一种盒体及其应用的超声波换能器的制作方法

1.本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种盒体及其应用的超声波换能器。


背景技术：

2.在充满气体的密闭环境内使用超声波换能器时，由于容器内置有一定气压的气体，传感器检测的端面极易受到气体施压。传统的传感器因产品属性自身承压能力较小，压力超过自身限值后其特性指标就会损坏，无法使用，目前国内天然气应用场景中使用的超声波仪表一般耐压值为≤1.6mpa，主要是因为其内部的核心元器件耐压只能达到1.6mpa，因此无法使用在天然气采集、处理耐压较高的更多场景中。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种盒体及其应用的超声波换能器，解决现有传感器耐压值较小的缺点，该结构能够实现低压传感器的耐压能力稳定提升。
4.本发明提供了如下的技术方案。
5.一种盒体，包括背压盒，所述背压盒上密封连接进气件，所述进气件上密封连接有固定架；
6.所述进气件内部设有与所述背压盒和固定架连通的蓄压通道，所述进气件上开设有至少一个与所述蓄压通道连通的进气通道；
7.当所述盒体置于充满气体的密闭环境内，固定架的端部受到一定气压；其中，气体通过进气通道进入蓄压通道后，在背压盒处蓄压，并将压力通过蓄压通道的末端导向固定架的背压端，与固定架的端部所受到的气压形成压力平衡。
8.优选地，所述固定架用于安装承压物品；所述进气件的蓄压通道靠近固定架的一端截面面积与所述承压物品靠近蓄压通道的受压端面面积相同。
9.优选地，所述进气通道为多个。
10.优选地，所述背压盒与所述进气件通过o型密封圈连接。
11.一种超声波换能器，包括所述盒体。
12.优选地，还包括超声波换能器芯；所述固定架具有放置超声波换能器芯的内腔，所述超声波换能器芯安装在所述固定架上。
13.优选地，所述背压盒贯穿有引针，所述引针与背压盒通过玻璃烧结密封固定；位于所述背压盒外侧的引针与外部线束连接后通过第一密封环和灌封环氧树脂进行密封；位于所述背压盒内侧的引针与超声波换能器芯的线束连接后通过第二密封环和灌封环氧树脂进行密封。
14.优选地，还包括缓冲垫；所述缓冲垫设置在所述超声波换能器芯和进气件之间。
15.优选地，所述超声波换能器芯和固定架的内腔的纵截面均为t形。
16.本发明有益效果：
17.本发明提出的盒体，当盒体处于充满气体气压的密闭容器内时，密闭容器内的气
体通过进气通道进入蓄压通道内，气体通过蓄压通道分别导至盒盖内壁和承压物品头部处。其中，气体通过在盒盖处蓄压产生气压压力，该气压压力通过蓄压通道传递至承压物品头部，使承压物品头部承受来自盒盖处蓄压产生的气压压力和位于固定架末端的承压物品尾部承受来自密闭容器产生的气体压力达到平衡状态。由于承压物品的头部和尾部所受到的气体压力达到平衡，避免了一端受压的情况，能够有效提高耐压值。
18.本发明应用于超声波换能器时，通过该盒体结构进行压力传导，使超声波换能器背面和前端压力保持平衡进而提高超声波换能器耐压性能，将原来超声波换能器耐压值稳定提升，并且超声波换能器能稳定工作。
附图说明
19.图1是本发明实施例的整体装配结构示意图；
20.图2是本发明实施例的背压盒的结构示意图；
21.图3是本发明实施例的进气件的结构示意图；
22.图4是本发明实施例的超声波换能器结构示意图。
23.图中：1、第一密封环；2、引针；3、背压盒；4、第二密封环；5、o型密封圈；6、进气通道；7、进气件；8、缓冲垫；9、线束；10、超声波换能器芯；11、固定架。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.实施例1
26.一种盒体及其应用的超声波换能器，如图1-4所示，主体包括背压盒3、进气件7和固定架11。背压盒3上密封连接进气件7，进气件7上密封连接有固定架11。进气件7内部设有与背压盒3和固定架11连通的蓄压通道，进气件7上开设有至少一个与蓄压通道连通的进气通道6。当盒体置于充满气体的密闭环境内，固定架11的端部受到一定气压；其中，气体通过进气通道6进入蓄压通道后，在背压盒3处蓄压，并将压力通过蓄压通道的末端导向固定架11的背压端，与固定架11的端部所受到的气压形成压力平衡。
27.进一步地，背压盒3与进气件7通过o型密封圈5连接。
28.超声波换能器芯10通过固定架11安装在压力平衡装置上，固定架11具有放置超声波换能器芯10的内腔。缓冲垫8设置在超声波换能器芯10的顶部，间隔超声波换能器芯10和进气件7的下端；缓冲垫8为非金属材质。背压盒3贯穿有引针2，引针2与背压盒3通过玻璃烧结密封固定；位于背压盒3内侧的引针2与超声波换能器芯10的线束9连接后通过第二密封环4和灌封环氧树脂进行密封；位于背压盒3外侧的引针2连接外部线束，连接后第一密封环1灌封环氧树脂。较佳的，第一密封环1和第二密封环4与背压盒3一体成型，密封效果以及绝缘效果更佳。
29.为了能够使气体顺利且快速流入至蓄压通道，进气通道6不少于1个，且进气通道6的数量个数最多不能减少进气件7承受的屈服强度。其中，当进气通道6的数量增加后能够快速形成两端压力平衡，达到耐压的目的。
30.为保证有足够的反向压力，进气件7的蓄压通道接触超声波换能器芯10背压面接触面大于等于超声波换能器芯10的背压端。
31.本实施例的安装对象是超声波换能器，还包括用于架设超声波换能器的固定架11；超声波换能器芯10和固定架11的内腔的截面均为t形，超声波换能器芯10架设在安装槽上。
32.其中，设置有缓冲垫8对超声波换能器进行保护。缓冲垫8中间穿过超声波换能器芯10的线束9，并设置在超声波换能器芯10的顶部，间隔超声波换能器芯10和进气件7的下端。
33.本实施例中，包括以下制备过程：
34.结构1、背压盒3，如图2所示：主体材质为金属材质，其结构由两部分组成：盒体和一种合金材料，其中，合金材料通过玻璃烧结在盒体上形成引针2，其生产工艺如下：
35.(1)先机加工盒体。
36.(2)玻璃清洗：先配置玻璃清洗液，将玻璃管浸在清洗液中1分钟后再用毛刷擦拭玻璃管内壁，然后再用自来水冲洗，再用无水乙醇充分冲洗，烘干备用。
37.(3)合金材料清洗：用汽油在超声波清洗机中脱脂处理，再用丙酮在超声波清洗中脱脂处理后烘干备用。
38.(4)合金材料烧氢处理。
39.(5)将玻璃管放入盒体加工好的孔中，然后将合金材料穿入玻璃管中放在固定的工装上面然后在火焰上将合金材料与玻璃管熔封，熔封前需将合金材料放在火焰上进行氧化处理烧至发红或暗红色即可。
40.(6)然后将冷却好的盒体再进行电镀处理，提升产品烧结后的痕迹美化。
41.此部分在平衡状态上主要提供后端气压托举蓄压功能，将外部导入的气体进行托举蓄压以保证传送到超声波换能器芯10背面；
42.结构2、进气件7，如图3所示：主体材质采用金属材质，尺寸只要保证与背压盒3和固定架11装配即可，采用机床加工方式获取，表面不做任何处理，在其与背压盒3连接后外部裸露的位置靠近背压盒3处打孔，即进气通道6，进气件7内腔为中空结构，即蓄压通道，腔体接触超声波换能器芯10背压面接触面等于超声波换能器芯10的背压端，进气件7朝向固定架11的一端开设有轴向孔，轴向孔需和进气件7的蓄压通道贯穿以保证内部蓄气气压可以传递至超声波换能器芯10背面；因为进气件7和背压盒3进行插入配合，为了保证足够的蓄压空间，进气件7的蓄压通道的容积需至少保持和超声波换能器芯10的体积相同。为保证有足够的反向压力，接触超声波换能器芯10背压面接触面大于等于超声波换能器芯10的背压端。
43.结构3、内部缓冲垫8，环形垫片，尺寸根据换能器外部结构定，在装配中压缩量控制在0.1-0.3mm为宜，采用机加工方式获取；缓冲垫8的主要提供进气件7不直接作用在超声波换能器芯10匹配层材料上，金属直接与非金属复合材料作用会导致复合材料破损，这样既能紧固超声波换能器芯10又不压破超声波换能器前端复合材料。
44.结构4、前端换能器连接支架11；材质为金属，尺寸根据超声波换能器芯10结构定，采用机加工方式获取；主要功能为装配固定超声波换能器芯10。
45.结构5、密封结构；本部分为与背压盒3一体成型，也可采用非金属材料通过粘胶剂
固定在背压盒3上，然后在空心密封环内部灌封环氧，将引线端子用环氧包裹住，目的防止水汽进入背压盒引线端子处中造成正负极接通。
46.本实施例中，具体的组装过程见下步骤：
47.步骤1：按照超声波换能器芯10设计外包裹结构如图1所示各部件。
48.步骤2：将超声波换能器芯10的线束9裁剪至装配壳体需要的长度。
49.步骤3：背压盒3外部黏结pcb接线板和第一密封环1并焊接外部引线；并对接线密封环处灌封环氧隔绝水汽和接线口接触，防止正负极导通。
50.步骤4：将超声波换能器芯10装配至固定架11中，确保装配到位。
51.步骤5：将缓冲垫8穿过超声波换能器芯10的线束9放置在超声波换能器芯10上面。
52.步骤6：将进气件7连接固定至固定架11上并装上o型密封圈5。
53.步骤7：将超声波换能器芯10的线束9焊接至背压盒3内部。
54.步骤8：在背压盒3内部密封环处灌封环氧隔绝水汽和接线口接触，防止正负极导通。
55.步骤9：o型密封圈5将背压盒3和进气件7连接起来。
56.步骤10：在制作好的成品传感器壳体上激光打印标识记号，制作好的成品测试备用。
57.工作原理：当管道内部有气体通过时，气体会从进气件7上进气口6进入然后到达背压盒3处，背压盒3进行蓄压并将压力通过进气件7上轴向孔传递至超声波换能器芯10背面，然后通过前端固定架11将超声波换能器芯10固定并连接在进气件7上，而背压盒3锁死在仪表本体上，此时背压盒3蓄压托举进气件7并将压力传递至超声波换能器芯10背面，从而使换能器背面和前端压力保持平衡进而提高传感器耐压性能。
58.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种盒体，其特征在于，包括背压盒(3)，所述背压盒(3)上密封连接进气件(7)，所述进气件(7)上密封连接有固定架(11)；所述进气件(7)内部设有与所述背压盒(3)和固定架(11)连通的蓄压通道，所述进气件(7)上开设有至少一个与所述蓄压通道连通的进气通道(6)；当所述盒体置于充满气体的密闭环境内，固定架(11)的端部受到一定气压；其中，气体通过进气通道(6)进入蓄压通道后，在背压盒(3)处蓄压，并将压力通过蓄压通道的末端导向固定架(11)的背压端，与固定架(11)的端部所受到的气压形成压力平衡。2.根据权利要求1所述的一种盒体，其特征在于，所述固定架(11)用于安装承压物品；所述进气件(7)的蓄压通道靠近固定架(11)的一端截面面积与所述承压物品靠近蓄压通道的受压端面面积相同。3.根据权利要求1所述的一种盒体，其特征在于，所述进气通道(6)为多个。4.根据权利要求1所述的一种盒体，其特征在于，所述背压盒(3)与所述进气件(7)通过o型密封圈(5)连接。5.一种超声波换能器，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项的所述盒体。6.根据权利要求5所述的一种超声波换能器，其特征在于，还包括超声波换能器芯(10)；所述固定架(11)具有放置超声波换能器芯(10)的内腔，所述超声波换能器芯(10)安装在所述固定架(11)上。7.根据权利要求6所述的一种超声波换能器，其特征在于，所述背压盒(3)贯穿有引针(2)，所述引针(2)与背压盒(3)通过玻璃烧结密封固定；位于所述背压盒(3)外侧的引针(2)与外部线束连接后通过第一密封环(1)和灌封环氧树脂进行密封；位于所述背压盒(3)内侧的引针(2)与超声波换能器芯(10)的线束(9)连接后通过第二密封环(4)和灌封环氧树脂进行密封。8.根据权利要求6所述的一种超声波换能器，其特征在于，还包括缓冲垫(8)；所述缓冲垫(8)设置在所述超声波换能器芯(10)和进气件(7)之间。9.根据权利要求6所述的一种超声波换能器，其特征在于，所述超声波换能器芯(10)和固定架(11)的内腔的纵截面均为t形。

技术总结
本发明提供一种盒体及其应用的超声波换能器，属于传感器技术领域，包括背压盒，背压盒上密封连接进气件，进气件上密封连接有固定架；进气件内部设有与背压盒和固定架连通的蓄压通道，进气件上开设有至少一个与蓄压通道连通的进气通道；当盒体置于充满气体的密闭环境内，固定架的端部受到一定气压；其中，气体通过进气通道进入蓄压通道后，在背压盒处蓄压，并将压力通过蓄压通道的末端导向固定架的背压端，与固定架的端部所受到的气压形成压力平衡。本发明能够实现传感器在高压环境下正常工作。作。作。


技术研发人员：王士兴 王博峰 杨朋
受保护的技术使用者：杭州安森智能信息技术有限公司
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/10/11