能進行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件的製作方法
2023-05-01 03:36:26 1
專利名稱：能進行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種機械上的連接零部件，特別是一種具有在低、高溫、水、水溶液、化學品、及高能輻射中仍能保持其穩定性的超聲波傳感器裝置的技術。能通過超聲波測量儀對組裝時連接零部件的預緊力，對拉力、扭力進行精確的測量。本實用新型超聲波傳感器具有分層結構，它的功能層、電極層和壓電層通過物理和化學鈍化層來固定或嵌入，通過緊湊的層結構來進一步減少化學活性面。利用這些鈍化層來抑制由高溫或高能輻射所激發的擴散、氧化、脫氧，減少以及腐蝕等化學降解過程。通過在緊湊的物理化學防護層中進一步的固定和嵌入使得超聲波傳感器裝置表面化學活性的減少得以實現。
背景技術：
目前，利用超聲波檢測技術對組裝時的機械連接零部件進行檢測，如對螺釘或螺栓在組裝時的預緊力、張力的檢測。在檢測中，在連接零部件的端面上設置超聲波傳感器， 一般的超聲波傳感器缺點在於超過200°C時，它的功能層就會擴散、氧化、脫氧減少以及腐蝕，後果是完全失去壓電功能，無法進行正常的檢測工作；另一個缺點是水和液體浸入後， 會導致電極層和壓電層的功能消失。在目前的超聲波傳感器中使用了聚偏氟乙烯膜材料， 其缺點是不耐高溫，溫度超過約70°C時就開始老化，在極端情況下甚至可能溶解，並且在表面觀察不到，因此利用這樣受損的超聲波傳感器進行檢測，會導致測量結果不準確，所發生的誤差率達到40%，甚至無法進行超聲波測量。此外，在機械連接零部件的測量面使用耦合凝膠的耦合超聲波傳感器進行測量時並不適合，因為在探頭定位時，微小的差異會導致超聲波耦合預備時間的差別，無法實現所需測量的精確度。
發明內容本實用新型的目的是提供一種具有超聲波傳感器的連接件，其傳感器在1500°C以上高溫時，仍能夠長期保持穩定運行，同時耐水、化學品的浸蝕和高能輻射，並保持其工作穩定性。本實用新型提供的技術方案如下它包括連接件，其特徵在於在連接件的一端面或兩端面上設置超聲波傳感器原件，其結構是，逐層分別嵌鍍壓電層，鈍化層和電極層， 即最內層設置第一鈍化層，在第一鈍化層上面中部設置壓電層，在壓電層上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設置第二鈍化層，第二鈍化層的上面中部設置環狀第一電極層，在環狀第一電極層內設置第二電極層，在環狀第一電極層和第二電極層上面及外周的第二鈍化層上面設置第三鈍化層，在第三鈍化層的上面設置機械防護層。本實用新型所述的這些嵌鍍層，可以由各種不同的材料構成以滿足各種用途。通過不同的材質構造使得它們具有抗潮溼和腐蝕性介質等特性。上述的連接件可以是螺釘、螺栓、螺柱、空心釘、鉚釘、銷釘、法蘭、拉杆、發動機零件或飛機零件等。[0008]上述的壓電層表面設置傾斜角度以適宜發射和接受縱向以及線性橫向偏振超聲波。本實用新型的積極效果是連接件上的超聲波傳感器裝置在高於500°C以上高溫時，仍能夠長期保持穩定運行，同時耐水、化學品的浸蝕和高能輻射，並保持其工作穩定性。 檢測結果更精確。在設備維護期間能隨時對任何連接件進行檢測，檢測方便。
圖1是本實用新型的超聲波傳感器的結構剖面示意圖。圖2是超聲波傳感器可以嵌鍍在另一端面的示意圖。圖3是第一電極層和第二電極層平面設置示意圖。圖4是本實用新型連接超聲波檢測設備示意圖。圖5、圖6、圖7、圖8、圖9是幾種不同形狀連接件設置超聲波傳感器裝置的示意圖。
具體實施方式
見圖1、2、3，具體實施例1結構如下本實用新型的連接零部件為帶連接螺紋1的螺柱10，在組裝時，它擰入一個部件的螺孔或螺母。在螺柱10的一個端面2或兩個端面2、 12上(見圖2)設置超聲波傳感器裝置11，超聲波傳感器裝置11的結構是在螺柱10的端面上，即最內層嵌鍍第一鈍化層9，第一鈍化層9採用材料二氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、碳化矽或碳氮化矽，在第一鈍化層化層9上面的中部嵌鍍壓電層3，壓電層3採用氧化鋅、矽、鋇鈦、鈮酸鋰或鎵磷酸鹽；在壓電層3上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設置第二鈍化層 8，第二鈍化層8採用二氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、碳化矽或碳氮化矽；在第二鈍化層8的上面中部設置電極層，電極層設有兩個相互隔離的電極，本實施例的兩二個電極設有環狀第一電極4，在環狀第一電極4內設置第二電極5，電極層材料可選用以下一種材料鈦、氮化鈦、氮化鈦矽、鈦氮化鋁、碳化矽或碳氮化矽。還可採用兩個平行的電極。在環狀第一電極 4和第二電極5上面及外周的第二鈍化層8上面設置第三鈍化層7，第三鈍化層7採用二氧化矽、氮氧化矽、氧化鋁、碳化矽或碳氮化矽材料；在第三鈍化層的上面設置機械防護層6 ； 機械防護層6選用氮化鈦、氮化鈦矽、鈦氮化鋁、氮化矽、、氮化鋁或碳化矽(根據需要來選用不同的材料)。超聲波傳感器的分層結構具有高度的附著力(大於50牛頓每平方毫米)，可以避免發生連接錯誤，可以更為精確的測量信號的傳播時間，從而更精確的測定連接件的拉力、 扭力、及預緊力。超聲波換傳感器各層結構的嵌鍍可以採用P ν D工藝(物理氣相沉積)、C V D工藝(化學氣相沉積)、熱噴塗、PAC V D工藝(等離子輔助化學氣相沉積)、電化學沉積工藝、有機或無機的自組織結構形成的塗層工藝來建造結構層。根據所選的用於製造壓電層的壓電性能材料，在溫度達到它居裡溫度之前可以產生有效的超聲波信號，從而實現精確的超聲波測量。見圖5、圖6、圖7、圖8、圖9，各圖所示連接件分別為外六角螺帽螺栓、圓帽內多角扳孔螺栓、螺釘、空心螺栓和內多角扳孔螺釘。圖中只表示部分連接件形狀，還有鉚釘、銷釘、法蘭、閥門、拉杆、墊片、軸承零件，引擎零件、飛機零件、發動機零件等未在圖中表達。在各圖中表達的各種連接件，其一端面設置超聲波傳感器11。見圖2，在圖2中的連接件，其兩端面設置超聲波傳感器11。上述連接件的材料最好選用高合金鋼、特種鋼、鈦、鈦合金、鋁和鋁合金、鎳合金、 黃銅、非磁性鋼等。見圖4，將本實用新型具有超聲波傳感器裝置的連接件連接超聲波檢測設備13， 連接方式是超聲波檢測設備13的信號傳輸線14觸點接觸超聲波傳感器11，另一信號傳輸線15觸點接觸螺柱10。通過超聲波檢測設備13和超聲波傳感器向螺柱10發出的超聲波脈衝和反射的超聲波脈衝回波，並由超聲波檢測設備13測量出預緊力、扭力和拉力。本實用新型提供的具有超聲波傳感器裝置的連接件能廣泛適用於航空航天、能源、風能、機械、汽車、內燃機和變速器等產品領域。例如適用於工作溫度極高的飛機發動機，甚至飛機發動機燃燒室外部的連接件，溫度可達500°C ；並且由溫度的反覆升降帶來的循環應力；同樣適用於核電廠工作溫度較高的設備上，以及其他領域的工作溫度升降溫差大的設備上。如在低溫應用領域的衛星技術、飛機和飛彈技術、低溫恆溫器應用、或高溫應用領域，如燃氣渦輪機、飛機發動機、燃燒室區或超聲波傳導器裝置的工作溫度要求在-270° C 至 1500° C。本實用新型中提出的超聲波傳感器本身可以經受頻繁的溫度循環，這些溫度循環的特點是很短的升溫時間，只有幾分鐘，持續的高溫負荷，冷卻緩慢。超聲波傳感器在經受這些溫度循環後仍能完全保持有效的工作，在分層結構之內不會出現可影響超聲波信號傳播時間的部分溶解現象。超聲波傳感器的分層結構具有高度的附著力(大於50牛頓每平方毫米)，可以避免發生連接錯誤，可以更為精確的測量信號的傳播時間，從而更精確的測定連接件的拉力、扭力及預緊力。
權利要求1.一種能進行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件，它包括連接件，其特徵在於在連接件的一端面或兩端面上設置超聲波傳感器原件，其結構是，逐層分別嵌鍍壓電層，鈍化層和電極層，即最內層設置第一鈍化層，在第一鈍化層上面中部設置壓電層，在壓電層上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設置第二鈍化層，第二鈍化層的上面中部設置環狀第一電極層，在環狀第一電極層內設置第二電極層，在環狀第一電極層和第二電極層上面及外周的第二鈍化層上面設置第三鈍化層，在第三鈍化層的上面設置機械防護層。
2.根據權利要求1所述的能進行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件，其特徵是連接件是螺釘、螺栓、螺柱、空心釘、鉚釘、銷釘、法蘭、拉杆、發動機零件或飛機零件。
專利摘要一種能進行超聲波精確測量具有超聲波傳感器的連接件，它包括連接零部件，其特徵是在連接零部件外端面上設置超聲波傳感器原件，即在連接零部件外端面上，即最內層設置第一鈍化層，在第一鈍化層上面中部設置壓電層，在壓電層上面及壓電層外周的第一鈍化層上面設置第二鈍化層，第二鈍化層的上面中部設置電極層，電極層有兩個相互隔離的電極，在電極層上面及外周的第二鈍化層上面設置第三鈍化層，在第三鈍化層的上面設置機械防護層。本實用新型的積極效果是連接件上的傳感器元件在500℃以上高溫時，仍能夠長期保持穩定運行，同時耐水、化學品的浸蝕和高能輻射，並保持其工作穩定性。檢測結果準確。在設備維護期間能隨時對任何連接件進行檢測，檢測方便。
文檔編號G01L1/25GK202216785SQ20112035504
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者陳威 申請人:陳威