壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器的製作方法

2023-04-25 09:00:06 1

專利名稱：壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及超聲波應用技術，特別涉及一種壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器。
技術背景超聲波應用於設備的防垢除垢已經至少有幾十年了，其產生的巨大經濟效益也是有目共睹的。在熱交換器除垢防垢領域，典型的應用是超聲波防垢裝置(也叫超聲波除垢儀、聲學防垢裝置等)超聲波防垢裝置有兩部分組成，控制器(驅動電源)和超聲波振動器(發射頭、超聲波換能器)。超聲波振動器直接安裝在熱交換器的本體上，與控制器通過電纜連接。當控制器的輸入端接通220V/50HZ電源時，即產生大功率的超聲波脈衝電流，脈衝電流通過電纜傳至超聲波振動器，振動器就將電流脈衝轉變成超聲波機械震蕩，此震蕩波在熱交換器的本體是四處傳播，從而產生防垢、除垢效應。這樣的超聲波防垢裝置，儘管有效，但也存在著幾個問題。最主要的問題是，現在的超聲波振動器磁致伸縮型的。它有一個很大的缺陷是能量轉換效率低，只有20%左右。導致的結果是控制器效率低，功耗大，發熱大。磁致伸縮的工作方式是電感的充放電，器件內阻很小。導致控制器的脈衝工作電流很大，傳輸電纜不能長，一般不能夠超過十幾米，這給現場的管理和遠程控制帶來很大的困難。需要配套的電纜粗，材料浪費大。控制器瞬態電流大，易出故障。為適應脈衝大電流的工作特點，控制器的輸出級只能夠用晶閘管，以開關方式工作，對超聲波振動器進行充放電。振動器沒有明顯的共振點，頻率響應差。從嚴格的意義上，這樣的器件甚至不能夠稱作是超聲波器件，只能夠說是一個各種頻率的大雜燴。

實用新型內容本實用新型要解決的問題是，克服現有技術中的不足，提供一種壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器。為解決技術問題，本實用新型的解決方案是提供一種壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，包括通過電纜連接至控制器的超聲波換能器，所述超聲波換能器是壓電陶瓷縱向超聲波換能器，超聲波換能器與變幅杆相連；變幅杆另一端設連接底座且連接底座通過粘接或焊接固定於結垢設備的本體上，或者變幅杆另一端通過粘接或焊接直接固定於結垢設備的本體上。作為一種改進，所述壓電陶瓷縱向超聲波換能器具有一個由壓電陶瓷元件與電極片間隔布置的層疊結構，壓電陶瓷元件與電極片各有至少兩片；該層疊結構的兩端分別為前金屬蓋板和後金屬蓋板，並由預應力螺杆連接前金屬蓋板和後金屬蓋板以緊固該層疊結構。作為一種改進，所述預應力螺杆貫穿該層疊結構的中心，且預應力螺杆的外部套設絕緣管。作為一種改進，所述電極片分為相互間隔的兩組，其中一組通過導線連接至控制器中驅動電源的正極，另一組通過導線連接至控制器中驅動電源的負極；即，連接至正極的電極片與連接至負極的電極片相互間隔布置。作為一種改進，所述超聲波換能器的前金屬蓋板通過連接螺絲與變幅杆相連。作為一種改進，所述控制器中設置自動跟蹤系統最佳頻率點的掃頻電路模塊。作為一種改進，所述變幅杆另一端設連接底座時，變幅杆通過連接螺絲固定於連接底座上。壓電陶瓷超聲波換能器有許多種結構形式，各有不同的性能特點。以頻率分，有低頻換能器，頻率一般低於10kHz。中低頻換能器，頻率在15kHz60kHz。中頻換能器，頻率在IOOkHz800kHz。高頻換能器，頻率大於1MHz。以振動模式分，有彎曲振動，扭轉振動，厚度振動，剪切振動，縱向振動，等等。以結構分，有單壓電陶瓷片式，粘接式，螺杆緊固式。本實用新型採用大功率中低頻縱向振動螺杆緊固式換能器，是一個三明治的結構，由壓電陶瓷元件，前金屬蓋板，後金屬蓋板，預應力螺杆，電極片以及絕緣管組成。這種換能器在預應力螺杆的作用下，壓電陶瓷的能量得到最大程度的發揮。它的諧振阻抗小、發熱量小、可靠性高壽命長。且其振動方向是縱向的。由超聲波除垢的原理分析，設備本體的法線方向剛性最小。在這個方向進行振動，能夠最大限度地激發設備壁的振動幅度，效果最好。變幅杆既能夠放大換能器的振幅，隔離結垢設備本體溫度上傳至換能器，還便於換能器的安裝和拆卸。所述超聲波換能器可採用倒喇叭形，具有約二倍的振幅放大倍數，能夠更加有效地激髮結垢設備的振動。控制器(用於輸出數控驅動電源)中內置掃頻電路模塊，具有掃頻功能，能夠自動跟蹤超聲波系統的最佳頻率點一直穩定工作；也可以設定為在最佳頻率點附近的一個合適的範圍內，按照設定的步距，分別在多個頻率點工作，以期達到最好的除垢防垢效果。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是I、超聲波振動器的能量轉換部分採用壓電陶瓷，既保留了原磁致伸縮振動器安裝簡便，又有很大的改進其一是能量轉換效率大大提高，達到80%左右，控制器、振動器的發熱量大大減少。整機的功耗下降了，真正有效的超聲波的輸出功率反而增加了。既能夠節能降耗，整機的使用壽命也延長了。其二是振動器有明顯的共振頻率，該共振頻率可以根據需要進行事先的設計。針對不同的場合，設備不同的特點和要求，進行最佳的超聲波頻率設計，這樣就可以達到最好的除垢防垢效果。超聲波頻率一般在14kHz 23kHz，也可以成倍擴大。2、壓電陶瓷的驅動方式是高阻電壓驅動，傳輸的電流很小。傳輸距離至少可以達到幾百米以上，超過千米也不是問題。而且電流小，傳輸電纜的線徑就可以減小。3、控制器內置掃頻電路模塊，超聲波輸出波形好，頻率準，並且可以自動跟蹤、任意設定；功耗低，能量轉換效率高。

[0027]圖I為本實用新型中壓電陶瓷超聲波防垢除垢器結構示意圖。圖2為本實用新型的實現原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的實現方式詳細描述。 圖I中所示壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，包括通過電纜連接至控制器I的超聲波換能器，所述超聲波換能器是壓電陶瓷縱向超聲波換能器，超聲波換能器與變幅杆2相連；變幅杆2另一端通過連接螺絲11固定於連接底座3上，連接底座3通過粘接或焊接固定於結垢設備4的本體上。當然，作為另一實例，也可採取不設連接底座，變幅杆2另一端通過粘接或焊接直接固定於結垢設備4的本體上。所述壓電陶瓷縱向超聲波換能器置於外殼9中，具有一個由壓電陶瓷元件5與電極片6間隔布置的層疊結構，壓電陶瓷元件5與電極片6各有四片；該層疊結構的兩端分別為前金屬蓋板7和後金屬蓋板8，並由預應力螺杆10貫穿該層疊結構的中心，連接前金屬蓋板7和後金屬蓋板8以緊固該層疊結構。前金屬蓋板7通過連接螺絲13與變幅杆2相連。電極片分為相互間隔的兩組，其中一組(兩片)通過導線連接至控制器中驅動電源的正極，另一組(兩片)通過導線連接至控制器中驅動電源的負極；即，連接至正極的兩片電極片與連接至負極的兩片電極片相互間隔布置。預應力螺杆10的外部套設絕緣管12，以避免兩電路之間發生短路。本實施例中所用壓電陶瓷縱向超聲波換能器中，壓電陶瓷元件5的直徑50mm，共振頻率20kHz。後金屬蓋板8是合金鋼，前金屬蓋板7是鋁合金。超聲波換能器與變幅杆2通過l/2』-24UNF的連接螺絲13連接為一個整體。合金鋼的變幅杆2設計成放大倍數是二倍，能夠把換能器的振幅放大二倍。所述控制器I中設置自動跟蹤系統最佳頻率點的掃頻電路模塊。該掃頻電路模塊具有掃頻功能，能夠自動跟蹤超聲波系統(此處的超聲波系統是指壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器和結垢設備的本體在內的全部設備。)的最佳頻率點一直穩定工作；也可以設定為在最佳頻率點附近的一個合適的範圍內，按照設定的步距，分別在多個頻率點工作，以期達到最好的除垢防垢效果。例如，超聲波系統本身最佳的工作頻率是19. 80kHz，如果長期在這個頻率工作，肯定有比較好的除垢效果。但很可能這個頻率對某種個別的汙垢效果較差。如果我們把振動頻率略微改動，除垢效果有可能會更好。在這種情況下，我們可以設定工作頻率在19.40kHz20. 20kHz之間，步距0.05kHz。這樣，超聲波系統實際的工作狀態是先在19. 40kHz工作一下，然後是在19. 45kHz的頻率再工作一次，然後是19. 50kHz振動一次，然後是19. 55kHz。以此類推，一直到20. 20kHz的頻率振動一次後，又從19. 40kHz的頻率開始工作。對於掃描電路模塊，本領域技術人員只需在具備相應電子技術知識的基礎上，可根據自己的理解自行製作，其實現並無任何技術難度。當然，也可以直接選購杭州成功超聲設備有限公司生產的RAD-21型號的掃描電路模塊。
權利要求1.壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，包括通過電纜連接至控制器的超聲波換能器，其特徵在於，所述超聲波換能器是壓電陶瓷縱向超聲波換能器，超聲波換能器與變幅杆相連；變幅杆另一端設連接底座且連接底座通過粘接或焊接固定於結垢設備的本體上，或者變幅杆另一端通過粘接或焊接直接固定於結垢設備的本體上。
2.根據權利要求I所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述壓電陶瓷縱向超聲波換能器具有一個由壓電陶瓷元件與電極片間隔布置的層疊結構，壓電陶瓷元件與電極片各有至少兩片；該層疊結構的兩端分別為前金屬蓋板和後金屬蓋板，並由預應力螺杆連接前金屬蓋板和後金屬蓋板以緊固該層疊結構。
3.根據權利要求2所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述預應力螺杆貫穿該層疊結構的中心，且預應力螺杆的外部套設絕緣管。
4.根據權利要求2所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述電極片分為相互間隔的兩組，其中一組通過導線連接至控制器中驅動電源的正扱，另ー組通過導線連接至控制器中驅動電源的負極；即，連接至正極的電極片與連接至負極的電極片相互間隔布置。
5.根據權利要求2所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述超聲波換能器的前金屬蓋板通過連接螺絲與變幅杆相連。
6.根據權利要求I至5任意一項中所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述控制器中設置自動跟蹤系統最佳頻率點的掃頻電路模塊。
7.根據權利要求I至5任意一項中所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述變幅杆另一端設連接底座吋，變幅杆通過連接螺絲固定於連接底座上。
8.根據權利要求I至5任意一項中所述的壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器，其特徵在於，所述壓電陶瓷縱向超聲波換能器的外形呈倒喇叭形。
專利摘要本實用新型涉及超聲波應用技術，旨在提供一種壓電陶瓷縱向超聲波防垢除垢器。該防垢除垢器包括通過電纜連接至控制器的超聲波換能器，所述超聲波換能器是壓電陶瓷縱向超聲波換能器，超聲波換能器與變幅杆相連；變幅杆另一端設連接底座且連接底座通過粘接或焊接固定於結垢設備的本體上，或者變幅杆另一端通過粘接或焊接直接固定於結垢設備的本體上。本實用新型的超聲波振動器的能量轉換部分採用壓電陶瓷，安裝簡便，既能夠節能降耗，整機的使用壽命也延長了。振動器共振頻率可以根據需要進行事先的設計，達到最好的除垢防垢效果；壓電陶瓷的驅動方式是高阻電壓驅動，傳輸的電流很小；控制器內置掃頻電路模塊，超聲波輸出波形好，頻率準。
文檔編號B06B1/06GK202460959SQ20122003516
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月3日 優先權日2012年2月3日
發明者華大成, 陳元平 申請人:杭州成功超聲設備有限公司