專利名稱：超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安裝在測(cè)量設(shè)備殼體內(nèi)的超聲換能器，其中，該超聲換能器
包括換能器殼體和殼體保持部，并且其中，該換能器殼體能夠在安裝狀態(tài)下通過(guò)其發(fā)送側(cè) 和/或接收側(cè)被施加介質(zhì)壓力。
背景技術(shù)：
前述類型的超聲換能器很久以來(lái)就是已知的，并且例如廣泛應(yīng)用于聲學(xué)流量測(cè)量 設(shè)備中。超聲換能器將電能轉(zhuǎn)換成薄膜的偏置(Auslenk皿g)，所述薄膜設(shè)置在換能器殼體 的發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)上；在這種情況下，超聲換能器充當(dāng)超聲發(fā)送器。反之亦然，設(shè)在發(fā) 送側(cè)和/或接收側(cè)上的薄膜通過(guò)存在于介質(zhì)內(nèi)的外部壓力波動(dòng)而被偏置并且這種偏置被 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)；在這種情況下，超聲換能器充當(dāng)超聲接收器。在例如液面測(cè)量的一些應(yīng) 用中，這種超聲換能器不僅用作為超聲發(fā)送器也用作為超聲接收器，在流量測(cè)量區(qū)域內(nèi)，超 聲換能器通常或者用作為超聲發(fā)送器，或者用作為超聲接收器。 在聲學(xué)流量測(cè)量中，主要利用了這樣一種效應(yīng)，S卩，在測(cè)量管中輸送的介質(zhì)中介 質(zhì)的輸送速度與聲音信號(hào)的傳播速度疊加。如果介質(zhì)沿聲音信號(hào)的方向輸送，則相對(duì)于 測(cè)量管的所測(cè)得的聲音信號(hào)的傳播速度比之在靜止介質(zhì)內(nèi)的大，如果介質(zhì)沿反向于聲音 信號(hào)的發(fā)出方向輸送，則聲音信號(hào)相對(duì)于測(cè)量管的速度比在靜止介質(zhì)內(nèi)的小。在聲音發(fā) 送器和聲音接收器(兩者都是超聲換能器)之間的聲音信號(hào)的輸送時(shí)間基于伴隨效應(yīng) (Mitf他reffekt)取決于介質(zhì)相對(duì)于測(cè)量管進(jìn)而相對(duì)于聲音發(fā)送器和聲音接收器的輸送速 度。 在基于發(fā)射聲音信號(hào)或者超聲信號(hào)的測(cè)量中，在流量測(cè)量領(lǐng)域中存在的問(wèn)題是，
在超聲換能器內(nèi)生成的超聲振動(dòng)不僅從換能器殼體的發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)傳遞至超聲換
能器的周圍介質(zhì)內(nèi)，而且所生成的振動(dòng)經(jīng)由換能器殼體(也許經(jīng)由殼體保持部，如果是不
同于測(cè)量設(shè)備殼體)則傳遞至所述測(cè)量設(shè)備殼體。因此不單出現(xiàn)在某些情況下發(fā)送功率的
很大一部分"丟失"的問(wèn)題，而且尤其由于對(duì)傳遞至測(cè)量設(shè)備殼體的超聲波的所謂串?dāng)_也會(huì)
導(dǎo)致明顯的接收側(cè)側(cè)的串?dāng)_問(wèn)題。這是由于，在接收側(cè)例如不能區(qū)別出，經(jīng)由介質(zhì)接收到的
超聲信號(hào)是有效信號(hào)，還是通過(guò)測(cè)量設(shè)備殼體接收到的超聲信號(hào)是有效信號(hào)，在這里，通過(guò)
測(cè)量設(shè)備殼體傳輸?shù)某曅盘?hào)再次在接收超聲換能器的換能器殼體內(nèi)發(fā)生串?dāng)_。 尤其是在氣體應(yīng)用的情況下(也就是介質(zhì)由氣體構(gòu)成的情況下)，從超聲換能器
傳送至氣態(tài)介質(zhì)內(nèi)的振動(dòng)能量分量與全部生成的振動(dòng)能量相比非常小，因而串?dāng)_問(wèn)題在這
里尤為嚴(yán)重。 針對(duì)如何能夠降低從換能器殼體內(nèi)的自身振動(dòng)發(fā)生器傳遞至換能器殼體并且繼 續(xù)傳遞至測(cè)量設(shè)備殼體的超聲振動(dòng)的串?dāng)_，現(xiàn)有技術(shù)已公開(kāi)了各種各樣的措施。 一些方法 涉及在結(jié)構(gòu)方面延長(zhǎng)從超聲生成器(例如換能器殼體的發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)上的壓電元 件)至向測(cè)量設(shè)備殼體上的過(guò)渡的傳輸路徑。另一些措施涉及嘗試對(duì)來(lái)自超聲換能器和/ 或測(cè)量設(shè)備殼體的剩余部分的超聲源進(jìn)行聲解耦，例如通過(guò)用材料實(shí)現(xiàn)聲學(xué)過(guò)渡的方法，聲學(xué)過(guò)渡造成糟糕的阻抗匹配，進(jìn)而使得傳遞的有效分量較低。通常還會(huì)將多個(gè)措施相互 組合。 在氣體應(yīng)用的情況下還存在這樣的問(wèn)題，S卩，直接傳遞至氣態(tài)介質(zhì)內(nèi)的能量分量 強(qiáng)烈依賴于壓力以及介質(zhì)密度。壓力波動(dòng)也將導(dǎo)致有效信號(hào)能量與串?dāng)_信號(hào)能量之比變化 很大，因此對(duì)超聲信號(hào)的基于信號(hào)電平或者信號(hào)電平比的分析造成困難。

發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種安裝在測(cè)量設(shè)備殼體上的超聲換能器，所述超聲 換能器實(shí)現(xiàn)了避免超聲信號(hào)串?dāng)_的另外的措施，并且至少部分避免了現(xiàn)有技術(shù)的已知缺 點(diǎn)。 解決了先前引出的任務(wù)的本發(fā)明聲學(xué)超聲換能器的首要以及基本特征在于，換能 器殼體在安裝狀態(tài)下與殼體保持部至少間接地構(gòu)成至少一個(gè)第一接觸面，通過(guò)預(yù)緊裝置， 換能器殼體和殼體保持部在第一接觸面中至少間接地以現(xiàn)有的然而盡可能小的表面壓力 相互擠壓。通過(guò)換能器殼體在殼體保持部中以盡可能小的表面壓力實(shí)現(xiàn)的支承獲得換能器 殼體和殼體保持部之間的很好的聲解耦，從而有效避免超聲串?dāng)_。因?yàn)榭偠灾跉んw保 持部和換能器殼體之間實(shí)現(xiàn)了盡可能小的至少間接的表面壓力，所以殼體保持部和換能器 殼體限定地互相支承，從而即使介質(zhì)壓力沒(méi)有向超聲換能器施加力，超聲換能器也具有預(yù) 定的外部幾何形狀。 本發(fā)明的措施基于這樣的認(rèn)識(shí)，S卩，兩個(gè)固體之間的聲音傳輸進(jìn)而超聲傳輸不僅 取決于其材料特性和幾何形狀，而且也取決于具體怎樣實(shí)現(xiàn)邊界過(guò)渡。 一個(gè)固體向相鄰固 體內(nèi)的聲音傳輸例如也取決于這些相鄰固體是否相壓，它們以何種力相互擠壓(或者在接 觸面上實(shí)現(xiàn)何種表面壓力)，或者這些相鄰固體是否以無(wú)作用力的方式僅依次放置。隨著表 面壓力增加，兩個(gè)固體之間的聲音傳輸變得更好。借助于根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的預(yù)緊裝置也達(dá) 到在限定殼體保持部和換能器殼體相互間的位置情況下在超聲換能器中實(shí)現(xiàn)最小可能的 初始表面壓力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了最小可能的聲音傳輸能力。 超聲換能器的換能器殼體通常沿縱向延伸，其中，大部分呈壓電晶體形式的真正 的超聲源位于縱向延伸的換能器殼體的一端。壓電晶體使薄膜偏置，由此超聲波沿?fù)Q能器 殼體的軸向延伸方向發(fā)射。 反之這意味著，周圍介質(zhì)的存在于換能器殼體之外的壓力作用于換能器殼體上， 然而引起的壓力加載及進(jìn)而引起的力作用僅沿?fù)Q能器殼體的縱向延伸部的軸向進(jìn)行，也就 是作用于設(shè)置在發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)的薄膜上?，F(xiàn)有的介質(zhì)壓力導(dǎo)致在通常的構(gòu)造形式中 沿?fù)Q能器殼體的軸向的在換能器殼體上的引起的力作用P。 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造方式規(guī)定，"換能器殼體在通過(guò)介質(zhì)施加壓力的安裝狀態(tài)
下至少間接地在第一接觸面上壓靠在殼體保持部上"的力取決于換能器殼體通過(guò)介質(zhì)引起
的壓力加載，所述力進(jìn)而第一接觸面內(nèi)的表面壓力也隨介質(zhì)壓力的增加而增加。通過(guò)這樣
的措施就利用了上述知識(shí)，即，以提高兩個(gè)固體(在此是換能器殼體和殼體保持部)之間的
接觸面上的表面壓力的方式促進(jìn)超聲波從一個(gè)固體至另一個(gè)固體的傳輸。 在此，殼體保持部和換能器殼體之間的表面壓力也能夠間接通過(guò)位于殼體保持部
和換能器殼體之間的固體來(lái)"中轉(zhuǎn)(vermittelt)"，這樣一方面在殼體保持部和中轉(zhuǎn)固體之
5間另一方面在中轉(zhuǎn)固體和換能器殼體之間構(gòu)造所述第一接觸面，如果要描述的話這是指， 換能器殼體在安裝狀態(tài)下間接與殼體保持部構(gòu)成第一接觸面，在這里，通常不可避免地出 現(xiàn)第二接觸面。 基于本發(fā)明的規(guī)定，在介質(zhì)無(wú)壓狀態(tài)下，換能器殼體和殼體保持部以盡可能小的 表面壓力至少間接地相互接觸，實(shí)際上沒(méi)有超聲波從換能器殼體傳輸至殼體保持部。在換 能器殼體以前述方式支承在殼體保持部上的情況下，換能器殼體抵靠殼體保持部上(具體 來(lái)說(shuō)，沿引起的壓力加載的方向)的力隨著介質(zhì)壓力增加而增加。由此雖然一方面造成了 對(duì)從換能器殼體傳播至殼體保持部的超聲波的串?dāng)_，然而另一方面也將聲音能量的增加的 部分輻射到了介質(zhì)中。 特別是在氣態(tài)介質(zhì)的情況下，介質(zhì)壓力的升高伴隨介質(zhì)密度的增加，從而以介質(zhì) 壓力增大并且促進(jìn)了從換能器殼體傳播至殼體保持部的超聲波的串?dāng)_的程度，也促進(jìn)超聲 波從換能器殼體的發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)傳輸至介質(zhì)內(nèi)。結(jié)果通過(guò)該措施，有效信號(hào)功率與 串?dāng)_信號(hào)功率之比保持不變，至少在介質(zhì)壓力改變的情況下比之在已知結(jié)構(gòu)情況下更少發(fā) 生變化，尤其是在這種結(jié)構(gòu)中，其中借助于預(yù)緊裝置的幫助帶來(lái)的表面壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過(guò) 介質(zhì)施加壓力加載帶來(lái)的第一接觸面上的表面壓力。 根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器優(yōu)選如此設(shè)計(jì)，S卩，通過(guò)預(yù)緊裝置造成的、至少間接的在 第一接觸面上的表面壓力小于10MPa，優(yōu)選小于7MPa，特別優(yōu)選小于6MPa，尤其優(yōu)選小于 5MPa。與此相關(guān)有利的是，通過(guò)預(yù)緊裝置造成的至少間接的、在第一接觸面上的表面壓力大 于0. 001MPa，優(yōu)選大于0. 005MPa，特別優(yōu)選大于0. OlMPa，尤其優(yōu)選大于0. 05MPa。已被證 實(shí)的是在制造方面很容易實(shí)現(xiàn)在第一接觸面上的表面壓力為0. 05MPa至5Mpa的超聲換能 器。 在本發(fā)明超聲換能器的一個(gè)特別優(yōu)選的構(gòu)造方式中規(guī)定，預(yù)緊裝置在換能器殼體 和殼體保持部之間是總體如此作用的，即，隨著介質(zhì)壓力越來(lái)越大，預(yù)緊裝置越來(lái)越松弛。 通過(guò)預(yù)緊裝置的這種構(gòu)造方式和設(shè)置方式獲得關(guān)于超聲傳輸?shù)念~外的補(bǔ)償效果。這是很容 易理解的，為了施加殼體保持部和換能器殼體之間的至少間接作用的表面壓力，預(yù)緊裝置 必須與殼體保持部和換能器殼體(即使不直接也仍然機(jī)械間接地)接觸，從而在這里，在換 能器殼體和殼體保持部之間形成"聲橋"。按照同樣的規(guī)律，預(yù)緊裝置和換能器殼體之間或 者預(yù)緊裝置和殼體保持部之間的接觸面隨著表面壓力增大，聲音傳輸能力也增大。然而如 果預(yù)緊裝置如前述方式設(shè)置和安裝，則在介質(zhì)壓力增大情況下，從換能器殼體至殼體保持 部的聲音傳輸雖會(huì)越來(lái)越好，然而由于在那里表面壓力在降低，預(yù)緊裝置的聲音傳輸能力 同時(shí)降低。 在根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的另一變形方式中規(guī)定，殼體保持部包括第一保持件 和第二保持件，其中，第一保持件和第二保持件在裝配狀態(tài)下形成自由空間，換能器殼體的 部段安裝在該自由空間內(nèi)，其中，換能器殼體的該部段沿方向以及逆向于引起的壓力加載 的方向間接或者直接支承在第一保持件和第二保持件上，第一保持件和第二保持件在一定 程度上夾住換能器殼體的部段，并且這樣整體保持換能器殼體。根據(jù)該變形方式特別規(guī)定， 第一保持件由測(cè)量設(shè)備殼體的具有空腔的部段構(gòu)成，其中，換能器殼體能夠安裝到測(cè)量設(shè) 備殼體的空腔內(nèi)，并且第二保持件由可安裝在測(cè)量設(shè)備殼體的該部段的空腔內(nèi)的以及可與 測(cè)量設(shè)備殼體的部段連接的套筒構(gòu)成。
在后一種變形方式中，如果第二保持件能夠擰接到第一保持件內(nèi)，并且預(yù)緊裝置 是通過(guò)第二保持件的螺紋與第一保持件的相應(yīng)螺距的共同作用實(shí)現(xiàn)的，則能夠特別簡(jiǎn)單地 調(diào)節(jié)擠壓力。 在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造方式中，在超聲傳輸被抑制情況下如此實(shí)現(xiàn)另一改進(jìn)方 式，即，換能器殼體和殼體保持部在安裝狀態(tài)下沿引起的壓力加載的方向通過(guò)中間空間相 互間隔，其中，在該中間空間內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)聲解耦元件，其中，尤其是如此選擇解耦元件 的材料和尺寸，即，在換能器殼體和解耦元件之間和/或解耦元件和殼體保持部之間實(shí)現(xiàn) 盡可能小的造成的聲阻抗匹配(Impedanzanpassung)。通過(guò)差的阻抗匹配實(shí)現(xiàn)超聲能量的 僅較小的分量傳送至接觸面，超聲波的較大分量被反射，至少未抵達(dá)殼體保持部或者說(shuō)殼 體內(nèi)。


具體來(lái)說(shuō)現(xiàn)在有各種各樣的可能性來(lái)構(gòu)造和改進(jìn)本發(fā)明的超聲換能器。就此而言
參閱權(quán)利要求l的從屬權(quán)利要求并參閱結(jié)合

的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中 圖1示出安裝狀態(tài)下的本發(fā)明超聲換能器的橫剖視面； 圖2是圖1示出的從換能器殼體至殼體保持部的過(guò)渡部的細(xì)節(jié)圖； 圖3示出具有附加解耦元件的本發(fā)明超聲換能器的另一實(shí)施例；以及 圖4示出具有多個(gè)解耦元件的本發(fā)明超聲換能器的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1至圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器的縱剖圖，所述超聲換能器被安 裝在測(cè)量設(shè)備殼體1內(nèi)，其中，測(cè)量設(shè)備殼體1僅在圖1至圖3中示出。超聲換能器包括換 能器殼體2和殼體保持部3a、3b，其中，在安裝狀態(tài)下?lián)Q能器殼體2可以通過(guò)發(fā)送側(cè)和/或 接收側(cè)4以介質(zhì)壓力加載，在附圖中未詳盡示出介質(zhì)。 這些附圖僅示意性示出超聲換能器的基本的感興趣的組成部分。例如并未示出真 正的超聲激勵(lì)器5(其在實(shí)施例中是壓電元件)的連線。無(wú)關(guān)緊要的是換能器殼體2是一 體的還是多部分、超聲換能器頭部細(xì)節(jié)是怎樣具體構(gòu)成的、以及例如超聲換能器在其發(fā)送 側(cè)和/或接收側(cè)4由哪種材料制成；并且這在下面也沒(méi)有詳細(xì)示出。 總而言之，所示出的超聲換能器的特征在于，換能器殼體2在安裝狀態(tài)下至少間 接地與殼體保持部3a、3b構(gòu)成第一接觸面6，并且通過(guò)預(yù)緊裝置14，換能器殼體2和殼體保 持部3a、3b至少間接地在第一接觸面6上以存在的然而盡可能小的表面壓力相互擠壓。從 而如前述那樣達(dá)到了，在相對(duì)于殼體保持部3a、3b同時(shí)限定地定位換能器殼體2時(shí)，在換能 器殼體2和殼體保持部3a、3b之間實(shí)現(xiàn)了不良的聲音傳輸。 從這些附圖可以看出，超聲換能器的發(fā)送側(cè)和接收側(cè)4暴露于介質(zhì)，因而也承受 介質(zhì)中存在的壓力。在所示實(shí)施例中，這種介質(zhì)壓力導(dǎo)致在以P標(biāo)識(shí)的方向上引起的壓力 加載。 如果所討論的是，換能器殼體2和殼體保持部3a、3b以存在的然而盡可能小的表 面壓力相互擠壓，那么這涉及通過(guò)應(yīng)用預(yù)緊裝置14在結(jié)構(gòu)方面造成的表面壓力，而不涉及 通過(guò)外部影響得到的力作用(即，例如通過(guò)由換能器殼體2施加到殼體保持部3a、3b上的重力或者通過(guò)壓力作用得到的力作用)。 由于換能器殼體2和殼體保持部3a、3b通過(guò)預(yù)緊裝置14通過(guò)盡可能小的表面壓 力(特別是在可能造成的壓力加載的方向P上)被相互擠壓，因此缺乏超聲傳輸必需的、且 通過(guò)較高表面壓力緊密地形成的第一接觸面6地極大地避免了從換能器殼體2至殼體保持 部3a、3b的超聲信號(hào)的串?dāng)_。較小的表面壓力僅允許較少的超聲傳輸。
在所有所示的實(shí)施例中有利的是，"換能器殼體2在通過(guò)介質(zhì)施加壓力的安裝狀態(tài) 下至少間接地在至少第一接觸面6上壓靠在殼體保持部3a、3b上"的力是取決于由換能器 殼體2通過(guò)介質(zhì)引起的壓力加載，所述力及進(jìn)而第一接觸面6上的表面壓力也隨著介質(zhì)壓 力的增加而增加。如前所述，這尤其是在氣態(tài)介質(zhì)的情況下是具有下述優(yōu)點(diǎn)的，即，在換能 器殼體2間接或者直接擠壓殼體保持部3a、3b的擠壓力越來(lái)越大情況下，也就是表面壓力 越來(lái)越大情況下，雖然超聲信號(hào)更易受串?dāng)_，然而同時(shí)由于因較高壓力造成的較高的介質(zhì) 密度，所以超聲信號(hào)也可以更好地從超聲換能器傳輸至介質(zhì)，因此有效信號(hào)功率與串?dāng)_信 號(hào)功率之比僅發(fā)生輕微的改變或者甚至完全沒(méi)有發(fā)生改變。 在附圖所示的實(shí)施例中，通過(guò)預(yù)緊裝置14造成的、至少間接壓在第一接觸面6處 的表面壓力大約為2MPa，該值在精密機(jī)械和結(jié)構(gòu)方面具有良好的可操控性。
根據(jù)圖4的超聲換能器的特征在于，預(yù)緊裝置14在換能器殼體2和殼體保持部 3a、3b之間是如此產(chǎn)生作用的，S卩，隨著介質(zhì)壓力越來(lái)越大預(yù)緊裝置14變得越來(lái)越松弛。這 在圖4所示的超聲換能器中如下實(shí)現(xiàn)S卩，殼體保持部3a、3b包括第一保持件3a和第二保 持件3b，其中，換能器殼體2插入第一保持件3a，在第一保持件3a的一側(cè)，第一保持件3a 的凸肩11和換能器殼體2的凸肩12對(duì)置，并且在第一保持件3a的另一側(cè)區(qū)域內(nèi)，第二保 持件3b與換能器殼體2連接，并且第二保持件3b與第一保持件3a阻擋地對(duì)置，其中，第二 保持件3b是形狀配合連接的固定環(huán)。 在根據(jù)圖4的超聲換能器中，預(yù)緊元件14直接接觸第一保持件3a和第二保持件 3b，其中，第二保持件3b將預(yù)緊裝置14產(chǎn)生的力傳遞到換能器殼體2。如果通過(guò)增加的壓 力而使換能器殼體2更進(jìn)一步壓入保持件3a，則第一保持件3a和設(shè)有預(yù)緊裝置14的第二 保持件3b之間的間隙較大，從而預(yù)緊裝置14施加的力也較小。由此使得預(yù)緊裝置14和第 一保持件3a以及第二保持件3b之間的表面壓力也變得更小，因此隨著介質(zhì)壓力的增加預(yù) 緊裝置14變得越來(lái)越不適于將超聲波從換能器殼體2傳遞至殼體保持部3a、3b。
在另一變形方式中，預(yù)緊裝置14設(shè)在第一保持件3a和第二保持件3b之間，預(yù)緊 裝置14 一方面支承在第一保持件3a上，另一方面直接支承在換能器殼體2上，然而其在這 里未示出。圖4中預(yù)緊裝置14被構(gòu)造為彈簧圈，本發(fā)明中被構(gòu)造為彎曲彈簧圈。
在圖1至圖3所示的超聲換能器中，殼體保持部3a、3b同樣包括第一保持件3a和 第二保持件3b，其中，第一保持件3a和第二保持件3b形成自由空間9，換能器殼體2的部 段10安裝在該自由空間9內(nèi)，其中，換能器殼體2的部段10沿方向P以及逆向于引起的壓 力加載的方向P的反方向間接或者直接支承在第一保持件3a和第二保持件3b上。第一 保持件3a由測(cè)量設(shè)備殼體1的具有空腔的部段構(gòu)成，其中，換能器殼體2安裝在測(cè)量設(shè)備 殼體1的該空腔內(nèi)。第二保持件3b由可安裝到測(cè)量設(shè)備殼體1的部段的空腔內(nèi)的以及可 與測(cè)量設(shè)備殼體1的部段連接的套筒構(gòu)成。在此第二保持件3b能夠擰接到第一保持件3a 中，并且預(yù)緊裝置14通過(guò)第二保持件3b的螺紋與第一保持件3a的相應(yīng)螺距的共同作用實(shí)現(xiàn)。在擰上套筒時(shí)通過(guò)測(cè)量扭矩能夠非常簡(jiǎn)單地得出和確定在軸向上作用的力進(jìn)而得出和 確定整體作用的表面壓力，從而能夠容易地設(shè)定出所希望的存在的然而盡可能小的表面壓 力。 如此設(shè)計(jì)第一保持件3a和第二保持件3b之間的螺紋，即，螺紋接觸面具有大約 7Mpa的由預(yù)緊裝置14造成的最大表面壓力。 在根據(jù)圖3和圖4的實(shí)施例中，換能器殼體2和殼體保持部3a、3b在安裝狀態(tài)下 沿引起的壓力加載的方向P通過(guò)中間室15相互保持間隔，其中，在該中間室15內(nèi)設(shè)有至少 一個(gè)聲解耦元件7a，其中，如此選擇解耦元件7a的材料和尺寸，即，在換能器殼體2和解耦 元件7a之間和殼體保持部3a、3b之間實(shí)現(xiàn)盡可能小的引起的聲阻抗匹配。
在根據(jù)圖4的超聲換能器中，三個(gè)聲解耦元件7a、7b、7c設(shè)置在中間室15內(nèi)，也就 是沿施加的壓力加載的方向P彼此相鄰，其中，如此選擇解耦元件7a、 7b、 7c的材料和尺寸， 即，在解耦元件7a、7b、7c之間實(shí)現(xiàn)盡可能小的聲阻抗匹配。 在彈性方面如此選擇解耦元件7a、7b和7c的材料，即，所述材料能夠被通過(guò)介質(zhì)
施加的期望的壓力加載略壓縮，進(jìn)而在負(fù)荷情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)緊裝置14的前述松弛。 在所有所示實(shí)施例中，換能器殼體2基本垂直于引起的加載壓力的方向P以保持
間隔的方式支承在殼體保持部3a、3b內(nèi)，在此通過(guò)密封環(huán)8a、8b支承在殼體保持部3a、3b
內(nèi)。如此選擇密封環(huán)8a、8b的材料和尺寸，即，在換能器殼體2和密封環(huán)8a、8b之間以及密
封環(huán)8a、8b和殼體保持部3a、3b之間實(shí)現(xiàn)盡可能小的引起的聲阻抗匹配。 在根據(jù)圖4的超聲換能器中，第一保持件3a在其周邊具有密封環(huán)13a、 13b，借助于
密封環(huán)13a、 13b第一保持件3a在超聲換能器安裝狀態(tài)下相對(duì)于未示出的測(cè)量設(shè)備殼體被密封。
9
權(quán)利要求
用于安裝在測(cè)量設(shè)備殼體(1)中的超聲換能器，所述超聲換能器包括換能器殼體(2)和殼體保持部(3a、3b)，并且所述換能器殼體(2)能夠在安裝狀態(tài)下通過(guò)其發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)(4)被以介質(zhì)壓力加載，其特征在于，所述換能器殼體(2)與所述殼體保持部(3a、3b)在安裝狀態(tài)下至少間接地構(gòu)成至少一個(gè)第一接觸面(6)，通過(guò)預(yù)緊裝置(14)所述換能器殼體(2)和所述殼體保持部(3a、3b)至少間接地在所述第一接觸面(6)上以存在的然而盡可能小的表面壓力相互擠壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超聲換能器，其特征在于，"所述換能器殼體(2)在通過(guò)所 述介質(zhì)施加壓力的安裝狀態(tài)下至少間接地在所述第一接觸面(6)上壓向所述殼體保持部 (3a、3b)所用"的力是取決于所述換能器殼體(2)由于介質(zhì)的引起的壓力加載，所述力及從 而所述第一接觸面(6)上的表面壓力也隨著介質(zhì)壓力的增加而增加。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲換能器，其特征在于，通過(guò)所述預(yù)緊裝置(14)造成 的至少間接的、在所述第一接觸面(6)上的表面壓力小于10MPa，優(yōu)選小于7MPa，特別優(yōu)選 小于6MPa，并且尤其優(yōu)選小于5MPa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的超聲換能器，其特征在于，通過(guò)所述預(yù)緊裝置 (14)造成的、至少間接的在所述第一接觸面(6)上的表面壓力大于0.001MPa，優(yōu)選大于 0. 005MPa，特別優(yōu)選大于0. OlMPa，并且尤其優(yōu)選大于0. 05MPa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的超聲換能器，其特征在于，所述預(yù)緊裝置(14)整體 在所述換能器殼體(2)和所述殼體保持部(3a、3b)之間作用，從而隨著介質(zhì)壓力越來(lái)越大， 所述預(yù)緊裝置(14)越來(lái)越松弛。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的超聲換能器，其特征在于，所述殼體保持部(3a、3b) 包括第一保持件(3a)和第二保持件(3b)，所述換能器殼體(2)插入所述第一保持件(3a)， 在所述第一保持件(3a)的一側(cè)所述第一保持件(3a)的凸肩(11)和所述換能器殼體(2) 的凸肩(12)對(duì)置，并且在所述第一保持件(3a)的另一側(cè)區(qū)域內(nèi)所述第二保持件(3b)與所 述換能器殼體(2)連接，并且所述第二保持件(3b)與所述第一保持件(3a)阻擋地對(duì)置，尤 其是所述第二保持件(3b)是形狀配合連接的固定環(huán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲換能器，其特征在于，所述預(yù)緊裝置(14)設(shè)置在所述第 一保持件(3a)和所述第二保持件(3b)之間，并且一方面支承在所述第一保持件(3a)上而 另一方面或者支承在所述第二保持件(3b)上或者支承在所述換能器殼體(2)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的超聲換能器，其特征在于，所述預(yù)緊裝置(14)被構(gòu)造為彈簧圈，尤其是彎曲彈簧圈。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的超聲換能器，其特征在于，所述殼體保持部(3a、3b) 包括第一保持件(3a)和第二保持件(3b)，所述第一保持件(3a)和所述第二保持件(3b)在 裝配狀態(tài)下形成自由空間(9)，所述換能器殼體(2)的部段(10)安裝在所述自由空間(9) 內(nèi)，所述換能器殼體(2)的所述部段(10)沿方向P以及逆向于引起的壓力加載的方向P間 接或者直接支承在所述第一保持件(3a)上和所述第二保持件(3b)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲換能器，其特征在于，所述第一保持件(3a)由所述測(cè)量 設(shè)備殼體(1)的具有空腔的部段構(gòu)成，所述換能器殼體(2)能夠安裝在所述測(cè)量設(shè)備殼體 (1)的所述空腔內(nèi)，并且所述第二保持件(3b)由可安裝在所述測(cè)量設(shè)備殼體(1)的所述部段的所述空腔內(nèi)的以及能與所述測(cè)量設(shè)備殼體(1)的所述部段連接的套筒構(gòu)成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的超聲換能器，其特征在于，所述第二保持件(3b)能夠 擰接到所述第一保持件(3a)內(nèi)，并且所述預(yù)緊裝置通過(guò)所述第二保持件(3b)的螺紋與所 述第一保持件(3a)的相應(yīng)螺距的共同作用實(shí)現(xiàn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的超聲換能器，其特征在于，設(shè)計(jì)所述第一保持件(3a)和所 述第二保持件(3b)之間的所述螺紋，從而螺紋接觸面具有小于10MPa，優(yōu)選小于7MPa，特別 優(yōu)選小于6MPa，并且尤其優(yōu)選小于5MPa的由所述預(yù)緊裝置(14)造成的最大表面壓力，并且 所述螺紋接觸面具有至少0. OOlMPa，優(yōu)選至少0. 005MPa，特別優(yōu)選至少0. OlMPa，并且尤其 優(yōu)選至少0. 05Mpa的由所述預(yù)緊裝置(14)造成的最小表面壓力。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的超聲換能器，其特征在于，所述換能器殼體(2) 和所述殼體保持部(3a、3b)在安裝狀態(tài)下沿引起的壓力加載的方向P上通過(guò)中間室(15) 相互間隔，在所述中間室(15)內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)聲解耦元件(7a)，尤其是選擇所述解耦元件 (7a)的材料和/或尺寸，從而在所述換能器殼體(2)和所述解耦元件(7a)之間和/或所述 解耦元件(7a)和所述殼體保持部(3a、3b)之間實(shí)現(xiàn)盡可能小的引起的聲阻抗匹配。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲換能器，其特征在于，在所述中間室(15)內(nèi)設(shè)有至少 兩個(gè)聲解耦元件(7a、7b、7c)，尤其是沿引起的壓力加載的方向P彼此相鄰，尤其是選擇所 述解耦元件(7a、7b、7c)的材料和尺寸，從而在所述解耦元件(7a、7b、7c)之間實(shí)現(xiàn)盡可能 小的聲阻抗匹配。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的超聲換能器，其特征在于，所述換能器殼體(2)基 本垂直于引起的壓力加載的方向P間隔地安裝在所述殼體保持部(3a、3b)內(nèi)，尤其是通過(guò) 密封環(huán)(8a、8b)。
全文摘要
本發(fā)明說(shuō)明一種用于安裝在測(cè)量設(shè)備殼體(1)中的超聲換能器，超聲換能器包括換能器殼體(2)和殼體保持部(3a、3b)，換能器殼體(2)能夠在安裝狀態(tài)下通過(guò)其發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)(4)被施加介質(zhì)壓力。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種安裝在測(cè)量設(shè)備殼體內(nèi)的超聲換能器，所述超聲換能器提供了避免串?dāng)_超聲信號(hào)的另外的措施，并且至少部分避免了現(xiàn)有技術(shù)已知的缺點(diǎn)，其中，換能器殼體(2)在安裝狀態(tài)下至少間接地構(gòu)成與殼體保持部(3a、3b)接觸的第一接觸面(6)，通過(guò)預(yù)緊裝置(14)，換能器殼體(2)和殼體保持部(3a、3b)至少間接地在第一接觸面(6)中以現(xiàn)有的然而盡可能小的表面壓力相互擠壓。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101718566SQ20091020573
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者A·休澤, J·M·范克盧斯特 申請(qǐng)人:克洛納有限公司