包括超声波换能器和换能器支架的结构单元 |
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| 申请号 | CN201410041516.0 | 申请日 | 2014-01-28 | 公开(公告)号 | CN103968911B | 公开(公告)日 | 2017-07-21 |
| 申请人 | 克洛纳有限公司; | 发明人 | J.M.范克鲁斯特; A.休伊泽尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种包括 超 声波 换能器 和换能器 支架 的结构单元，其中， 超声波 换能器1具有换能器壳体3和换能元件4，其中，换能器壳体3具有超声窗5、壳管6和壳体凸缘7，其中，换能元件4或者设置成靠近换能器壳体的超声窗5，或者设置成远离换能器壳体的超声窗，其中，换能器支架2具有支架凸缘8，并且其中，换能器壳体3的壳体凸缘7在中间连接有密封环10的情况下借助于 配对 凸缘9靠着换能器支架2的支架凸缘8来夹紧。包括超声波换能器1和换能器支架2的根据本发明的结构单元在防止壳波的传递方面得到了改善，更切确地说由此来改善，即在换能器壳体3的壳体凸缘7与换能器支架3的支架凸缘8之间设置有去耦环13。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种包括超声波换能器(1)和换能器支架(2)的结构单元，其中，所述超声波换能器(1)具有换能器壳体(3)和换能元件(4)，其中，所述换能器壳体(3)具有超声窗(5)、壳管(6)和壳体凸缘(7)，其中，所述换能元件(4)或者设置成靠近所述换能器壳体的超声窗(5)，或者设置成远离所述换能器壳体的超声窗，其中，所述换能器支架(2)具有支架凸缘(8)，其中，所述换能器壳体(3)的壳体凸缘(7)在中间连接有密封环(10)的情况下借助于配对凸缘(9)靠着所述换能器支架(2)的支架凸缘(8)来夹紧，并且其中，在所述换能器壳体(3)的壳体凸缘(7)与所述换能器支架(2)的支架凸缘(8)之间设置有去耦环(13)，其特征在于，所述去耦环(13)与所述换能器壳体(3)的壳体凸缘(7)间接地相连接，并且为了间接地连接所述去耦环(13)与所述换能器壳体(3)的壳体凸缘(7)而设置有滑环(15)，且所述滑环(15)与所述去耦环(13)固定地相连接。 |
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| 说明书全文 | 包括超声波换能器和换能器支架的结构单元技术领域[0001] 本发明涉及一种包括超声波换能器(Ultraschallwandler)和换能器支架的结构单元，其中，超声波换能器具有换能器壳体和换能元件，其中，换能器壳体具有超声窗(Ultraschallfenster)、壳管(Gehäuserohr)和壳体凸缘，其中，换能元件构造成用于发送或接收超声波，并且换能元件或者设置成靠近换能器壳体的超声窗，或者设置成远离换能器壳体的超声窗，其中，换能器支架具有支架凸缘，并且其中，换能器壳体的壳体凸缘在中间连接有密封环的情况下借助于配对凸缘靠着换能器支架的支架凸缘来夹紧。 背景技术[0002] 在工业中，测量技术、控制技术、调节技术和自动化技术特别重要。这尤其适用于为控制技术、调节技术和自动化技术的基础的测量技术。测量技术的重要领域为流量测量技术(参见Dr. sc. nat. Otto Fiedler教授1992年10月在慕尼黑由R. Oldenbourg出版社出版的文献“Strömungs- und Durchflußmeßtechnik(流体和流量测量技术)”的全面的描述)。对于流量测量技术而言，特别重要的(参见“Strömungs- und Durchflußmeßtechnik”，出处同上)是根据机械工作原理的流量测量系统，尤其浮子式流量测量仪和科氏流量测量仪、热式流量测量仪、磁感应式流量测量仪以及超声波流量测量仪。 [0003] 在超声波流量测量仪中充分利用如下效应，即在测量管中输送的介质中使介质的输送速度与声信号的传播速度相叠加。当朝声信号的方向上输送介质时，声信号相对于测量管的测得的传播速度因此大于在静止的介质中的传播速度，而当与声信号的方向相反地输送介质时，声信号相对于测量管的速度小于在静止的介质中的速度。由于拖曳效应(Mitführeffekt)，声信号在发声器与声接收器(发声器和声接收器为超声波换能器)之间的运行时间取决于介质相对于测量管且因此相对于超声波换能器(即相对于发声器和声接收器)的输送速度。 [0004] 在超声波流量测量仪中的问题是：在超声波换能器中产生的超声波或者由超声波换能器接收的超声波并非仅仅从换能器壳体的发送侧和/或接收侧传递到超声波换能器的周围的介质中，所发送或接收的超声波还传递到换能器壳体上，如有可能还传递到壳体支架上。因此不仅有问题的是因为如此可能“失去”发送功率或者接收功率中的一大部分，而且首先因此更有问题的是因为由于所谓的串扰传递到换能器壳体上的超声波可导致在接收侧的显著干扰。原因在于：在接收侧例如不可区分接收到的超声波是否经由介质接收到(有效信号)，或是经由换能器壳体接收接收到。 [0005] 尤其在应用超声波流量测量仪测量气态介质的流量时，振动能的由超声波换能器传输到气态介质中的部分相对总地产生的振动能非常小，从而使得串扰的问题在此特别严重。 [0006] 在现有技术中已知用于减少先前阐述的串扰(即形成壳波(Gehäusewelle))的各种不同的措施。一些措施致力于如下目的，即在形成期间已避免此类壳波。为此换能器壳体的超声窗的确定的设计方案例如包括：关于此特别好地进行阻抗匹配以最大化所传送的能量份额的或关于此将超声窗设计为λ/4层来减少反射。其他的措施致力于阻止已形成的壳波继续传递，例如通过失配(fehlanpagesst)的声学的阻抗过渡来阻止。 [0007] 由德国公开文献10 2008 033 098和内容相同的欧洲公开文献2 148 322已知相关的探讨中的结构单元的超声波换能器。在这些超声波换能器中，用于防止壳波传递到超声波换能器的换能器壳体上的另一措施由此实现，即，在换能器壳体的第二区域中设置有相对较软的机械的耦合系统且该耦合系统具有至少两个弱耦合的、在壳波的传播方向上基本上相继起作用的机械的谐振器。 [0008] 通过机械的谐振器可首先局部“捕获”由超声波输送的能量－即通过激励机械的谐振器振动。机械的谐振器通常可描述为弹簧质量系统，其中，在真实的弹簧质量系统中弹簧的特性(即取决于偏移的力的作用)在没有谐振器的质量的(虽然非常小的)贡献的情况下不可实现，就象质量由于其结构性地引入到谐振器中还总是影响弹簧质量系统的弹簧特性；弹簧和质量在结构上完全不可彼此分开。 [0009] 通过在壳波的传播方向上串联布置至少两个机械的谐振器实现壳波必须横穿所有的谐振器，以便从换能器壳体的第一区域到达到换能器壳体的第三区域且反之亦然。通过两个谐振器的弱耦合实现谐振器针对壳波相比在强耦合的谐振器的情况下总地表现出更大的阻碍，即使谐振器本身在其他方面具有相同的振动特性。在强的机械耦合的情况下，一谐振器的振动实际上直接传递到相邻的谐振器上，这在弱的机械耦合的情况下不是这种情况，尽管在此显然在相邻的谐振器之间同样得到机械的相互作用。 发明内容[0010] 基于本发明的目的在于在防止壳波的传递方面改善开头说明的包括超声波换能器和换能器支架的结构单元。 [0011] 根据本发明的结构单元(在其中解决了之前导出且呈现出的问题)首先且主要以此为特征：在换能器壳体的壳体凸缘与换能器支架的支架凸缘之间设置有去耦环。优选地，在换能器壳体的壳体凸缘与去耦环之间设置有密封环。 [0012] 在包括超声波换能器和换能器支架的所说明的根据本发明的结构单元中，相对于在现有技术中已知的在探讨中的形式的结构单元由此改善壳波的传递，即附加地设置的去耦环和进一步附加设置的其他的密封环引起声学的失配。 [0013] 当去耦环间接与换能器壳体的壳体凸缘相连接时，根据本发明的结构单元那时还附加地获得巨大的实际意义。为了间接连接去耦环与换能器壳体的壳体凸缘而设置有滑环(Gleitring)，其与去耦环固定地相连接，例如焊接或用螺栓拧紧。附图说明 [0014] 现在具体存在设计和改进根据本发明的结构单元的各种不同的可行性方案。为此参照紧接着结合附图说明的且在附图中示出的实施例。其中： [0015] 图1显示了包括超声波换能器和换能器支架的在现有技术中已知的结构单元，[0016] 图2显示了包括超声波换能器和换能器支架的根据本发明的结构单元的一优选的实施例，以及 [0017] 图3显示了属于根据图2的根据本发明的结构单元的超声波换能器，其带有根据本发明设置的去耦环和优选存在的其他的密封环。 具体实施方式[0018] 图1显示了包括超声波换能器1和换能器支架2的在现有技术中已知的结构单元。超声波换能器1具有换能器壳体3和换能元件4。换能器壳体3具有超声窗5、壳管6和壳体凸缘7。换能元件4构造成用于发送或接收超声波，且或者如附图显示的那样设置成靠近换能器壳体的超声窗5，或者设置成远离换能器壳体的超声窗，这如同例如德国专利文献198 12 458和内容相同的欧洲专利文献1 046 886显示的那样。 [0019] 对于在图1中示出的属于现有技术的结构单元(如同对于在图2中示出的根据本发明的结构单元一样)而言适用的是换能器支架2具有支架凸缘8且换能器壳体3的壳体凸缘7在中间连接有密封环10的情况下借助于配对凸缘9靠着换能器支架2的支架凸缘8来夹紧，更切确地说借助于夹紧螺栓11和锁紧螺母12来夹紧。 [0020] 根据本发明，如图2显示的那样，在换能器壳体3的壳体凸缘7与换能器支架2的支架凸缘8之间设置有去耦环13。在示出的实施例中，在换能器壳体3的壳体凸缘7与去耦环13之间附加地设置有密封环14。 [0021] 此外，对于根据本发明的结构单元的在图2中示出的实施例而言适用的是去耦环13与换能器壳体3的壳体凸缘7间接地相连接。具体地，为了间接连接去耦环13与换能器壳体的壳体凸缘7而设置有滑环15，且滑环15与去耦环13固定地相连接，例如焊接或用螺栓拧紧。 [0022] 在根据本发明的结构单元的所说明的且在图2中示出的优选的实施例中，带有去耦环13、密封环14和滑环15的超声波换能器1可如同属于现有技术的超声波换能器那样插入到换能器支架中。 |
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