專利名稱：陶瓷換能器及陶瓷換能式磁致伸縮變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于過程工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一種能夠適用于各種工況的陶瓷換能式磁致伸縮變送器，及其陶瓷換能器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的浮筒液位變送器是根據(jù)阿基米德定律設(shè)計(jì)而成的液位測量儀表，可用來測量液位、界位和密度，負(fù)責(zé)上下限位報(bào)警信號(hào)輸出，專用于測量壓力容器內(nèi)的液位。
目前MTS公司的一種磁致伸縮液位計(jì)產(chǎn)品，采用的是基于逆磁致伸縮效應(yīng)的扭力波拾取技術(shù)方案。其扭轉(zhuǎn)波轉(zhuǎn)換器的細(xì)節(jié)如圖I所示，其明顯的不足是I)零件數(shù)目多，需要偏置磁鋼A，磁致伸縮金屬片H，檢測線圈D三者配合工作，且三者位置必須精密配合，整體制作成品高；2)工藝復(fù)雜，磁致伸縮金屬片與波導(dǎo)絲L的焊接難度較大，微型線圈的繞制也非常復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)且無法保證其一致性；3)測量過程中整體的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，傳遞效率低，致使信號(hào)拾取的靈敏度低。目前深圳萬訊公司的一種壓電換能式磁致伸縮傳感器，采用的是平面壓電換能式技術(shù)方案，其壓電轉(zhuǎn)換器的細(xì)節(jié)圖如圖2所示，其明顯不足是波導(dǎo)絲L縱向橫置，因此只有在完全垂直的平面位置上才能最大精度的進(jìn)行檢測，其測量效果受重力及方向影響極大?？梢?，目前常見的磁致伸縮液位變送器在過程應(yīng)用中都重復(fù)出現(xiàn)以下問題安裝復(fù)雜；測量效果受重力及方向影響大；介質(zhì)密度變化導(dǎo)致輸出錯(cuò)誤；扭力管滲漏及過程介質(zhì)粘結(jié)在扭力管或浮筒壁上導(dǎo)致輸出偏差大等。本項(xiàng)目提出采用陶瓷換能器與磁致伸縮變送器相結(jié)合，不但能夠很好的解決上述液位變送器產(chǎn)品中存在的問題，同時(shí)在測量中還可實(shí)現(xiàn)精度的大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的研究目的，為研發(fā)出一種適用于各種工況的磁致伸縮變送器，并且保證該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測量，在使用過程中最大程度降低測量環(huán)境及被測介質(zhì)參數(shù)對測量結(jié)果的影響，從而直接且真實(shí)可靠的進(jìn)行液位測量。同時(shí)該液位計(jì)的所有關(guān)鍵部件間實(shí)現(xiàn)無機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，使最終產(chǎn)品在使用過程中免維護(hù)。本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，研制出了全新的陶瓷換能器，并保證該換能器中使用的波導(dǎo)絲材質(zhì)均勻，換能器工作時(shí)360°都能夠檢測到有效信號(hào)，且信噪比能達(dá)到30 I以上；通過采用磁致伸縮浮子使變送器測量值最大程度的不受介質(zhì)密度變化影響；通過多口密封外裝結(jié)構(gòu)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)該變送器不出現(xiàn)因介質(zhì)密度變化而導(dǎo)致的輸出錯(cuò)誤，扭力管滲漏及過程介質(zhì)粘結(jié)而導(dǎo)致的輸出偏差大等問題；同時(shí)大幅度提高變送器在測量中的精度。與現(xiàn)有的幾款磁致伸縮液位計(jì)技術(shù)相比較，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是I.機(jī)械扭力波通過壓電效應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并通過壓電陶瓷片的多級(jí)串聯(lián)疊加大幅提高電信號(hào)的轉(zhuǎn)換效率，從而提升有效信號(hào)的輸出。
2.陶瓷換能器中的壓電陶瓷片多級(jí)串聯(lián)且非對稱結(jié)構(gòu)擺放，最大限度的消除了工作過程中產(chǎn)生的雜波和其他干擾信號(hào)，將工作時(shí)的信噪比提高到30 I以上，從而大幅提高測量的可靠性。3.陶瓷換能器采用軍工級(jí)的壓電陶瓷片制作，一體式封裝在耐高溫鍍金銅套中，具有良好的耐高溫及防潮性能，可適應(yīng)各種工況溫度。4.磁致伸縮變送器整體結(jié)構(gòu)大幅簡化，無移動(dòng)部件，整體安裝工藝簡單，安裝要求低，產(chǎn)品穩(wěn)定性極高，可適用于各種苛刻工況。本發(fā)明的樣機(jī)可以達(dá)到如下性能表頭及電子部件
權(quán)利要求
1.陶瓷換能器，包括波導(dǎo)絲，其特征是 該換能器中使用的波導(dǎo)絲采用創(chuàng)新的加工工藝以保證其材質(zhì)均勻，該加工工藝共分為五個(gè)步驟 步驟I、將59. 5%與40. 5%比例的鐵、鎳金屬均勻混合； 步驟2、將金屬混合液灌入拉絲，其直徑為O. 765mm ； 步驟3、將直徑為O. 765mm的波導(dǎo)絲盤裝在直徑O. 5m的絞盤上； 步驟4、將盤裝的波導(dǎo)絲進(jìn)行47%淬火，淬火溫度為837°C ； 步驟5、將波導(dǎo)絲冷卻。
成品波導(dǎo)絲安裝在陶瓷換能器探桿的中間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的換能器，其特征是該陶瓷變送器采用了8片20°扇形高壓電效應(yīng)陶瓷與4片50°扇形高壓電效應(yīng)陶瓷多級(jí)串聯(lián)，均勻擺放在直接為12_的鍍金銅套內(nèi)，從而使變送器工作時(shí)在360°都能夠檢測到有效信號(hào)，且信噪比能達(dá)到30 I以上。
3.陶瓷換能式磁致伸縮變送器，包括陶瓷換能器、磁致伸縮浮子以及探桿等，在脈沖磁場和扭力波的作用下進(jìn)行液位檢測，其特征是由于采用磁致伸縮浮子，其浮子長度H遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液位計(jì)的測量量程L，從而使液位計(jì)測量值受介質(zhì)密度變化影響極小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變送器，其特征是通過多級(jí)金屬焊接硬密封結(jié)構(gòu)(即在該變送器電子表頭接口、安裝卡套接口、過程接口以及探桿之間全部完全密封，從而避免因出現(xiàn)泄露點(diǎn)而導(dǎo)致測量值被介質(zhì)密度影響)等技術(shù)使該變送器不出現(xiàn)因扭力管滲漏及過程介質(zhì)粘結(jié)而導(dǎo)致的輸出偏差大等問題，同時(shí)大幅度提高變送器在測量中的精度。
全文摘要
本發(fā)明屬于過程工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一種用于液位測量的陶瓷換能式磁致伸縮變送器，及其陶瓷換能器。包括了陶瓷換能器中波導(dǎo)絲的獨(dú)特制作工藝、陶瓷換能器的研發(fā)、磁致伸縮變送器中磁致伸縮浮子的應(yīng)用等技術(shù)，從而大幅度提高該變送器的轉(zhuǎn)換效率、有效信號(hào)輸出以及測量精度，保證其在特殊工況的應(yīng)用。本發(fā)明提出采用陶瓷換能器與磁致伸縮原理相結(jié)合，不但能夠很好的解決上述扭力管式浮筒液位計(jì)存在的問題，降低磁致伸縮變送器的制作難度，同時(shí)在測量中還可實(shí)現(xiàn)精度的大幅度提高。
文檔編號(hào)B06B1/06GK102950103SQ20111024196
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者王森, 石智, 楊先平 申請人:北京斯克維思儀表有限公司