波探頭由外殼和封裝在外殼內的夾心式換能器構成，夾心式換能器有前后兩個電極，中間為壓電晶體。換能器前電極通過粘接等方式固定在探頭外殼的前端，換能器的側面和后面與外殼之間由吸聲材料填充。在外殼的側面后部設計有外螺紋，用于對分體式探頭或一體式超聲波物位計的安裝。安裝時需要加工一個法蘭盤，法蘭盤內孔為內螺紋形式，以便與物位計探頭相連，之后通過這個法蘭盤將分體探頭或一體物位計安裝在被測容器上。
探頭上的外螺紋設計在外殼側面后部的原因是，夾心換能器是固定在殼體前端，換能器工作時產生高頻機械振動，即超聲波，該振動透過外殼前端向外傳播。外殼前端平面振動幅度最大，其側面也有小的振動，而外殼后端振動極小。如將外螺紋設計在殼體前端側面，則機械振動會通過安裝在其上的法蘭盤向外傳播并可能產生反射，使探頭接收到錯誤信號，而不能正常工作。因此上述結構的探頭的外螺紋要設計在外殼側面后部，以避免無用機械振動的影響。
上述結構的探頭在有些情況下無法安裝。如對于密閉容器，其上面均有法蘭口，分體式探頭或一體式超聲波物位計就是安裝在法蘭口上。安裝時探頭外螺紋前面的部分都要插入法蘭口中，如法蘭口內徑過小，探頭插不下去，則無法安裝。這是在實際應用中常會見到的問題。
另外，超聲波物位計在發(fā)射超聲波時不能同時分辨反射回波，因此在從探頭表面向下開始的一段距離之內無法檢測物位，這段距離為盲區(qū)。而上述探頭因為是通過側面后部的螺紋進行安裝的，探頭前面部分要深入容器法蘭口中，這相當于又增加了探頭的盲區(qū)，使得物位計的有效測量范圍減小，容器內的料位或液位升得較高時，無法檢測到，這在很多情況下是不允許的，不能滿足物位測量的需要。
實用新型內容本實用新型提出了一種新的超聲波探頭結構，能夠有效解決上述現(xiàn)有超聲波探頭的不足。
在本實用新型中，夾心換能器通過壓電晶體側面或后電極固定在探頭的殼體中，換能器的前電極正面及側面由塑料等材質包敷，并與殼體之間留有縫隙，二者之間也可由軟性材料隔離，如軟橡膠密封圈。前電極正面的包敷層稱為過渡層，超聲波透過過渡層向外發(fā)射，過渡層外表面稱為發(fā)射面。換能器前電極正面包敷層外表面與外殼前沿所處平面基本一致，兩個面的位置差小于3mm。在外殼的前端的側面上設計有外螺紋。因為換能器是通過壓電晶體側面或后電極固定在探頭的殼體中，而外殼上的安裝螺紋設計在殼體的前端，換能器前電極與外殼不接觸，因而殼體前端的振動極小，通過殼體前端的外螺紋安裝不會影響探頭的正常工作。
由于本實用新型的外螺紋在殼體的前端，在給探頭配上法蘭盤后，換能器發(fā)射面與法蘭盤表面齊平或略低于法蘭盤表面，這樣就可以很容易地將探頭(或一體式物位計)安裝在容器的法蘭口上，而不必考慮法蘭口的大小對安裝的影響。同時也解決了前述由于從探頭側面后部螺紋安裝造成有效測量范圍減小的問題。


圖1為現(xiàn)有超聲波探頭基本結構示意圖。
圖2為本實用新型具體實施例基本結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的一個非限定性的優(yōu)選實施例。
如圖2所示，本實施例中，夾心換能器的前電極(5)、壓電晶體(6)和后電極(7)由塑料聚丙烯包敷，并與殼體(1)之間留有2mm縫隙，縫隙由軟橡膠圈(4)填充；夾心換能器后電極(7)與殼體(1)通過環(huán)氧樹脂(8)粘接在一起，后電極(7)后部填充吸聲材料海綿(9)；夾心換能器前電極(6)正面包敷層(3)外表面與殼體(1)前端前沿平齊；殼體(1)的前端外側為安裝用外螺紋(2)；殼體(1)的材質為聚氯乙烯。
權利要求1.一種物位計用超聲波探頭，由夾心換能器及殼體構成，其特征是夾心換能器通過壓電晶體側面或后電極固定在探頭的殼體中，換能器的前電極正面及側面由塑料等材質包敷，并與殼體之間留有縫隙或通過軟性材料相隔，換能器前電極正面包敷層外表面與殼體前端前沿所處平面基本一致，兩個面的位置差小于3mm，在外殼的前端的側面上有外螺紋。
專利摘要一種物位計用超聲波探頭，由夾心換能器及外殼構成，夾心換能器通過壓電晶體側面或后電極固定在探頭的殼體中，換能器的前電極正面及側面由塑料等材質包敷，并與殼體之間留有縫隙或通過軟性材料相隔，換能器前電極正面包敷層外表面與外殼前沿所處平面基本一致，兩個面的位置差小于3mm，在外殼的前端的側面上設計有外螺紋，用于分體式探頭或一體式物位計的安裝。采用上述設計的分體式探頭或一體式物位計更便于安裝，并減小了盲區(qū)的影響。
文檔編號G01F23/28GK2681098SQ20042000855
公開日2005年2月23日 申請日期2004年3月21日 優(yōu)先權日2004年3月21日
發(fā)明者董志偉 申請人:董志偉