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1、(10)申请公布号 CN 103028538 A (43)申请公布日 2013.04.10 C N 1 0 3 0 2 8 5 3 8 A *CN103028538A* (21)申请号 201210542589.9 (22)申请日 2012.12.15 B06B 1/06(2006.01) H01L 41/187(2006.01) G01K 17/06(2006.01) (71)申请人山东力创科技有限公司 地址 271100 山东省莱芜市高新区凤凰路 009号 申请人浙江嘉康电子股份有限公司 (72)发明人郝振刚 陶锋烨 李梅 王宁 (54) 发明名称 超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电 。
2、陶瓷片 (57) 摘要 本发明公开了一种超声波热量表超声波换能 器用嵌固极面压电陶瓷片，包括压电陶瓷片本体， 压电陶瓷片本体为圆形，其特征在于：在压电陶 瓷片本体的负极面设有声匹配材料层嵌入凹穴； 在压电陶瓷片本体的正极面设有信号处理板粘结 层嵌入凹穴。该超声波热量表超声波换能器用嵌 固极面压电陶瓷片，由于在压电陶瓷片的负极面 和正极面均设有等距排列的凹穴，可大幅度的提 高结合面积，提高相互嵌入的结合拉力，所以，能 使压电陶瓷片与声匹配材料层和信号处理板粘结 层嵌入固定，使其固定牢固，并具有一定的柔性， 从而确保超声波换能器正常发射和接受超声波信 号，提高了超声波换能器耐高低温、耐老化的能 力。
3、，同时也提高了超声波热量表计量精度和使用 寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片，包括压电陶瓷片本体（1），压 电陶瓷片本体（1）为圆形，其直径为6.0-16.0mm，厚度为1.0-3.0mm，其特征在于：所述的压 电陶瓷片本体（1）的负极面设有声匹配材料层嵌入凹穴（2）；所述的压电陶瓷片本体（1）的 正极面设有信号处理板粘结层嵌入凹穴（3）。 2.根据权利要求1所述的超声波热量表超声波换能器。
4、用嵌固极面压电陶瓷片，其特征 在于：所述的压电陶瓷片本体（1）的声匹配材料层嵌入凹穴（2）和信号处理板粘结层嵌入 凹穴（3）的深度均为1.6-2.5um，成行、成列排列，横向间距为1-2 mm，纵向间距为1-2 mm。 3.根据权利要求1或2所述的超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片，其 特征在于：所述的压电陶瓷片本体（1）的信号处理板粘结层嵌入凹穴（3）与压电陶瓷片本 体（1）的声匹配材料层嵌入凹穴（2）的排列位置及深度相对应一致。 4.根据权利要求1或2所述的超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片，其 特征在于：所述的压电陶瓷片本体（1）的信号处理板粘结层嵌入凹穴（3）与压电。
5、陶瓷片本 体（1）的声匹配材料层嵌入凹穴（2）的排列位置交错排列，深度不一致。 权 利 要 求 书CN 103028538 A 1/4页 3 超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片 0001 技术领域 0002 本发明涉及一种压电陶瓷片的改进，具体地说是一种超声波热量表超声波换能器 用嵌固极面压电陶瓷片。 背景技术 0003 压电陶瓷片是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。当交电电压作 用于压电陶瓷片时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷片 时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由压电陶瓷片构成的振动器施加一个电信号 时，就会因弯曲振动发射出超声波。。
6、相反，当向振动器施加超声振动时，就会产生一个电信 号，基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波热量表超声波传感器。 0004 超声波热量表是一种热计量装置，用于测量及显示水流经热交换系统所释放或吸 收热能量的仪表，其流量测量采用超声波原理，超声波换能器是其超声信号采集的核心部 件，而压电陶瓷片则是超声波换能器的核心部件。 0005 所述的超声波换能器包括密封的圆形换能器外壳、圆形压电陶瓷片、声匹配材料 层、圆形的信号处理板和密封层，圆形压电陶瓷片的负极面和正极面均为光滑的平面，在圆 形压电陶瓷片的负极面贴合粘结上声匹配材料层，在圆形压电陶瓷片的正极面贴合粘结上 圆形的信号处理板。这种超声波换能。
7、器所使用的圆形压电陶瓷片的不足在于：一是由于压 电陶瓷片的负极面的光滑度很高，与声匹配材料层为贴合粘接，结和面小，无相互嵌入的拉 力，所以压电陶瓷片负极面与声匹配材料层粘接不牢固；同理，由于压电陶瓷片的正极面 也是光滑的平面，所以压电陶瓷片的正极面与圆形的信号处理板粘接也不牢固；二是由于 超声波热量表使用的阶段性，应用于超声波热量表上的超声波换能器直接接触管道供暖介 质，即供暖期的高温水，在非供暖期间供暖介质处于常温状态，使超声波换能器经常会处于 冷热交替过程中，这种环境条件，则要求压电陶瓷片与声匹配材料层和信号处理板粘接牢 固，如果粘结不牢固，可导致压电陶瓷片与声匹配材料层或信号处理板分离，。
8、从而使超声波 换能器无法发射和接受超声波信号，降低声传递性能，继而影响超声波热量表的正常运行 和计量精度。经过检索，目前的超声波换能器用压电陶瓷片的负极面和正极面均没有与声 匹配材料层或信号处理板粘结剂相互嵌固、以增加粘结面积和强度的报导。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种能够提高压电陶瓷片与声匹配材料层和信号处理板 粘结力、提高声传递性能、确保超声波换能器正常发射和接受超声波信号、继而提高超声波 热量表计量精度的超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片。 0007 为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该超声波热量表超声波换 能器用嵌固极面压电陶瓷片，包括压电陶瓷片本体。
9、，压电陶瓷片本体为圆形，其直径为 说 明 书CN 103028538 A 2/4页 4 6.0-16.0mm，厚度为1.0-3.0 mm，其特征在于：所述的压电陶瓷片本体的负极面设有声匹配 材料层嵌入凹穴；所述的压电陶瓷片本体的正极面设有信号处理板粘结层嵌入凹穴。 0008 本发明还通过如下措施实施：所述的压电陶瓷片本体的声匹配材料层嵌入凹穴和 信号处理板粘结层嵌入凹的深度均为1.6-2.5um，成行、成列排列，横向间距为1-2 mm，纵向 间距为1-2 mm； 所述的压电陶瓷片本体的信号处理板粘结层嵌入凹穴与压电陶瓷片本体的声匹配材 料层嵌入凹穴的排列位置及深度相对应一致； 所述的压电陶瓷片。
10、本体的信号处理板粘结层嵌入凹穴与压电陶瓷片本体的声匹配材 料层嵌入凹穴的排列位置交错排列，信号处理板粘结层嵌入凹穴的深度与声匹配材料层嵌 入凹穴的深度不一致； 所述的声匹配材料层嵌入凹穴和信号处理板粘结层嵌入凹穴的成型方法为等离子刻 蚀、高压离子刻蚀、高密度离子刻蚀、反应离子刻蚀中的一种。 0009 用本发明生产的超声波换能器，装入超声波热量表后，与原有的超声波热量表相 比：长期使用的稳定性提高了30-35%，使用寿命提高了30-40%。 0010 本发明的有益效果在于：与目前超声波热量表超声波换能器使用的压电陶瓷片相 比，由于在压电陶瓷片的负极面和正极面均设有等距排列的凹穴，可大幅度的提高结。
11、合面 积，提高相互嵌入的结合拉力，所以，能使压电陶瓷片与声匹配材料层和信号处理板粘结层 嵌入固定，使其固定牢固，并具有一定的柔性，从而确保超声波换能器正常发射和接受超声 波信号，提高了超声波换能器耐高低温、耐老化的能力，同时也提高了超声波热量表计量精 度和使用寿命。 附图说明 0011 图1为发明的结构俯视示意图； 图2为发明的结构沿A-A剖视示意图； 图3为发明的应用状态剖视示意图。 0012 图中：1、压电陶瓷片本体；2、声匹配材料层嵌入凹穴；3、信号处理板粘结层嵌入 凹穴；4、圆形换能器外壳；5、声匹配材料层；6、密封层；7、屏蔽电缆；8、信号处理板。 具体实施方式 0013 实施例1 。
12、图1、图2给出了一个实施例。该超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片， 包括压电陶瓷片本体1，压电陶瓷片本体1为圆形，其直径为11mm，厚度为2.0mm，其特征在 于：所述的压电陶瓷片本体1的负极面设有声匹配材料层嵌入凹穴2，通过声匹配材料层嵌 入凹穴2与声匹配材料层相嵌入结合，这样，可增加结合面积，提高粘结拉力，使其粘结牢 固；所述的压电陶瓷片本体1的正极面设有信号处理板粘结层嵌入凹穴3，通过信号处理 板粘结层嵌入凹穴3与信号处理板粘结层相嵌入结合，这样，可增加结合面积，提高粘结拉 力，使信号处理板粘结牢固。 0014 作为本发明的改进：所述的压电陶瓷片本体1的声匹配材料层嵌入凹穴2和。
13、信号 处理板粘结层嵌入凹3的深度均为2.5um，成行、成列排列，横向间距为1.5mm，纵向间距为 说 明 书CN 103028538 A 3/4页 5 1.5mm； 所述的压电陶瓷片本体1的信号处理板粘结层嵌入凹穴3与压电陶瓷片本体1的声匹 配材料层嵌入凹穴2的排列位置与深度相对应一致； 所述的声匹配材料层嵌入凹穴2和信号处理板粘结层嵌入凹穴3的成型方法为等离子 刻蚀。 0015 图3给出了使用本发明时的安装示意图，首先在密封的圆形换能器外壳4内的底 部装入声匹配材料层5，再装入本发明，本发明的负极面的声匹配材料层5压入声匹配材料 层嵌入凹2内，嵌入粘结固定，再将信号处理板的粘结层压入压电陶瓷。
14、片本体1正极面的信 号处理板粘结层嵌入凹穴3内，嵌入粘结固定上圆形的信号处理板8，再通过填满密封层6 将屏蔽电缆7固定，即装配成功了超声波换能器。 0016 用本发明生产的超声波换能器，装入超声波热量表后，与原有的超声波热量表相 比：长期使用的稳定性提高了35%；使用寿命提高了40%。 0017 实施例2 该超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片，包括压电陶瓷片本体1，压电陶 瓷片本体1为圆形，其直径为6.0mm，厚度为1.0mm，其特征在于：所述的压电陶瓷片本体1 的负极面设有声匹配材料层嵌入凹穴2；所述的压电陶瓷片本体1的正极面设有信号处理 板粘结层嵌入凹穴3。 0018 所述的压电。
15、陶瓷片本体1的声匹配材料层嵌入凹穴2的深度为2.0um，成行、成列 排列，横向间距为1mm，纵向间距为1mm； 所述的压电陶瓷片本体1的信号处理板粘结层嵌入凹穴3与压电陶瓷片本体1的声匹 配材料层嵌入凹穴2的排列位置交错排列，深度为1.6um； 所述的声匹配材料层嵌入凹穴2和信号处理板粘结层嵌入凹穴3的成型方法为高压离 子刻蚀。 0019 安装使用同实施例1。 0020 用本发明生产的超声波换能器，装入超声波热量表后，与原有的超声波热量表相 比：长期使用的稳定性提高了30%；使用寿命提高了35%。 0021 实施例3 该超声波热量表超声波换能器用嵌固极面压电陶瓷片，包括压电陶瓷片本体1，压电陶。
16、 瓷片本体1为圆形，其直径为16.0mm，厚度为3.0mm，其特征在于：所述的压电陶瓷片本体1 的负极面设有声匹配材料层嵌入凹穴2；所述的压电陶瓷片本体1的正极面设有信号处理 板粘结层嵌入凹穴3。 0022 所述的压电陶瓷片本体1的声匹配材料层嵌入凹穴2和信号处理板粘结层嵌入凹 3的深度均为2.5um，成行、成列排列，横向间距为2.0mm，纵向间距为2.0mm； 所述的压电陶瓷片本体1的信号处理板粘结层嵌入凹穴3与压电陶瓷片本体1的声匹 配材料层嵌入凹穴2的排列位置及深度相对应一致。 0023 所述的声匹配材料层嵌入凹穴2和信号处理板粘结层嵌入凹穴3的成型方法为高 密度离子刻蚀。 0024 安装使用同实施例1。 0025 用本发明生产的超声波换能器，装入超声波热量表后，与原有的超声波热量表相 说 明 书CN 103028538 A 4/4页 6 比：长期使用的稳定性提高了32%，使用寿命提高了30%。 说 明 书CN 103028538 A 1/1页 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 103028538 A 。