包括超聲波換能器和換能器支架的結構單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括超聲波換能器和換能器支架的結構單元，其中，超聲波換能器1具有換能器殼體3和換能元件4，其中，換能器殼體3具有超聲窗5、殼管6和殼體凸緣7，其中，換能元件4或者設置成靠近換能器殼體的超聲窗5，或者設置成遠離換能器殼體的超聲窗，其中，換能器支架2具有支架凸緣8，并且其中，換能器殼體3的殼體凸緣7在中間連接有密封環(huán)10的情況下借助于配對凸緣9靠著換能器支架2的支架凸緣8來夾緊。包括超聲波換能器1和換能器支架2的根據(jù)本發(fā)明的結構單元在防止殼波的傳遞方面得到了改善，更切確地說由此來改善，即在換能器殼體3的殼體凸緣7與換能器支架3的支架凸緣8之間設置有去耦環(huán)13。
【專利說明】包括超聲波換能器和換能器支架的結構單元
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括超聲波換能器(Ultraschallwandler)和換能器支架的結構單元，其中，超聲波換能器具有換能器殼體和換能元件，其中，換能器殼體具有超聲窗(Ultraschallfenster)、殼管(Gehjiuserohr)和殼體凸緣,其中，換能元件構造成用于發(fā)送或接收超聲波，并且換能元件或者設置成靠近換能器殼體的超聲窗，或者設置成遠離換能器殼體的超聲窗，其中，換能器支架具有支架凸緣，并且其中，換能器殼體的殼體凸緣在中間連接有密封環(huán)的情況下借助于配對凸緣靠著換能器支架的支架凸緣來夾緊。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)中，測量技術、控制技術、調節(jié)技術和自動化技術特別重要。這尤其適用于為控制技術、調節(jié)技術和自動化技術的基礎的測量技術。測量技術的重要領域為流量測量技術(參見Dr.sc.nat.0tto Fiedler教授1992年10月在慕尼黑由R.0ldenbourg 出版社出版的文獻“Str5mungs- und DurchfIufimefitechnik(流體和流量測量技術)”的全面的描述)。對于流量測量技術而言，特別重要的(參見“Str^mmgs- undDurchflufimefitechnik”,出處同上)是根據(jù)機械工作原理的流量測量系統(tǒng)，尤其浮子式流量測量儀和科氏流量測量儀、熱式流量測量儀、磁感應式流量測量儀以及超聲波流量測量儀。
[0003]在超聲波流量測量儀中充分利用如下效應，即在在測量管中輸送的介質中使介質的輸送速度與聲信號的傳播速度相疊加。當朝聲信號的方向上輸送介質時，聲信號相對于測量管的測得的傳播速度因此大于在靜止的介質中的傳播速度，而當與聲信號的方向相反地輸送介質時，聲信號 相對于測量管的速度小于在靜止的介質中的速度。由于拖曳效應(MitfUhrefTekt)，聲信號在發(fā)聲器與聲接收器(發(fā)聲器和聲接收器為超聲波換能器)之間的運行時間取決于介質相對于測量管且因此相對于超聲波換能器(即相對于發(fā)聲器和聲接收器)的輸送速度。
[0004]在超聲波流量測量儀中的問題是:在超聲波換能器中產(chǎn)生的超聲波或者由超聲波換能器接收的超聲波并非僅僅從換能器殼體的發(fā)送側和/或接收側傳遞到超聲波換能器的周圍的介質中，所發(fā)送或接收的超聲波還傳遞到換能器殼體上，如有可能還傳遞到殼體支架上。因此不僅有問題的是因為如此可能“失去”發(fā)送功率或者接收功率中的一大部分，而且首先因此更有問題的是因為由于所謂的串擾傳遞到換能器殼體上的超聲波可導致在接收側的顯著干擾。原因在于:在接收側例如不可區(qū)分接收到的超聲波是否經(jīng)由介質接收到(有效信號)，或是經(jīng)由換能器殼體接收接收到。
[0005]尤其在應用超聲波流量測量儀測量氣態(tài)介質的流量時，振動能的由超聲波換能器傳輸?shù)綒鈶B(tài)介質中的部分相對總地產(chǎn)生的振動能非常小，從而使得串擾的問題在此特別嚴重。
[0006]在現(xiàn)有技術中已知用于減少先前闡述的串擾(即形成殼波(Gehhsewelle))的各種不同的措施。一些措施致力于如下目的，即在形成期間已避免此類殼波。為此換能器殼體的超聲窗的確定的設計方案例如包括:關于此特別好地進行阻抗匹配以最大化所傳送的能量份額的或關于此將超聲窗設計為λ/4層來減少反射。其他的措施致力于阻止已形成的殼波繼續(xù)傳遞，例如通過失配(fehlanpagesst)的聲學的阻抗過渡來阻止。
[0007]由德國公開文獻10 2008 033 098和內容相同的歐洲公開文獻2 148 322已知相關的探討中的結構單元的超聲波換能器。在這些超聲波換能器中，用于防止殼波傳遞到超聲波換能器的換能器殼體上的另一措施由此實現(xiàn)，即，在換能器殼體的第二區(qū)域中設置有相對較軟的機械的耦合系統(tǒng)且該耦合系統(tǒng)具有至少兩個弱耦合的、在殼波的傳播方向上基本上相繼起作用的機械的諧振器。
[0008]通過機械的諧振器可首先局部“捕獲”由超聲波輸送的能量一即通過激勵機械的諧振器振動。機械的諧振器通?？擅枋鰹閺椈少|量系統(tǒng)，其中，在真實的彈簧質量系統(tǒng)中彈簧的特性(即取決于偏移的力的作用)在沒有諧振器的質量的(雖然非常小的)貢獻的情況下不可實現(xiàn)，就象質量由于其結構性地引入到諧振器中還總是影響彈簧質量系統(tǒng)的彈簧特性；彈簧和質量在結構上完全不可彼此分開。
[0009]通過在殼波的傳播方向上串聯(lián)布置至少兩個機械的諧振器實現(xiàn)殼波必須橫穿所有的諧振器，以便從換能器殼體的第一區(qū)域到達到換能器殼體的第三區(qū)域且反之亦然。通過兩個諧振器的弱耦合實現(xiàn)諧振器針對殼波相比在強耦合的諧振器的情況下總地表現(xiàn)出更大的阻礙，即使諧振器本身在其他方面具有相同的振動特性。在強的機械耦合的情況下，一諧振器的振動實際上直接傳遞到相鄰的諧振器上，這在弱的機械耦合的情況下不是這種情況，盡管在此顯然在相鄰的諧振器之間同樣得到機械的相互作用。

【發(fā)明內容】

[0010]基于本發(fā)明的目的在于在防止殼波的傳遞方面改善開頭說明的包括超聲波換能器和換能器支架的結構單元。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的結構單元(在其中解決了之前導出且呈現(xiàn)出的問題)首先且主要以此為特征:在換能器殼體的殼體凸緣與換能器支架的支架凸緣之間設置有去耦環(huán)。優(yōu)選地，在換能器殼體的殼體凸緣與去耦環(huán)之間設置有密封環(huán)。
[0012]在包括超聲波換能器和換能器支架的所說明的根據(jù)本發(fā)明的結構單元中，相對于在現(xiàn)有技術中已知的在探討中的形式的結構單元由此改善殼波的傳遞，即附加地設置的去耦環(huán)和進一步附加設置的其他的密封環(huán)引起聲學的失配。
[0013]當去耦環(huán)間接與換能器殼體的殼體凸緣相連接時，根據(jù)本發(fā)明的結構單元那時還附加地獲得巨大的實際意義。為了間接連接去耦環(huán)與換能器殼體的殼體凸緣而設置有滑環(huán)(Gleitring)，其與去耦環(huán)固定地相連接，例如焊接或用螺栓擰緊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]現(xiàn)在具體存在設計和改進根據(jù)本發(fā)明的結構單元的各種不同的可行性方案。為此參照從屬于專利權利要求1的專利權利要求且參照緊接著結合【專利附圖】

【附圖說明】的且在附圖中示出的實施例。其中:
圖1顯示了包括超聲波換能器和換能器支架的在現(xiàn)有技術中已知的結構單元，
圖2顯示了包括超聲波換能器和換能器支架的根據(jù)本發(fā)明的結構單元的一優(yōu)選的實施例，以及
圖3顯示了屬于根據(jù)圖2的根據(jù)本發(fā)明的結構單元的超聲波換能器，其帶有根據(jù)本發(fā)明設置的去耦環(huán)和優(yōu)選存在的其他的密封環(huán)。
【具體實施方式】
[0015]圖1顯示了包括超聲波換能器I和換能器支架2的在現(xiàn)有技術中已知的結構單兀。超聲波換能器I具有換能器殼體3和換能兀件4。換能器殼體3具有超聲窗5、殼管6和殼體凸緣7。換能元件4構造成用于發(fā)送或接收超聲波，且或者如附圖顯示的那樣設置成靠近換能器殼體的超聲窗5，或者設置成遠離換能器殼體的超聲窗，這如同例如德國專利文獻198 12 458和內容相同的歐洲專利文獻I 046 886顯示的那樣。
[0016]對于在圖1中示出的屬于現(xiàn)有技術的結構單元(如同對于在圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的結構單元一樣)而言適用的是換能器支架2具有支架凸緣8且換能器殼體3的殼體凸緣7在中間連接有密封環(huán)10的情況下借助于配對凸緣9靠著換能器支架2的支架凸緣8來夾緊，更切確地說借助于夾緊螺栓11和鎖緊螺母12來夾緊。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，如圖2顯示的那樣，在換能器殼體3的殼體凸緣7與換能器支架2的支架凸緣8之間設置有去耦環(huán)13。在示出的實施例中，在換能器殼體3的殼體凸緣7與去耦環(huán)13之間附加地設置有密封環(huán)14。
[0018]此外，對于根據(jù)本發(fā)明的結構單元的在圖2中示出的實施例而言適用的是去耦環(huán)13與換能器殼體3的殼體凸緣7間接地相連接。具體地，為了間接連接去耦環(huán)13與換能器殼體的殼體凸緣7而設置有滑環(huán)15，且滑環(huán)15與去耦環(huán)13固定地相連接，例如焊接或用螺栓抒緊。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的結構單元的所說明的且在圖2中示出的優(yōu)選的實施例中，帶有去耦環(huán)13、密封環(huán)14和滑環(huán)15的超聲波換能器I可如同屬于現(xiàn)有技術的超聲波換能器那樣插入到換能器支架中。
【權利要求】
1.一種包括超聲波換能器(I)和換能器支架(2)的結構單元，其中，所述超聲波換能器(I)具有換能器殼體(3)和換能元件(4)，其中，所述換能器殼體(3)具有超聲窗(5)、殼管(6)和殼體凸緣(7)，其中，所述換能元件(4)或者設置成靠近所述換能器殼體的超聲窗(5)，或者設置成遠離所述換能器殼體的超聲窗，其中，所述換能器支架(2)具有支架凸緣(8)，并且其中，所述換能器殼體(3)的殼體凸緣(7)在中間連接有密封環(huán)(10)的情況下借助于配對凸緣(9)靠著所述換能器支架(2)的支架凸緣(8)來夾緊，其特征在于，在所述換能器殼體(3)的殼體凸緣(7)與所述換能器支架(3)的支架凸緣(8)之間設置有去耦環(huán)(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的結構單元，其特征在于，在所述換能器殼體(3)的殼體凸緣(7)與所述去耦環(huán)(13)之間設置有密封環(huán)(14)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的結構單元，其特征在于，所述去耦環(huán)(13)與所述換能器殼體(3)的殼體凸緣(7)間接地相連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的結構單元，其特征在于，為了間接地連接所述去耦環(huán)(13)與所述換能器殼體(3)的殼體凸緣(7)而設置有滑環(huán)(15)，且所述滑環(huán)(15)與所述去耦環(huán)(13)固定地相連接，例如焊接或用螺栓擰緊。
【文檔編號】G01F15/18GK103968911SQ201410041516
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權日:2013年1月28日
【發(fā)明者】J.M.范克魯斯特, A.休伊澤爾 申請人:克洛納有限公司