[发明专利]陶瓷换能器及陶瓷换能式磁致伸缩变送器

说明书

技术领域

本发明属于过程工业领域，实现了一种能够适用于各种工况的陶瓷换能式磁致伸缩变送器，及其陶瓷换能器。

背景技术

传统的浮筒液位变送器是根据阿基米德定律设计而成的液位测量仪表，可用来测量液位、界位和密度，负责上下限位报警信号输出，专用于测量压力容器内的液位。

目前MTS公司的一种磁致伸缩液位计产品，采用的是基于逆磁致伸缩效应的扭力波拾取技术方案。其扭转波转换器的细节如图1所示，其明显的不足是：

1)零件数目多，需要偏置磁钢A，磁致伸缩金属片H，检测线圈D三者配合工作，且三者位置必须精密配合，整体制作成品高；

2)工艺复杂，磁致伸缩金属片与波导丝L的焊接难度较大，微型线圈的绕制也非常复杂，不易实现规模化生产且无法保证其一致性；

3)测量过程中整体的转换环节多，传递效率低，致使信号拾取的灵敏度低。

目前深圳万讯公司的一种压电换能式磁致伸缩传感器，采用的是平面压电换能式技术方案，其压电转换器的细节图如图2所示，其明显不足是：波导丝L纵向横置，因此只有在完全垂直的平面位置上才能最大精度的进行检测，其测量效果受重力及方向影响极大。

可见，目前常见的磁致伸缩液位变送器在过程应用中都重复出现以下问题：安装复杂；测量效果受重力及方向影响大；介质密度变化导致输出错误；扭力管渗漏及过程介质粘结在扭力管或浮筒壁上导致输出偏差大等。

本项目提出采用陶瓷换能器与磁致伸缩变送器相结合，不但能够很好的解决上述液位变送器产品中存在的问题，同时在测量中还可实现精度的大幅度提高。

发明内容

本发明的研究目的，为研发出一种适用于各种工况的磁致伸缩变送器，并且保证该技术能够实现高精度测量，在使用过程中最大程度降低测量环境及被测介质参数对测量结果的影响，从而直接且真实可靠的进行液位测量。同时该液位计的所有关键部件间实现无机械连接结构，使最终产品在使用过程中免维护。

本发明解决的技术问题在于，研制出了全新的陶瓷换能器，并保证该换能器中使用的波导丝材质均匀，换能器工作时360°都能够检测到有效信号，且信噪比能达到30∶1以上；通过采用磁致伸缩浮子使变送器测量值最大程度的不受介质密度变化影响；通过多口密封外装结构等技术实现该变送器不出现因介质密度变化而导致的输出错误，扭力管渗漏及过程介质粘结而导致的输出偏差大等问题；同时大幅度提高变送器在测量中的精度。

与现有的几款磁致伸缩液位计技术相比较，本发明技术方案的优点是：

1.机械扭力波通过压电效应直接转化为电信号，并通过压电陶瓷片的多级串联叠加大幅提高电信号的转换效率，从而提升有效信号的输出。

2.陶瓷换能器中的压电陶瓷片多级串联且非对称结构摆放，最大限度的消除了工作过程中产生的杂波和其他干扰信号，将工作时的信噪比提高到30∶1以上，从而大幅提高测量的可靠性。

3.陶瓷换能器采用军工级的压电陶瓷片制作，一体式封装在耐高温镀金铜套中，具有良好的耐高温及防潮性能，可适应各种工况温度。

4.磁致伸缩变送器整体结构大幅简化，无移动部件，整体安装工艺简单，安装要求低，产品稳定性极高，可适用于各种苛刻工况。

本发明的样机可以达到如下性能：

表头及电子部件

  测量参数  液面、界面