專利名稱：超聲波流量計(jì)和超聲波收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將2個(gè)1對(duì)的超聲波收發(fā)器分別設(shè)置在被測流體的上流側(cè)和下流側(cè)、通過從1個(gè)超聲波收發(fā)器發(fā)送超聲波由另一個(gè)超聲波收發(fā)器接收而測量被測流體的流量的超聲波流量計(jì)及其使用的超聲波收發(fā)器。
背景技術(shù)：
很早以前，人們就進(jìn)行了使用超聲波測量在管道中流動(dòng)的流體的流量的技術(shù)開發(fā)。作為超聲波流量計(jì)，已知的有計(jì)量研究報(bào)告Vol．26，No．1，p1-6以「氣體用超聲波流量計(jì)的試制」為題所登載的結(jié)構(gòu)。
下面，說明先有的超聲波流量計(jì)和超聲波收發(fā)器。
圖20表示先有的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，圖21表示先有的氣體用超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)。在圖20中，51是圓筒管，52是超聲波收發(fā)器A，53是將超聲波收發(fā)器A52安裝到圓筒管51上的安裝口A，54是超聲波收發(fā)器B，55是將超聲波收發(fā)器B54安裝到圓筒管51上的安裝口B，56是在圓筒管51中流動(dòng)的被測流體。在圖21中，57是圓筒壓電板，58是耦合層，59是引線。
下面，說明按上述方式構(gòu)成的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)。
將超聲波收發(fā)器A52和超聲波收發(fā)器B54通過安裝口A53和安裝口B55相對(duì)于圓筒管51傾斜地相對(duì)地配置。設(shè)超聲波收發(fā)器A52與超聲波收發(fā)器B54的距離為L、圓筒管51的長度方向與超聲波的傳播方向的夾角為θ、在無風(fēng)狀態(tài)下超聲波在被測流體56中傳播的聲速為C、被測流體56的流速為V，則從超聲波收發(fā)器A52發(fā)射的超聲波在被測流體56中傳播并由超聲波收發(fā)器B54所接收的傳播時(shí)間t1可以表為下式。c-Vcosθ=Lt1]]>(式1)
同樣，從超聲波收發(fā)B52發(fā)射的超聲波在被測流體56中傳播并由超聲波收發(fā)器A52所接收的傳播時(shí)間t2可以表為下式。c-Vcosθ=Lt2]]>(式2)從上述2式消去被測流體56中的聲速C，則可得到下式。1t1-1t2=2VcosθL]]>(式3)由上式可以求出被測流體56的流速V為V=12cosθ(1t1-1t2)]]>(式4)由于在上式中不包含被測流體56中的聲速C，所以，可以與被測流體56的物質(zhì)無關(guān)地求出流速V，從而可以根據(jù)得到的流速V和圓筒管51的截面積導(dǎo)出流量。另外，被測流體56為氣體時(shí)使用的超聲波收發(fā)器是圖21所示的圓筒形狀，由圓筒壓電板57和1層的耦合層58構(gòu)成。
但是，在上述先有的結(jié)構(gòu)中，存在如下問題。
(1)第1個(gè)問題，就是在超聲波收發(fā)器中使用的壓電板為圓筒形、利用圓板的厚度振動(dòng)及延展振動(dòng)而選擇低頻時(shí)，由于直徑大，從而超聲波收發(fā)器增大，所以，難于使超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)小型化。另外，如果使用小型的超聲波收發(fā)器，就必須提高頻率，從而，不僅超聲波的傳播所引起的衰減的影響增大，而且超聲波流量計(jì)的回路的成本也增加。因此，如果選擇適合于超聲波流量計(jì)的尺寸的超聲波收發(fā)器，則頻率的選擇將受到限制。此外，由于圓板的厚度振動(dòng)的電機(jī)耦合系數(shù)Kt和延展振動(dòng)的電機(jī)耦合系數(shù)Kp小于圓棒及角柱的厚度縱向振動(dòng)的電機(jī)耦合系數(shù)K33，所以，靈敏度低。進(jìn)而由于在圓筒壓電板57上沒有設(shè)置用于降低機(jī)械Q值的背面負(fù)荷材料等結(jié)構(gòu)材料，所以，只能發(fā)送拖尾長的超聲波脈沖，難于縮短流量測量時(shí)間。
(2)第2個(gè)問題，就是由于圓筒管51的截面為圓形，所以，盡管具有中心附近的流速V快而外側(cè)的流速慢的2維的流速分布，但是，在使2個(gè)超聲波收發(fā)器相對(duì)而得到的流速V中卻難于反映圓筒管51的整個(gè)截面上的流速分布，僅僅是圓筒管51的截面中的測量區(qū)域的平均流速。并且，由于根據(jù)所測量的流速V利用近似式求圓筒管51中的流量，所以，難于進(jìn)行流速分布的高精度的推算，從而難于獲得高的流量測量精度。
本發(fā)明就是為了解決上述先有技術(shù)的問題而提案的，目的旨在提供提高超聲波收發(fā)器的尺寸和頻率的選擇的自由度并且靈敏度高、響應(yīng)性快、精度高的小型的超聲波流量計(jì)和超聲波收發(fā)器。
發(fā)明的公開本發(fā)明具有流體流動(dòng)的夾在相隔指定的寬度配置的2塊平行平板之間的流道和配置在可以測量流體流量的位置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有將電極設(shè)置在相對(duì)的面上同時(shí)將相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面而使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體具有用溝分割收發(fā)面或與上述收發(fā)面相對(duì)的面中的至少一方的面同時(shí)用導(dǎo)體將設(shè)置在該分割的面上的電極的所有的面連接的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第1種形式的超聲波流量計(jì)具有流道和用于測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有將電極設(shè)置在相對(duì)的面上同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面而使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體采用以電極方向的振動(dòng)為主模式設(shè)定該收發(fā)波面的縱、寬長度的結(jié)構(gòu)，從而將壓電體的厚度縱向振動(dòng)作為主模式利用，所以，可以獲得靈敏度高、響應(yīng)性快的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第2種形式的超聲波流量計(jì)具有流道和用于測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有將電極設(shè)置在相對(duì)的面上同時(shí)將相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面而使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體采用用溝分割收發(fā)面或與上述收發(fā)面相對(duì)的面中的至少一方的面同時(shí)用導(dǎo)體將設(shè)置在該分割的面上的電極的所有的面連接的結(jié)構(gòu)，由于可以利用溝將厚度縱向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離，所以，可以獲得靈敏度高、響應(yīng)性快、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
在上述第2種形式的超聲波流量計(jì)中，采用通過以電極方向的振動(dòng)為主模式的深度的溝分割壓電體的結(jié)構(gòu)，溝的深度大于與收發(fā)波面垂直方向的厚度的90％小于100％，由于并未將壓電體完全分離，所以，不僅壓電體的處理容易，而且可以把厚度縱向振動(dòng)和不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度，所以，可以獲得靈敏度高、響應(yīng)性快、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
此外，在第2種形式的超聲波流量計(jì)中，設(shè)定由溝分割的各面的縱、寬的長度以使電極方向的振動(dòng)為主模式，以及使由溝分割的各面的縱、寬的長度與厚度之比全部小于0．8，不僅可以把厚度縱向振動(dòng)和不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度，而且可以將厚度縱向振動(dòng)作為主模式利用，所以，可以獲得靈敏度高、響應(yīng)性快、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
另外，在第2種形式的超聲波流量計(jì)中，采用使設(shè)置在壓電體上的溝為多個(gè)的結(jié)構(gòu)，所以，可以進(jìn)一步獲得頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第3種形式的超聲波流量計(jì)具有流道和用于測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有將電極設(shè)置在相對(duì)的面上同時(shí)將相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面而使該收發(fā)波面面向上述流道的多個(gè)壓電體，采用分別用導(dǎo)體將設(shè)置在各壓電體的收發(fā)面和與上述收發(fā)面相對(duì)的面上的各電極連接的結(jié)構(gòu)，由于具有多個(gè)分離的壓電體，減少了不需要的振動(dòng)模式的影響，所以，可以獲得靈敏度高、響應(yīng)性快、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
在上述第3種形式的超聲波流量計(jì)中，將各壓電體的各個(gè)面的縱和橫的全部長度設(shè)定為使電極方向的振動(dòng)成為主模式，以及使各壓電體的收發(fā)波面的縱和橫的長度與厚度之比全部小于0．8從而可以將厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得靈敏度高、響應(yīng)性快、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第4種形式的超聲波流量計(jì)，采用在第1～第3種形式的超聲波流量計(jì)中將沿與電極垂直的方向極化的多個(gè)壓電體層疊為極化方向相互相反從而將這樣層疊的壓電體的上述電極方向的振動(dòng)作為主模式的結(jié)構(gòu)，可以減小超聲波收發(fā)器的電阻抗，所以，可以獲得抗噪音強(qiáng)的特性，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第5種形式的超聲波流量計(jì)，采用在第1～第4種形式的超聲波流量計(jì)中其流道在指定的位置具有指定的寬度的間隙并夾在按指定的寬度配置的2塊平行平板之間的結(jié)構(gòu)，通過使流道的截面形狀成為長方形，可以使在流道截面內(nèi)的流速分布簡單化，可以根據(jù)所得到的流速高精度地導(dǎo)出流量，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第6種形式的超聲波流量計(jì)，采用在第1～第5種形式的超聲波流量計(jì)中將一對(duì)超聲波收發(fā)器的收發(fā)面配置在相對(duì)的位置的結(jié)構(gòu)，一對(duì)超聲波收發(fā)器的位置調(diào)整變得容易，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第7種形式的超聲波流量計(jì)，采用在第1、第6種形式的超聲波流量計(jì)中導(dǎo)體使用與從超聲波收發(fā)器發(fā)射的超聲波的波長相比十分薄的導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)超聲波收發(fā)器的特性沒有影響地連接電極，并且壓電體的處理也容易，所以，可以獲得高靈敏度的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第8種形式的超聲波流量計(jì)，采用在第1～第7種形式的超聲波流量計(jì)中在超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面上具有聲波匹配層的結(jié)構(gòu)，與被測流體之間的超聲波的收發(fā)變得容易，所以，可以獲得高靈敏度的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第9種形式的超聲波流量計(jì)，采用在第1～第8種形式的超聲波流量計(jì)中在與超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面相對(duì)的面上具有背面負(fù)載材料的結(jié)構(gòu)，可以獲得能夠收發(fā)混響時(shí)間短的超聲波脈沖的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第1種形式的超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面的壓電體，采用上述壓電體的收發(fā)波面的縱和橫的長度與厚度之比都小于0．6的結(jié)構(gòu)，將壓電體的厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、型的超聲波收發(fā)器。
本發(fā)明的第2種形式的超聲波收發(fā)器，具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面的壓電體，采用上述壓電體利用溝分割收發(fā)波面或與上述收發(fā)波面相對(duì)的面、上述溝的深度相對(duì)于由設(shè)置電極的面所夾的厚度大于90％小于100％，同時(shí)用導(dǎo)體將由上述溝所分割的面的全部電極連接的結(jié)構(gòu)，可以利用溝將厚度縱向振動(dòng)和不需要的振動(dòng)模式分離，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器。
在上述第2種形式的超聲波收發(fā)器中，設(shè)有多個(gè)溝的，能夠獲得頻率和尺寸的選擇幅度更寬的小型的超聲波收發(fā)器。
在上述第2種形式的超聲波收發(fā)器中，使利用溝分割的各個(gè)面的縱和橫的長度與厚度之比全部小于0．6，不僅厚度縱向振動(dòng)和不需要的振動(dòng)模式可以分離為在實(shí)用上沒有問題的程度，而且可以將厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器。
本發(fā)明的第3種形式的超聲波收發(fā)器，具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面的多個(gè)壓電體，采用使各壓電體的收發(fā)波面的縱和橫的長度與厚度之比全部小于0．6同時(shí)將上述收發(fā)波面的各電極和與上述收發(fā)波面相對(duì)的面的各電極分別用導(dǎo)體連接的結(jié)構(gòu)，由于使用多個(gè)分離的壓電體，可以不太受不需要的振動(dòng)模式的影響而將厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器。
本發(fā)明的第4種形式的超聲波收發(fā)器，采用在第1～第3種形式的超聲波收發(fā)器中將沿與電極垂直的方向極化的多個(gè)壓電體層疊為極化方向相互相反從而將這樣層疊的壓電體的上述電極方向的振動(dòng)作為主模式的結(jié)構(gòu)，可以減小超聲波收發(fā)器的電阻抗，所以，可以獲得抗噪音強(qiáng)的超聲波收發(fā)器。
本發(fā)明的第5種形式的超聲波收發(fā)器采用在第1～第4種形式的超聲波收發(fā)器中導(dǎo)體使用與從超聲波收發(fā)器發(fā)射的超聲波的波長相比十分薄的導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)超聲波收發(fā)器的特性沒有影響地連接電極，并且壓電體的處理也容易，所以，可以獲得高靈敏度的小型的超聲波收發(fā)器。
本發(fā)明的第6種形式的超聲波收發(fā)器，采用在第1～第5種形式的超聲波收發(fā)器中在超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面上具有聲波匹配層的結(jié)構(gòu)，與被測流體之間的超聲波的收發(fā)容易，所以，可以獲得高靈敏度的超聲波收發(fā)器。
本發(fā)明的第7種形式的超聲波收發(fā)器，采用在第1～6種形式的超聲波收發(fā)器中在與超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面相對(duì)的面上具有背面負(fù)載材料的結(jié)構(gòu)，所以，可以獲得能夠收發(fā)混響時(shí)間短的超聲波脈沖的超聲波收發(fā)器。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例1的超聲波收發(fā)器相對(duì)于流道的配置的圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例1的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例2的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例3的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例4的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例5的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示本發(fā)明分析用的壓電體的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施例6利用有限元法進(jìn)行的阻抗分析的結(jié)果的圖。
圖10是表示本發(fā)明實(shí)施例6的流道截面的圖。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例6的構(gòu)成有2條溝的壓電體的圖。
圖12是表示本發(fā)明實(shí)施例6的構(gòu)成有3條溝的壓電體的圖。
圖13是表示本發(fā)明實(shí)施例6利用有限元法進(jìn)行的阻抗分析的結(jié)果的圖。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施例設(shè)置有溝的壓電體的阻抗分析結(jié)果的圖。
圖15是表示本發(fā)明實(shí)施例6的超聲波收發(fā)器的外觀結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施例6的超聲波收發(fā)器的截面結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是表示本發(fā)明實(shí)施例6的超聲波收發(fā)器的超聲波脈沖的圖。
圖18是表示本發(fā)明實(shí)施例3的超聲波收發(fā)器的變形例的外觀結(jié)構(gòu)的圖。
圖19是表示本發(fā)明實(shí)施例4的超聲波收發(fā)器的變形例的外觀結(jié)構(gòu)的圖。
圖20是表示先有的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖21是表示先有的氣體用超聲波振子的結(jié)構(gòu)的圖。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳的形式下面，參照


本發(fā)明的實(shí)施例1。(1)實(shí)施例1圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的超聲波流量計(jì)的流量檢測部的概略圖。在圖1中，1是被測流體即空氣，2是空氣1以流速V流動(dòng)的流道，3、4、5、6是構(gòu)成流道2的上板、底板、側(cè)板A、側(cè)板B，7是配置在側(cè)板A5上的超聲波收發(fā)器A，8是配置在側(cè)板B6上的超聲波收發(fā)器B，9是流道2的入口側(cè)，10是流道2的出口側(cè)。另外，圖2是從正上方看圖1的圖，表示超聲波收發(fā)器的配置位置。
下面，使用圖1、圖2簡單地說明上述結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(jì)的流量檢測部的制造方法的一例。構(gòu)成流道2的上板3、底板4、側(cè)板A5、側(cè)板B6所使用的材料是使用對(duì)被測流體不發(fā)生化學(xué)變化的材質(zhì)的平板。在本實(shí)施例中，由于這里被測流體為例如空氣1，所以，作為適合于上述條件的絕緣體的材質(zhì)選擇丙烯(樹脂)板。側(cè)板A5和側(cè)板B6引線預(yù)先考慮安裝超聲波收發(fā)器的角度傾斜地一分為二。將一分為二的側(cè)板A5、側(cè)板B6用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到底板4上，可以形成安裝超聲波收發(fā)器的寬度的溝。這時(shí)，預(yù)先以與溝寬相等的寬度將貫通設(shè)置在側(cè)板A5和側(cè)板B6上的溝的長度的例如聚四氟乙烯制的四角棒作為定位棒插入到設(shè)置在側(cè)板A5和側(cè)板B6上的溝中代替超聲波收發(fā)器。將上板3用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到側(cè)板A5和側(cè)板B6的上方，構(gòu)成流道2。拔出預(yù)先插入的定位棒，將超聲波收發(fā)器A7插入到側(cè)板A5的溝中，將超聲波收發(fā)器B8插入到側(cè)板B6的溝中。超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8相對(duì)于流道2的中心對(duì)稱地用環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接固定到與上板3平行的位置。但是，超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8配置到側(cè)板A5和側(cè)板B6上不能成為流道2內(nèi)的突起物。另外，注入粘接劑進(jìn)行密封，以使在流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1不能從在設(shè)置在側(cè)板上的溝和超聲波收發(fā)器之間形成的間隙泄漏。
使用圖3簡單地示出了上述結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(jì)的流量檢測部使用的超聲波收發(fā)器的制造方法的一例。進(jìn)行超聲波收發(fā)器的電信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)的變換的壓電板11根據(jù)形狀和尺寸具有多個(gè)振動(dòng)模式，這些多個(gè)振動(dòng)模式中效率最高的振動(dòng)模式是厚度縱向振動(dòng)，如果將厚度縱向振動(dòng)作為主模式使用，就可以獲得靈敏度高的超聲波收發(fā)器。
這里，使用研究作為壓電板11的收發(fā)波面的面的縱和橫的長度與厚度的尺寸關(guān)系的有限元法進(jìn)行壓電分析的結(jié)果，壓電板11為長方體、超聲波收發(fā)波面為長方形時(shí)，只要壓電板11的收發(fā)波面的縱和橫的長度小于厚度就可以，而滿足縱向長度與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的條件時(shí)，壓電板11就可以不受不需要的振動(dòng)模式的影響而進(jìn)行最有效的厚度縱向振動(dòng)。將引線14焊接到在由例如壓電陶瓷構(gòu)成的上述形狀的壓電板11的上面和下面通過例如鍍銀而形成的電極面上。其次，為了獲得空氣1和壓電板11的聲波匹配而使超聲波在空氣1中有效地傳播，將例如由聚烯烴系列微多孔膜構(gòu)成的匹配層12使用例如環(huán)氧樹脂系列的粘接劑粘接到壓電板11的上面。另外，為了獲得拖尾短、前沿陡的超聲波脈沖，將例如由鐵氧體橡膠構(gòu)成的背面負(fù)載材料13使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到壓電板11的下面，制作超聲波收發(fā)器。
下面，說明使用上述結(jié)構(gòu)的流量檢測部的超聲波流量計(jì)的動(dòng)作。設(shè)連接配置在側(cè)板A5和側(cè)板B6上的超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8的中心的線與流道2的長度方向的夾角為θ，超聲波收發(fā)器A7與超聲波收發(fā)器B8的距離為L。超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8通過引線14與圖中未示出的發(fā)信部、受信部和流量分析部連接。另外，使流道2的上板3與底板4之間的間隔即高度和壓電體11的超聲波收發(fā)波面的至少短邊的長度相等。
作為被測流體的空氣1從入口側(cè)流入流道2內(nèi)，從出口側(cè)10流出。在截面形狀呈長方形的流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1的流速分布與截面形狀呈圓板的相比簡單，高度方向的分布少，就沿短軸方向有分布。設(shè)在流道2內(nèi)的空氣1的流速為V、在無風(fēng)狀態(tài)下的空氣1的聲速為C，如先有的技術(shù)所示的那樣，從超聲波收發(fā)器A7發(fā)射的超聲波在空氣1中傳播，由超聲波收發(fā)器B8接收的時(shí)間t1可以用式1表示。同樣，從超聲波收發(fā)器B8發(fā)射的超聲波在空氣1中傳播，由超聲波收發(fā)器A7接收的傳播時(shí)間t2可以用式2表示。從式1、式2中消去空氣1的聲速C，則得式3。根據(jù)上式求空氣1的流速V，則為式4。
反復(fù)進(jìn)行從超聲波收發(fā)器A7發(fā)射超聲波而由超聲波收發(fā)器B8接收和從超聲波收發(fā)器B8發(fā)射超聲波而由超聲波收發(fā)器A7接收的過程，使用上式測量空氣1的流速V，可以由圖中未示出的流量分析部導(dǎo)出流量。
這里，由于超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8的超聲波發(fā)射面即收發(fā)波面的短邊和流道2的高度相等，所以，由超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8收發(fā)的超聲波可以獲得關(guān)于流道2的高度方向的流動(dòng)的信息。因此，在流道2中，即使有流動(dòng)的分布或紊亂，也可以消除其影響。
如上所述，按照本實(shí)施例，在截面形狀呈長方形的流道2中，通過相對(duì)地配置由縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的壓電板11和匹配層12以及背面負(fù)載材料13構(gòu)成的超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8，可以在短時(shí)間內(nèi)高精度地測量在流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1的流量。
在實(shí)施例1中，使被測流體為空氣，但是，也可以是空氣以外的氣體和液體。另外，這里流道2的截面形狀為長方形，但是，也可以是圓形，或者上板3和底板4平行，而側(cè)板A5和側(cè)板B6不需要平行。另外，這里流道2的高度與收發(fā)波面的短邊相等，但是，也不一定必須相等。另外，這里超聲波收發(fā)器使用于超聲波流量計(jì)的流量檢測部，但是，也可以作為在開空間使用的空中用或水中用的超聲波收發(fā)器使用。另外，這里設(shè)置了背面負(fù)載材料13，在用低電壓驅(qū)動(dòng)的條件下，需要更高靈敏度的超聲波收發(fā)器時(shí)，則不必設(shè)置背面負(fù)載材料13。另外，壓電板11的超聲波收發(fā)波面和相對(duì)的面的電極不需要在整個(gè)面上。另外，匹配層12采用的是聚烯烴系列多孔膜，但是，只要是適合于被測流體的聲波匹配材料，不論什么都可以。另外，背面負(fù)載材料13采用的是鐵氧體橡膠，但是，只要是可以獲得不需要的振動(dòng)的衰減效果的材料，不論什么都可以。(2)實(shí)施例2下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例2。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2的超聲波流量計(jì)使用的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)的概略圖。在圖4中，18是匹配層，19是背面負(fù)載材料，20是引線，以上與圖3的結(jié)構(gòu)相同。與圖3的結(jié)構(gòu)不同的地方是，對(duì)于縱向與厚度之比或?qū)挾扰c厚度之比大于0．6的壓電板15，設(shè)置大于厚度的90％小于100％的深度的溝16，電極面的形狀將縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的壓電板15一分為二，一分為二的電極和分割前一樣與成為1塊電極的導(dǎo)體17連接，不將液體和固體等物質(zhì)填充到溝16中。
下面，使用圖4簡單地說明上述結(jié)構(gòu)的超聲波收發(fā)器的制造方法的一例。如果要構(gòu)筑小型的超聲波流量計(jì)，超聲波收發(fā)器所允許的尺寸就減小。但是，如果考慮超聲波收發(fā)器的特性，最好盡可能使用大的壓電板，例如，有時(shí)選擇由流道2的高度和超聲波收發(fā)波面的至少與流道的高度對(duì)應(yīng)的1邊的長度相等的長方形的例如壓電陶瓷構(gòu)成的壓電板15。因此，根據(jù)使用頻率及流道2的高度，壓電板15不限于是縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的壓電板。但是，如果使用縱向與厚度之比大于0．6或?qū)挾扰c厚度之比大于0．6的壓電板15，則厚度振動(dòng)便和其他的振動(dòng)模式混合存在，從而特性惡化。因此，在本實(shí)施例中，為了將厚度振動(dòng)和其他振動(dòng)模式分離，是通過分割壓電板15而將厚度振動(dòng)和其他振動(dòng)模式分離的。如果設(shè)置深度大于壓電板的厚度的90％的溝，就可以獲得和壓電板完全分割時(shí)基本上相等的效果，所以，考慮到壓電板的處理，例如使用切割機(jī)加工1條深度大于厚度的90％小于厚度的100％的溝16。但是，溝16加工在對(duì)于一分為二的壓電板15的設(shè)置電極的各面的厚度其縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的位置。
其次，將由例如厚度0．02mm、面積與壓電板15基本上相等的銅箔構(gòu)成的導(dǎo)體17加壓并使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到壓電板15的一分為二的面上。只要粘接層薄，壓電板15的電極和導(dǎo)體17將可以獲得電氣連接。為了避免橫向的振動(dòng)的耦合，不向溝16內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)。將引線20使用例如焊錫焊接到導(dǎo)體17和壓電板15的未分割面上。將導(dǎo)體17和例如由鐵氧體橡膠構(gòu)成的背面負(fù)載材料19使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑進(jìn)行粘接。另外，將壓電板15的未分割面和由例如聚烯烴系列多孔膜構(gòu)成的匹配層18使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑進(jìn)行粘接，制作超聲波收發(fā)器。
按上述方式制作的超聲波收發(fā)器，由于壓電板15利用溝16而將厚度振動(dòng)作為主模式，所以靈敏度高。此外，由于配置了匹配層18和背面負(fù)載材料19，所以，可以發(fā)送拖尾短、前沿陡的超聲波脈沖。
超聲波流量計(jì)的流量檢測部的制造方法和測量在使用了超聲波收發(fā)器A7及超聲波收發(fā)器B8的截面形狀呈長方形的流道2中流動(dòng)的空氣1的流量的超聲波流量計(jì)的工作方法和實(shí)施例1相同，所以省略。
如上所述，按照本實(shí)施例，對(duì)于縱向與厚度之比大于0．6或?qū)挾扰c厚度之比大于0．6的長方體的壓電板15，通過設(shè)置大于厚度的90％小于100％的溝16，使用一分為二的壓電板15的一方的電極面的縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的壓電板15，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以在短時(shí)間內(nèi)高精度地測量在流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1的流量。
在實(shí)施例2中，使壓電板15的超聲波收發(fā)波面的縱向與厚度之比大于0．6或?qū)挾扰c厚度之比大于0．6，但是，該收發(fā)波面的縱、橫尺寸只要是電極方向的振動(dòng)成為主模式的尺寸即可以，即使縱向與厚度之比大于0．6并且寬度與厚度之比大于0．6也沒有關(guān)系。另外，溝的深度只要是電極方向的振動(dòng)成為主模式的尺寸，也可以任意設(shè)定。并且，該收發(fā)波面的縱、橫尺寸和溝的深度在以下所述的各實(shí)施例中也一樣。
此外，雖然設(shè)定溝16為1條，但是，也可以是2條以上。另外，這里是使用粘接劑將銅箔粘接到壓電板15的分割的電極上的，但是，也可以使用焊錫焊接導(dǎo)電性的引線，使用厚度小于波長的薄導(dǎo)體17和導(dǎo)電性膏等進(jìn)行分割的壓電板15的電極的電氣連接。另外，采用將粘接到壓電板15的一分為二的面上的導(dǎo)體17與背面負(fù)載材料19進(jìn)行粘接，但是，也可以將導(dǎo)體17與匹配層18進(jìn)行粘接。另外，是將超聲波收發(fā)器使用于超聲波流量計(jì)的流量檢測部的，但是，也可以作為在開放空間使用的空中用及水中用的超聲波收發(fā)器使用。另外，為了避免橫向的振動(dòng)的耦合，這里不向溝16內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)，但是，為了增加壓電板的機(jī)械強(qiáng)度，也可以向溝16內(nèi)填充比較難于傳播振動(dòng)的例如硅橡膠。
另外，雖然這里流道2的高度和超聲波收發(fā)波面的至少與流道的高度對(duì)應(yīng)的1邊的長度相等，但是，不一定必須相等。另外，這里設(shè)置了背面負(fù)載材料19，但是，在以低電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的條件下需要更高靈敏度的超聲波收發(fā)器時(shí)，則不必設(shè)置背面負(fù)載材料19。另外，壓電板15的超聲波收發(fā)波面和相對(duì)的面的電極不必是整個(gè)面。這里，壓電板15采用的是長方體，但是，采用圓筒形也可以獲得同樣的效果。另外，只要溝16可以將厚度縱向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離，就不必設(shè)置在壓電板15的與設(shè)置電極的面垂直的方向上。匹配層18采用的是聚烯烴系列多孔膜，但是，只要是適合于被測流體的聲波匹配材料，不論什么都可以。另外，背面負(fù)載材料19采用的是鐵氧體橡膠，但是，只要是可以獲得不需要的振動(dòng)的衰減效果的材料，不論什么都可以。(3)實(shí)施例3下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例3。
圖5是使用于本發(fā)明實(shí)施例3的超聲波流量計(jì)的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)概略圖。在圖5中，25是匹配層，26是背面負(fù)載材料，27是引線，以上和圖3的結(jié)構(gòu)相同。和圖3的結(jié)構(gòu)不同的地方是，對(duì)于縱向與厚度之比大于0．6并且寬度與厚度之比大于0．6的壓電板21，將深度大于壓電板21的厚度的90％小于100％的溝A22和溝B23設(shè)置為十字交叉以使電極面的形狀成為縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6，分割的電極和分割前一樣與成為1塊電極的導(dǎo)體24連接，以及不向溝A22和溝B23內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)。
下面，使用圖5簡單地說明上述結(jié)構(gòu)的超聲波收發(fā)器的制造方法的一例。如果想構(gòu)筑小型的超聲波流量計(jì)，超聲波收發(fā)器所允許的尺寸就減小。但是，考慮到超聲波收發(fā)器的特性，最好盡可能使用大的壓電板，例如，有時(shí)選擇由超聲波收發(fā)波面的2邊的長度與流道2的高度相等的長方形的例如壓電陶瓷構(gòu)成的壓電板21。根據(jù)使用頻率及流道2的高度，壓電板21不限于是縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6。但是，如果使用縱向與厚度之比大于0．6并且寬度與厚度之比大于0．6的壓電板21，厚度振動(dòng)和其他振動(dòng)模式混合存在，從而特性將惡化。因此，在本實(shí)施例中，為了將厚度振動(dòng)與其他振動(dòng)模式分離，也是通過分割壓電板21來將厚度振動(dòng)與其他振動(dòng)模式分離的。如果設(shè)置深度大于壓電板的厚度的90％的溝，就可以獲得和壓電板完全分割時(shí)基本上相等的效果，所以，考慮到壓電板21的處理，使用例如切割機(jī)加工深度大于厚度的90％小于100％的溝A22和溝B23。但是，十字形地加工成溝A22和溝B23在壓電板21的一方的電極面的中心附近交叉，一分為四的所有的電極面成為縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6。為了避免橫向的振動(dòng)的耦合，不向溝A22和溝B23內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)。
其次，將由例如厚度0．02mm、面積與壓電板21基本上相等的銅箔構(gòu)成的導(dǎo)體24加壓并用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑與壓電板21的一分為四的面進(jìn)行粘接。如果粘接層薄，壓電板21的電極與導(dǎo)體24就可以獲得電氣連接。為了避免橫向的振動(dòng)的耦合，不向溝A22和溝B23內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)。將引線27例如使用焊錫焊接到導(dǎo)體24和壓電板21的未分割面上。將導(dǎo)體24和例如由鐵氧體橡膠構(gòu)成的背面負(fù)載材料26使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑進(jìn)行粘接。另外，將壓電板21的未分割面和由例如聚烯烴系列微多孔膜構(gòu)成的匹配層25使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑進(jìn)行粘接，制作超聲波收發(fā)器。
按上述方式制作的超聲波收發(fā)器，由于壓電板21利用溝A22和溝B23而將厚度縱向振動(dòng)作為主模式，所以，靈敏度高。此外，由于配置了匹配層25和背面負(fù)載材料26，所以，可以發(fā)送拖尾短、前沿陡的超聲波脈沖。
超聲波流量計(jì)的流量檢測部的制造方法和測量在使用了超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8的截面形狀呈長方形的流道2中流動(dòng)的空氣1的流量的超聲波流量計(jì)的工作方法和實(shí)施例1相同，所以此處省略。
如上所述，按照本實(shí)施例，對(duì)于縱向與厚度之比大于0．6并且寬度與厚度之比大于0．6的壓電板21，通過以十字形交叉地設(shè)置深度大于厚度的90％小于100％的溝A22和溝B23使電極面的形狀成為縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以在短時(shí)間內(nèi)高精度地測量在流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1的流量。
在實(shí)施例3中，壓電板21的超聲波收發(fā)波面是正方形，但是，也可以是長方形或圓筒形。另外，這里是用粘接劑將銅箔粘接到壓電板21的分割的電極上的，但是，也可以使用焊錫焊接引線，或者使用厚度小于波長的薄的導(dǎo)體24和導(dǎo)電性膏等進(jìn)行所分割的壓電板21的電極的電氣連接。另外，這里是將與壓電板21的一分為四的面粘接的導(dǎo)體24與背面負(fù)載材料26進(jìn)行粘接的，但是也可以將導(dǎo)體24與匹配層25進(jìn)行粘接。另外，這里超聲波收發(fā)器是用于超聲波流量計(jì)的流量檢測部，但是，也可以作為在開放空間使用的空中用及水中用的超聲波收發(fā)器使用。此外，這里不向溝A22和溝B23內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)，但是，為了增加壓電板的機(jī)械強(qiáng)度，也可以向溝A22和溝B23內(nèi)填充比較難于傳播振動(dòng)的例如硅橡膠。
另外，還使流道2的高度和超聲波收發(fā)波面的2邊的長度相等，但是，不一定必須相等。另外，這里設(shè)置了背面負(fù)載材料26，但是，在以低電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的條件下需要更高靈敏度的超聲波收發(fā)器時(shí)，就不需要設(shè)置背面負(fù)載材料26。另外，壓電板21的超聲波收發(fā)波面和相對(duì)的面的電極不必位于整個(gè)面上。只要溝A22和溝B23能夠?qū)⒑穸瓤v向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離，就不必設(shè)置在壓電板21的設(shè)置電極的面垂直的方向上。另外，匹配層25采用的是聚烯烴系列多孔膜，但是，只要是適合于被測流體的聲波匹配材料，不論是什么材料都可以。背面負(fù)載材料26采用的是鐵氧體橡膠，但是，只要是可以獲得不需要的振動(dòng)的衰減效果的材料，不論是什么材料都可以。(4)實(shí)施例4
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例4。
圖6是用于本發(fā)明實(shí)施例4的超聲波流量計(jì)的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)概略圖。在圖6中，33是匹配層，34是背面負(fù)載材料，35是引線，以上和圖3的結(jié)構(gòu)相同。和圖3的結(jié)構(gòu)不同的地方是，將縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6、厚度相等的2塊壓電板A28和壓電板B29之間設(shè)置間隙而配置以使不會(huì)與背面負(fù)載材料34相互接觸，將導(dǎo)體A31和導(dǎo)體B32分別與壓電板A28和壓電板B29的超聲波收發(fā)波面一側(cè)和背面負(fù)載材料一側(cè)電氣連接，以及不向間隙30中填充液體和固體等物質(zhì)。
下面，使用圖6說明上述結(jié)構(gòu)的超聲波收發(fā)器的制造方法的一例。如果想構(gòu)筑小型的超聲波流量計(jì)，超聲波收發(fā)器所允許的尺寸就減小。但是，考慮到超聲波收發(fā)器的特性，最好盡可能使用大的壓電板，例如，有時(shí)選擇由例如縱向與厚度之比大于0．6而寬度與厚度之比小于0．6的長方體的例如壓電陶瓷構(gòu)成的的壓電板。這種形狀的壓電板，厚度振動(dòng)和其他振動(dòng)模式混合存在，所以，特性將惡化。因此，在本實(shí)施例中，也是通過將壓電板一分為二而將厚度振動(dòng)和其他振動(dòng)模式分離的。在實(shí)施例2和實(shí)施例3中，考慮到厚度振動(dòng)與其他振動(dòng)模式的分離和壓電板的處理，是這里未將壓電板完全分割，但是，由于將壓電板完全分割才能將厚度振動(dòng)與其他振動(dòng)模式完全進(jìn)行分離，所以，在本實(shí)施例中，將壓電板完全分割。
將由尺寸比壓電板的電極大的例如厚度0．02mm的銅箔構(gòu)成的導(dǎo)體B32加壓并使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑與由例如縱向與厚度之比大于0．6而寬度與厚度之比小于0．6的長方體的壓電陶瓷構(gòu)成的壓電板進(jìn)行粘接。如果粘接層薄，壓電板的電極和導(dǎo)體B32就可以獲得電氣連接。將導(dǎo)體B32和由例如鐵氧體橡膠構(gòu)成的背面負(fù)載材料34使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑進(jìn)行粘接。將從壓電板伸出的導(dǎo)體B32的一部分彎曲，并使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到背面負(fù)載材料34的側(cè)面上。將與背面負(fù)載材料34成為一體的壓電板使用例如切割機(jī)完全分割為兩部分。但是，所形成的壓電板A28和壓電板B29分割成縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6。另外，導(dǎo)體B32的彎曲的部分不完全切斷。將由例如厚度0．02mm的銅箔構(gòu)成的導(dǎo)體A31使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到壓電板A28和壓電板B29的上方。為了避免橫向的振動(dòng)的耦合，不向間隙30內(nèi)填充液體和固體等物質(zhì)。將引線35使用例如焊錫焊接到導(dǎo)體A31和導(dǎo)體B32上。將由例如聚烯烴系列微多孔膜構(gòu)成的匹配層25使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑與導(dǎo)體A31進(jìn)行粘接，制作超聲波收發(fā)器。
按上述方式制作的超聲波收發(fā)器，壓電板A28和壓電板B29相隔間隙30而配置，不易受到不需要的振動(dòng)模式的影響，由于將厚度縱向振動(dòng)作為主模式，所以，靈敏度高。此外，由于配置了匹配層33和背面負(fù)載材料34，所以，可以發(fā)送拖尾短、前沿陡的超聲波脈沖。
超聲波流量計(jì)的流量檢測部的制造方法和測量在使用了超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8的截面形狀呈長方形的流道2中流動(dòng)的空氣1的流量的超聲波流量計(jì)的工作方法和實(shí)施例1相同，所以此處省略。
如上所述，按照本實(shí)施例，通過將縱向與厚度之比大于0．6而寬度與厚度之比小于0．6的壓電板分割為縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的2塊壓電板A28和壓電板B29，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以在短時(shí)間內(nèi)高精度地測量在流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1的流量。
在實(shí)施例4中，使用的是縱向與厚度之比大于0．6而寬度與厚度之比小于0．6的壓電板，但是，也可以使用縱向與厚度之比小于0．6而寬度與厚度之比大于0．6或者縱向與厚度之比大于0．6并且寬度與厚度之比大于0．6的壓電板。另外，這里是分割為壓電板A28和壓電板B29的2塊壓電板，但是，也可以分割為3塊以上的壓電板。這里是將1塊壓電板粘接到背面負(fù)載材料34上后進(jìn)行分割而使用的，但是，也可以將厚度相等的2塊以上的壓電板與背面負(fù)載材料34進(jìn)行粘接。另外，這里是用粘接劑將銅箔粘接到壓電板A28和壓電板B29上的，但是，也可以使用焊錫來焊接引線或使用導(dǎo)電性膏等導(dǎo)體A31和導(dǎo)體B32進(jìn)行電氣連接。這里不向間隙30中填充液體和固體等物質(zhì)，但是，為了增加壓電板的機(jī)械強(qiáng)度，也可以向間隙30中填充比較難于傳播振動(dòng)的例如硅橡膠。另外，這里超聲波收發(fā)器是用于超聲波流量計(jì)的流量檢測部，但是，也可以作為在開放空間使用的空中用和水中用的超聲波收發(fā)器使用。
另外，雖然至少超聲波收發(fā)波面的與流道2的高度對(duì)應(yīng)的邊的長度最好與流道2的高度相等，但是，也可以不相等。這里設(shè)置了背面負(fù)載材料34，但是，在低電壓下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的條件下需要更高靈敏度的超聲波收發(fā)器時(shí)，就不必設(shè)置背面負(fù)載材料34。另外，壓電板A28或壓電板B29的超聲波收發(fā)波面和相對(duì)的面的電極不必位于整個(gè)面上。只要可以將厚度縱向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離，就不必將間隙30設(shè)置在壓電板B29的設(shè)置電極的面垂直的方向上。另外，壓電板A28和壓電板B29只要是厚度縱向振動(dòng)的壓電板就可以，例如，也可以使用圓柱形狀的多個(gè)壓電體。匹配層33采用的是聚烯烴系列多孔膜，但是，只要是適合于被測流體的聲波匹配材料，不論是什么材料都可以。另外，背面負(fù)載材料34采用的是鐵氧體橡膠，但是，只要是可以獲得不需要的振動(dòng)的衰減效果的材料，不論是什么材料都可以。(5)實(shí)施例5下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例5。
圖7是用于本發(fā)明實(shí)施例5的超聲波流量計(jì)的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)概略圖。在圖7中，39是匹配層，40是背面負(fù)載材料，以上和圖3的結(jié)構(gòu)相同。和圖3的結(jié)構(gòu)不同的地方是，壓電板是將厚度相等的3塊壓電板層疊而構(gòu)成，該層疊的壓電板的縱向與總體的厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6，3塊壓電板配置為極化方向相互相反，設(shè)置引線A41和引線B42使3塊壓電板的電極每隔1塊而成為同電位。
下面，使用圖7簡單地說明上述結(jié)構(gòu)的超聲波收發(fā)器的制造方法的一例。如果想構(gòu)筑小型而廉價(jià)的超聲波流量計(jì)，超聲波收發(fā)器所允許的尺寸就減小，考慮到電路的價(jià)格，則是使用的頻率越低越好。因此，在使用厚度振動(dòng)的壓電板中，如果電阻抗增高，就難于獲得與電路的匹配，從而不能忽略噪音的影響，有時(shí)不能充分發(fā)揮超聲波收發(fā)器所具有的性能。
特別是在以低電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的條件下，由于所接收的超聲波脈沖的絕對(duì)值小，所以，信噪比(S／N)差，有時(shí)會(huì)給流量測量的精度以很大的影響。因此，必須減小壓電板的電阻抗，從而減小噪音的影響等。
因此，設(shè)想了沿厚度方向?qū)⒗?塊壓電板層疊的問題。設(shè)滿足縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的條件的壓電板的厚度為T，則進(jìn)行層疊的壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38的厚度為T／3。
將由上述尺寸的例如壓電陶瓷構(gòu)成的壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑進(jìn)行加壓而粘接，使它們的極化方向相互相反。如果粘接層薄，則壓電板A36和壓電板B37之間的電極、壓電板B37和壓電板C38之間的電極便相互電氣連接。壓電板A36的上方的電極和壓電板B37與壓電板C38之間的電極使用例如銀膏粘接引線A41，與從壓電板的側(cè)面可以看到的部分電氣連接。另外，壓電板A36與壓電板B37之間的電極和壓電板C38下方的電極使用例如銀膏粘接引線B42，與從壓電板的側(cè)面可以看到的部分電氣連接。使用引線A41和引線B42將壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38連接。
這樣將3塊壓電板層疊而構(gòu)成的壓電板的厚度方向的振動(dòng)，即使是基于厚度T的頻率也可以進(jìn)行厚度縱向振動(dòng)。另外，關(guān)于電阻抗，由于有各壓電板的邊界面的粘接層的影響，所以，不會(huì)成為與厚度為T／3、電極面積3倍的壓電板相同的電阻抗，而是成為比厚度為T的壓電板小的電阻抗。這樣，便可獲得和將厚度為T／3、電極面積3倍的1塊壓電板折疊時(shí)相同的效果，與1塊長方體的壓電板相比，可以減小電阻抗。
另外，將壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38粘接而形成的壓電板，成為縱向與厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的形狀，所以，可以有選擇地僅利用厚度振動(dòng)。將由例如鐵氧體橡膠構(gòu)成的背面負(fù)載材料34使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到壓電板C38的下方。將由例如聚烯烴系列多孔膜構(gòu)成的匹配層39使用例如環(huán)氧樹脂系列粘接劑粘接到壓電板A36的上方，制作超聲波收發(fā)器。
超聲波流量計(jì)的流量檢測部的制造方法和測量在使用了超聲波收發(fā)器A7和超聲波收發(fā)器B8的截面形狀呈長方形的流道2中流動(dòng)的空氣1的流量的超聲波流量計(jì)的工作方法和實(shí)施例1相同，所以此處省略。
如上所述，按照本實(shí)施例，通過使用將厚度相等的3塊壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38層疊為極化方向相互相反、而層疊的壓電板的縱向與總體的厚度之比小于0．6并且寬度與厚度之比小于0．6的壓電板，可以減小電阻抗，不易受到噪音的影響，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以在短時(shí)間內(nèi)高精度地測量在流道2內(nèi)流動(dòng)的空氣1的流量。
在實(shí)施例5中，使層疊的壓電板的塊數(shù)為3塊，但是，既可以是5塊以上的奇數(shù)塊，也可以是2塊以上的偶數(shù)塊。另外，這里所層疊的壓電板的縱向與厚度之比大于0．6而寬度與厚度之比小于0．6，但是，不論是縱向與厚度之比大于0．6或?qū)挾扰c厚度之比大于0．6都可以。但是，上述形狀的情況，必須和實(shí)施例3、實(shí)施例4、實(shí)施例5一樣進(jìn)行分割。另外，這里超聲波收發(fā)器是用于超聲波流量計(jì)的流量檢測部，但是，也可以作為在開放空間使用的空中用的超聲波收發(fā)器使用。
另外，雖然流道2的高度和至少超聲波收發(fā)波面的與流道2的高度對(duì)應(yīng)的邊的長度最好相等，但是，也可以不相等。此外，這里還設(shè)置了背面負(fù)載材料40，但是，在以低電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的條件下需要更高靈敏度的超聲波收發(fā)器時(shí)，則不必設(shè)置背面負(fù)載材料40。另外，與壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38的超聲波收發(fā)波面相等的方向的面和相對(duì)的面的電極不必位于整個(gè)面上。并且，壓電板A36、壓電板B37、壓電板C38可以不是長方體，也可以使用圓柱形狀的多個(gè)壓電體。另外，匹配層39采用的是聚烯烴系列多孔膜，但是，只要是適合于被測流體的聲波匹配材料，不論是什么材料都可以。另外，背面負(fù)載材料40采用的是鐵氧體橡膠，但是，只要是能夠獲得不需要的振動(dòng)的衰減效果的材料，不論是什么材料都可以。(6)實(shí)施例6下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例6。
在本實(shí)施例中，示出了對(duì)實(shí)施例1～實(shí)施例4使用的超聲波收發(fā)器進(jìn)行的具體的研究事例。
首先，使用圖8和圖9說明壓電體的收發(fā)波面的縱向和橫向的長度與厚度的關(guān)系。圖8是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的超聲波流量計(jì)使用的超聲波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)部件之一即壓電體的形狀。在圖8中，60是長方體形狀的壓電體，61是壓電體60的收發(fā)波面，62是壓電體60的縱向，63是壓電體60的橫向，64是壓電體60的厚度。圖9是按圖8的形狀，壓電體60使用壓電陶瓷、取厚度64為一定(8mm)、改變收發(fā)波面61的縱向62和橫向63的長度、使用有限元法進(jìn)行的阻抗分析結(jié)果。不論其中的哪一個(gè)圖，橫軸都是頻率，縱軸都是電阻抗，分別設(shè)縱向62的長度為L、橫向63的長度為W、厚度64為T。圖9(a)是L／T=W／T=0．4的情況，圖9(b)是L／T=W／T=0．6的情況，圖9(c)是L／T=W／T=0．8的情況。
在圖9(a)中，在厚度64上的厚度縱向振動(dòng)的共振頻率是在180kHz附近出現(xiàn)的波谷的部分，反共振頻率是在260kHz附近出現(xiàn)的波峰的部分。在圖示的范圍內(nèi)，沒有其他振動(dòng)模式的共振頻率(波峰)及反共振頻率(波谷)。在圖9(b)中，和圖9(a)一樣，厚度縱向振動(dòng)的共振頻率和反共振頻率可以清楚地確認(rèn)。另外，在不會(huì)給厚度縱向振動(dòng)以影響的遠(yuǎn)離的頻率(430kHz附近)也可以確認(rèn)其他振動(dòng)模式的共振頻率和反共振頻率。在圖9(c)中，在厚度縱向振動(dòng)的共振頻率(180kHz附近)和反共振頻率(260kHz附近)之間可以看到其他振動(dòng)模式的共振頻率和反共振頻率，可見厚度縱向振動(dòng)和其他振動(dòng)模式混合存在。根據(jù)該分析結(jié)果可知，壓電板60的收發(fā)波面61的縱向62和橫向63的長度與厚度64的一切比值小于0．6時(shí)，可以將厚度縱向振動(dòng)作為主模式最有效地利用。
下面，研究適合于圖10所示的流道截面的尺寸的壓電體。例如，設(shè)流道高度65為8mm、流道寬度66為40mm。從超聲波流量計(jì)的測量精度和工業(yè)的角度看，考慮壓電體60的縱向62和橫向63的長度與流道高度65相等的8mm、厚度64為5mm的情況。如果使用收發(fā)波面61的縱向62和橫向63的長度與厚度64的一切比值小于0．6的條件，則收發(fā)波面61至少必須分割為例如9個(gè)。但是，如果為了進(jìn)行分割而設(shè)置的溝的數(shù)量增加，則加工時(shí)間延長，制造成本增大。因此，進(jìn)行了將厚度縱向振動(dòng)和其他不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度的形狀的研究。
圖11是對(duì)壓電體67設(shè)置2條溝68的情況，圖12是對(duì)壓電體72設(shè)置2條溝73的情況，再次使用有限元法進(jìn)行了阻抗分析。但是，阻抗分析是按壓電體完全分割的圖8所示的形狀進(jìn)行的。圖13(a)與圖11的情況對(duì)應(yīng)，縱向62和橫向63都是4mm(L／T=W／T=0．8)，圖13(b)與圖12的情況對(duì)應(yīng)，取橫向62為2．7mm，縱向63為8mm(L／T=0．5、W／T=1．6)。為了進(jìn)行比較，在圖13(c)中，示出了縱向62和橫向63都為3mm(L／T=W／T=0．6)的分析結(jié)果。
在圖13(a)中，與圖13(c)相比，對(duì)于厚度縱向振動(dòng)，在接近的頻率中存在其他不需要的振動(dòng)模式。在圖13(b)中，可知厚度縱向振動(dòng)和其他不需要的振動(dòng)模式混合存在。根據(jù)以上的結(jié)果，即使在縱向62和橫向63為4mm的條件下，也判定在實(shí)用上問題不大，如圖11所示，決定在壓電體67上設(shè)置溝68。
最后，通過實(shí)際上使用切割機(jī)在壓電體上設(shè)置溝評(píng)價(jià)溝的深度的效果。壓電體67的縱向71和橫向70的長度取為8mm，厚度69取為5mm。另外，2條溝68如圖13所示的那樣設(shè)置成在收發(fā)波面的中央附近交叉。2條溝68的深度設(shè)置為相等。
圖14(a)是溝68的深度與厚度69之比為0％的情況，圖14(b)是溝的深度與厚度69之比為80％的情況，圖14(c)是溝68的深度與厚度69之比為90％的情況，圖14(d)是完全切斷的情況。雖然僅按阻抗軌跡對(duì)于厚度縱向振動(dòng)和其他不需要的振動(dòng)模式的分離不能得出明確的結(jié)論，但是，如果溝68的深度與厚度69之比大于90％，就可以斷定厚度縱向振動(dòng)和不需要的振動(dòng)模式可以分離在實(shí)用上沒有問題的程度。
使用壓電體67的縱向71和橫向70的長度為8mm、厚度69為5mm、設(shè)置十字溝68的圖11所示的形狀的壓電體67，試制超聲波收發(fā)器并評(píng)價(jià)了特性。
超聲波收發(fā)器的外觀圖示于圖15、截面圖示于圖16、超聲波脈沖示于圖17。在圖15中，74是超聲波收發(fā)器，75是由環(huán)氧樹脂和玻璃構(gòu)成的匹配層，76是由黃銅構(gòu)成的圓筒形的外殼。在圖16中，77是由設(shè)置了十字溝78的壓電陶瓷構(gòu)成的壓電體。設(shè)想用電池電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，為了獲得高靈敏度的超聲波收發(fā)器74，不設(shè)置背面負(fù)載材料。圖17是對(duì)于具有流道高度65為8mm、流道寬度66為40mm的截面形狀的流道，相對(duì)地配置一對(duì)超聲波收發(fā)器74并用3周期的方波驅(qū)動(dòng)一方的超聲波收發(fā)器74而由另一方的超聲波收發(fā)器接收的超聲波脈沖。根據(jù)該超聲波脈沖確認(rèn)超聲波收發(fā)器74具有在實(shí)用上沒有問題的特性。
如上所述，按照本實(shí)施例，如果溝的深度相對(duì)于與收發(fā)波面垂直的方向的厚度大于90％小于100％，就可以將厚度縱向振動(dòng)與其他不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度。另外，通過溝所分割的超聲波收發(fā)波面的各面的縱向和橫向的長度與厚度的全部比值小于0．8最好小于0．6時(shí)，可以將厚度縱向振動(dòng)與其他不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度，從而可以將厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用。
匹配層75采用的是圓板形狀，但是，也可以是正方形或橢圓形。外殼76采用圓筒形，但是，如果壓電體77可以配置在內(nèi)側(cè)，其他形狀也可以。匹配層75和外殼76所使用的材質(zhì)，根據(jù)使用環(huán)境和成本等因素，可以選擇最佳的材料。
在上述實(shí)施例中，外殼76形成有頂圓筒狀，下面的開口用和外殼76相同的黃銅蓋板76a進(jìn)行覆蓋，將兩板接合從而將壓電體77密封。因此，即使壓電體77積蓄電荷而發(fā)生火花，由于外殼76和蓋板76a的密封效果，也可以將它們隔斷，故即使測量的流體是可燃性氣體或可燃性液體，也可以確保安全性。另外，使由外殼76和蓋板76a所包圍的空間79內(nèi)的氣體干燥，因此，可以防止在該空間79內(nèi)發(fā)生結(jié)露，從而可以防止壓電體77的陶瓷溶解而破壞，這樣，便可提高可靠性。另外，外殼76的頂部兼作電極，引線的一方可以與蓋板76a連接，所以，也可以實(shí)現(xiàn)引線引出結(jié)構(gòu)的簡化。圖中，80是與蓋板76a一體化的絕緣體，引出另一方的引線。
圖18是實(shí)施例3的變形例，圖19是實(shí)施例4的變形例，壓電板都采用圓筒形狀。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的第1超聲波流量計(jì)具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面而使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體采用設(shè)定該收發(fā)波面的縱向和橫向的長度以使電極方向的振動(dòng)成為主模式的結(jié)構(gòu)，由于將壓電體的厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
另外，本發(fā)明的第2超聲波流量計(jì)具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面而使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體采用將收發(fā)波面或與上述收發(fā)波面相對(duì)的面的至少一方用溝分割同時(shí)用導(dǎo)體將設(shè)置在所分割的面上的全部電極電氣連接的結(jié)構(gòu)，由于可以利用溝將厚度縱向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
在本發(fā)明中，采用以電極方向的振動(dòng)作為主模式的深度的溝分割壓電體的結(jié)構(gòu)，以及溝的深度與收發(fā)波面垂直的方向的厚度相比，大于90％小于100％，由于未將壓電體完全分離，所以，壓電體的處理容易，此外，由于可以將厚度縱向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
此外，在本發(fā)明中，將利用溝分割的各面的縱向和橫向的長度設(shè)定為使電極方向的振動(dòng)成為主模式以及將利用溝分割的各面的縱向和橫向的長度與厚度之比設(shè)定為全部小于0．8，由于可以將能夠把厚度縱向振動(dòng)與不需要的振動(dòng)模式分離為在實(shí)用上沒有問題的程度的厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
另外，在本發(fā)明中，將設(shè)置在壓電體上的溝取為多個(gè)，這樣，可以獲得頻率和尺寸的選擇幅度更寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第3超聲波流量計(jì)具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面并使該收發(fā)波面面向上述流道的多個(gè)壓電體，采用將設(shè)置在各壓電體的收發(fā)波面和與上述收發(fā)波面相對(duì)的面上的各電極分別用導(dǎo)體連接的結(jié)構(gòu)，由于具有多個(gè)分離的壓電體，減少了不需要的振動(dòng)模式的影響，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
在本發(fā)明中，將各壓電體的各面的縱向和橫向的長度設(shè)定為使電極方向的振動(dòng)成為主模式，使各壓電體的收發(fā)波面的縱向和橫向的長度與厚度之比全部小于0．8，由于可以將厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用，所以，可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、頻率和尺寸的選擇幅度寬的小型的超聲波收發(fā)器，從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第4超聲波流量計(jì)，采用在第1～第3發(fā)明的超聲波流量計(jì)中將沿與電極垂直的方向極化的多個(gè)壓電體層疊為極化方向相互相反從而可以將該層疊的壓電體的上述電極方向的振動(dòng)作為主模式的結(jié)構(gòu)，由于可以減小超聲波收發(fā)器的電阻抗，所以，可以獲得抗噪音強(qiáng)的特性，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
本發(fā)明的第5超聲波流量計(jì)，采用在第1～第4發(fā)明的超聲波流量計(jì)中該流道在指定的位置具有指定的寬度的間隙并被夾在相隔指定的寬度而配置的2塊平行平板之間的結(jié)構(gòu)，通過使流道的截面形狀成為長方形，可以使在流道截面內(nèi)的流速分布簡單化，可以根據(jù)所得到的流速高精度地導(dǎo)出流量，從而可以獲得更高精度的超聲波流量計(jì)。
權(quán)利要求
1．一種超聲波流量計(jì)，其特征在于具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面并使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體將該收發(fā)波面的縱向和橫向的長度設(shè)定得使電極方向的振動(dòng)成為主模式。
2．一種超聲波流量計(jì)，其特征在于具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面并使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體，上述壓電體將收發(fā)波面或與上述收發(fā)波面相對(duì)的面的至少一方利用溝進(jìn)行分割并用導(dǎo)體將設(shè)置在所分割的面上的全部電極電氣連接。
3．按權(quán)利要求2所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于上述溝以使電極方向的振動(dòng)作為主模式的深度分割壓電體。
4．按權(quán)利要求2或3所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于上述溝的深度相對(duì)于和收發(fā)波面垂直的方向的厚度，大于90％小于100％。
5．按權(quán)利要求2、3或4所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于將利用溝所分割的各個(gè)面的縱向和橫向的長度設(shè)定得使電極方向的振動(dòng)成為主模式。
6．按權(quán)利要求5所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于使利用溝所分割的各個(gè)面的縱向和橫向的長度與厚度之比全部小于0．8。
7．按權(quán)利要求2～6的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于上述溝設(shè)置多個(gè)。
8．一種超聲波流量計(jì)，其特征在于具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器，上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面并使該收發(fā)波面面向上述流道的多個(gè)壓電體，將設(shè)置在各壓電體的收發(fā)波面和與上述收發(fā)波面相對(duì)的面上的各電極分別用導(dǎo)體連接。
9．按權(quán)利要求8所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于將各壓電體的各個(gè)面的縱向和橫向的全部長度設(shè)定得使電極方向的振動(dòng)成為主模式。
10．按權(quán)利要求9所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于使各壓電體的收發(fā)波面的縱向和橫向的長度與厚度之比全部小于0．8。
11．按權(quán)利要求1～10的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于將沿與電極垂直的方向極化的多個(gè)壓電體層疊為極化方向相互相反，使該層疊的壓電體的上述電極方向的振動(dòng)成為主模式。
12．按權(quán)利要求1～11的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于在指定的位置具有指定的寬度的間隙，被相隔指定的寬度而配置的2塊平行平板夾在中間的流道構(gòu)成。
13．按權(quán)利要求1～12的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于一對(duì)超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面配置在相對(duì)的位置。
14．按權(quán)利要求1～13的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于與從超聲波收發(fā)器發(fā)送的超聲波的波長相比，導(dǎo)體使用十分薄的導(dǎo)體。
15．按權(quán)利要求1～14的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于在超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面上具有聲波匹配層。
16．按權(quán)利要求1～15的任一權(quán)利要求所述的超聲波流量計(jì)，其特征在于在與超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面相對(duì)的面上具有背面負(fù)載材料。
17．一種超聲波收發(fā)器，其特征在于具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面的壓電體，使上述壓電體的收發(fā)波面的縱向橫向的長度與厚度之比都小于0．6。
18．一種超聲波收發(fā)器，其特征在于具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面的壓電體，上述壓電體利用溝將收發(fā)波面或與上述收發(fā)波面相對(duì)的面中的至少一方分割，上述溝的深度相對(duì)于介于設(shè)置電極的面之間的厚度，大于90％小于100％，同時(shí)由上述溝所分割的面的全部電極用導(dǎo)體電氣連接。
19．按權(quán)利要求18所述的超聲波收發(fā)器，其特征在于上述溝設(shè)置多個(gè)。
20．按權(quán)利要求18、19所述的超聲波收發(fā)器，其特征在于使利用溝所分割的各個(gè)面的縱向和橫向的長度與厚度之比全部小于0．6。
21．一種超聲波收發(fā)器，其特征在于具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面的多個(gè)壓電體，使各壓電體的收發(fā)波面的縱向和橫向的長度與厚度之比全小于0．6，同時(shí)將上述收發(fā)波面的各電極和與上述收發(fā)波面相對(duì)的面的各電極分別用導(dǎo)體連接。
22．按權(quán)利要求17～21的任一權(quán)利要求所述的超聲波收發(fā)器，其特征在于將沿與電極垂直的方向極化的多個(gè)壓電體層疊為極化方向相互相反，使該層疊的壓電體的上述電極方向的振動(dòng)成為主模式。
23．按權(quán)利要求17～22的任一權(quán)利要求所述的超聲波收發(fā)器，其特征在于與從超聲波收發(fā)器發(fā)送的超聲波的波長相比，導(dǎo)體使用十分薄的導(dǎo)體。
24．按權(quán)利要求17～23的任一權(quán)利要求所述的超聲波收發(fā)器，其特征在于在超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面上具有聲波匹配層。
25．按權(quán)利要求17～24的任一權(quán)利要求所述的超聲波收發(fā)器，其特征在于在與超聲波收發(fā)器的收發(fā)波面相對(duì)的面上具有背面負(fù)載材料。
全文摘要
本發(fā)明具有流道和測量該流道中的流體流量而配置的超聲波收發(fā)器,上述超聲波收發(fā)器具有在相對(duì)的面上設(shè)置電極同時(shí)將上述相對(duì)的一方的面作為收發(fā)波面并使該收發(fā)波面面向上述流道的壓電體,上述壓電體采用將該收發(fā)波面的縱向和橫向的長度設(shè)定得使電極方向的振動(dòng)成為主模式、最好是收發(fā)波面的縱向和橫向的長度與厚度之比小于0.8的結(jié)構(gòu),由于將壓電體的厚度縱向振動(dòng)作為主模式來利用,所以,可以獲得高靈敏度、高速響應(yīng)性、小型的超聲波收發(fā)器,從而可以獲得高精度的小型的超聲波流量計(jì)。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1204398SQ96199023
公開日1999年1月6日 申請(qǐng)日期1996年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月13日
發(fā)明者足立明久, 渡邊淳志, 佐藤利春, 東奈緒子, 橋本雅彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社