Способ изготовления пъезоэлектрического преобразователя

Авторы патента:


 

Использование: в приборостроении при технологии изготовления пьезопреобразователей. Сущность изобретения: в способе изготовления пьезоэлектрического преобразователя, включающего установку и фиксацию пьезоэлемента в глухом отверстии литьевой формы, заливку демпфирующей композицией и извлечение демпфера с приклеенным пьезоэлементом после отверждения, в нем демпфер отверждается с переменной температурой стеклования, с максимальной - у пьезоэлемента и минимальной - у свободного конца (тыльной стороны).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для изготовления демпферов пьезоэлектрических преобразователей, предназначенных для измерения расхода вещества при повышенных температурах ультразвуковым методом.

Известен способ изготовления демпфера ультразвукового преобразователя, заключающийся в том, что пьезоэлемент размешивают в форме, заливают последнюю демпфирующим материалом и охлаждают его до отверждения [1] Однако известное техническое решение имеет ограниченное применение в условиях эксплуатации в средах с повышенной температурой.

Известен способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя, включающий установку и фиксацию пьезоэлемента в глухом отверстии нижней полуматрицы, на дно которого нанесен тонкий слой вязкой жидкости, установку верхней полуматрицы на нижнюю, введение в верхнюю полуматрицу соосно с пьезоэлементом трубки с размещенными в ней электрическими выводами последнего, заливку композитным материалом полуматриц, отверждение компаунда, извлечение преобразователя и полуматриц, установку на демпфер преобразователя втулку, заполнение последней предварительно вакуумированным композитным материалом, извлечение после отверждения композитного материала преобразователя из втулки и обработку поверхности композитного материала со стороны рабочей поверхности пьезоэлемента до получения необходимой величины толщины протектора [2] Недостатком данного способа является сложность его выполнения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ изготовления ультразвукового преобразователя, заключающийся в том, что пьезоэлемент устанавливают и фиксируют в глухом отверстии литьевой формы, заливают демпфирующей композицией, отверждают, извлекают демпфер с приклеенным пьезоэлементом [3] Однако известный способ изготовления пьезопреобразователя недостаточно надежен в условиях длительной эксплуатации при повышенной температуре, так как большие механические напряжения, возникающие при повышенной температуре, приводят к растрескиванию демпфера, отслаиванию его от пьезокерамики. Механические напряжения обусловлены различием термических коэффициентов линейного расширения керамики, металлических покрытий, наполнителей, корпуса и эпоксидного компаунда.

Задачей изобретения является повышение качества ультразвукового преобразователя.

Задача достигается тем, что в известном способе изготовления пьезопреобразователя, включающего установку и фиксацию пьезоэлемента в глухом отверстии литьевой формы, заливку последней демпфирующей композицией, отверждение ее и извлечение пьезоэлемента с приклеенным демпфером, согласно изобретению демпфер отверждают с переменной температурой стеклования с максимальной y пьезоэлемента и минимальной y свободного конца (тыльной стороны).

Способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя заключается в следующем.

В литьевой форме отливают демпфер выбранной формы.

Затем, начиная с торца демпфера, примыкающего к пьезоэлементу, (эта часть демпфера имеет наибольшее количество наполнителя, а следовательно, и высокий акустический импеданс) любым из методов определяют температуру стеклования (Tс) демпфирующего материал. Tс материала демпфера можно определить, например, методом отскакивающего шарика, измерением тепловой деформации или по дилатометрической методике.

Дилатометрическим методом определяют температуры перехода второго рода, то есть температуры, при которых наблюдается резкое изменение характеристик теплового расширения, что указывает на внутреннюю пространственную перегруппировку, вызванную расширением композиционного материала при переходе его из стеклообразного состояния в высокоэластическое (каучукоподобное).

В области стеклообразного состояния внутренние напряжения в композиционных материалах линейно зависят от температуры и становятся равными нулю около температуры стеклования.

Таким образом, для снятия внутреннего напряжения в демпфирующем композиционном материале пьезопреобразователя в выбранном интервале рабочих температур необходимо выполнить условие, при котором рабочее состояние демпфера было в области температуры стеклования выбранного материала.

Например, для измерения расхода горячей воды (в тепловых сетях), температура которой колеблется от 80 до 135oС, материал демпфера надо изготовить с температурой стеклования, находящейся в пределах Tп > Tс > Tт, где Tп температура стеклования демпфера, примыкающего к пьезоэлементу и равная 135oC, Tт температура стеклования свободного торца демпфера, равная 80oC, Tс - температура размягчения демпфера в интервале перехода его из твердого состояния в высокоэластическое. Выбор максимальной температуры стеклования демпфера у пьезоэлемента необходим для обеспечения малых механических потерь. Это достигается благодаря тяжелым частичкам наполнителя, опускающимся вниз к пьезоэлементу при определенном режиме отверждения. В рекомендуемом способе изготовление демпфирующей композиции с переменной температурой стеклования достигается режимом отверждения, наполнителями, компонентами связующего. После определения у экспериментального образца Tс демпфера композицию с выбранными ингредиентами заливают в литьевую форму с помещенным в нее пьезоэлементом и отверждают по отработанному режиму (разработанному при отработке демпфирующего материала с заданной температурой стеклования). По окончании отверждения демпфер с пьезоэлементом извлекают из формы и по известной технологии формируют протектор.

Разработанный способ изготовления преобразователя позволяет получить пьезопреобразователь с высокой стойкостью работы в заданном интервале рабочих температур. Обусловлено это тем, что внутренние напряжения в демпфирующем композиционном материале становятся равными нулю около температуры стеклования.

Таким образом, плавный переход демпфирующего материала от твердого (около пьезоэлемента) до каучукоподобного состояния позволяет получить высокое значение коэффициента поглощения упругих колебаний, ушедших в демпфер, что способствует формированию пьезопреобразователей коротких акустических (электрических) сигналов, неискаженных акустическими помехами, и, следовательно, приводит к повышению качества пьезопреобразователя.

Формула изобретения

Способ изготовления пьезоэлектрического преобразователя, заключающийся в том, что пьезоэлемент устанавливают и фиксируют в глухом отверстии литьевой формы, заливают последнюю демпфирующей композицией, отверждают ее, извлекают демпфер с приклеенным пьезоэлементом, отличающийся тем, что демпфер отверждают с переменной температурой стеклования с максимальной у пьезоэлемента и минимальной у свободного конца (тыльной стороны).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю объектов в экстремальных условиях (воздействие высокой температуры,гамма -n-излучения, перегретого пара, вибрации и т.п.), а именно к пьезоэлектрическим преобразователям акустической эмиссии, и может быть использовано для контроля герметичности первых контуров реакторных установок атомных электростанций

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при дефектоскопии, структуроскопии и толщинометрии, в частности, при исследовании крупноструктурных и неоднородных материалов, таких как бетоны, пластики и горные породы

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для локации дефектов методом акустической эмиссии

Изобретение относится к технике ультразвуковой диагностики, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям для медицинских одномерных зондов (эхоэнцефалоскопических, эхоофтальмоскопических)

Изобретение относится к приборам, применяющимся в газовом анализе, и может быть использовано при контроле химического состава атмосферы

Изобретение относится к геомеханике, геоакустике неразрушающих методов контроля и может быть использовано для определения состояния и свойств твердых тел, в частности горных пород и минералов

Изобретение относится к ультразвуковому (УЗ) контролю материалов и изделий, осуществляемого через газовую среду, например через воздух, и может использоваться в технике УЗ локации и управления объектами измерения толщины тонколистовых изделий, измерения уровня жидких и сыпучих сред в бункерах, контроля температуры воздуха и определения концентрации газовых смесей

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано в машиностроении при ультразвуковом контроле

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения физико-механических свойств изделий с помощью ультразвука

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий ультразвуковыми методами и может быть использовано для обнаружения дефектов в различных изделиях машиностроения, транспорта и других отраслей промышленности

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для неразрушающего контроля многослойных изделий из металлов, пластиков и их комбинаций

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при дефектоскопии, структуроскопии и толщинометрии

Изобретение относится к технике ультразвуковой диагностики, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям для медицинских одномерных зондов (эхоэнцефалоскопических, эхоофтальмоскопических)

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к устройствам для контроля геометрических параметров технологических каналов ядерных реакторов типа РБМК

Изобретение относится к электромагнитным акустическим преобразователям для контроля ферромагнитных материалов, в частности, помимо прочего, газопроводов

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам определения текстурной анизотропии, толщины и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката типа лент, полос, труб и др

Изобретение относится к преобразователям для контроля целостности металлических изделий с помощью ультразвука, например для контроля трубопроводов

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым зондам для диагностики живого тела

Способ изготовления пъезоэлектрического преобразователя

Наверх