CN103003673A - 超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计 - Google Patents

超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计 Download PDF

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Abstract

一种超声波流量测量单元(50)，具备：测量流路(7)，被测定流体(16)流过该测量流路(7)；一对超声波振子(1、9)，其配置在测量流路(7)的上游和下游，能够发送接收超声波信号；以及超声波振子安装部(8)，其设置于测量流路(7)。超声波振子(1、9)具有压电元件(4)、用于对压电元件(4)施加电压的端子(12)以及与端子(12)的发送侧的面相粘接的声匹配层(5)。通过具有弹性的涂敷材料(13)将超声波振子(1、9)固定于超声波振子安装部(8)。

Description

超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计
技术领域
本发明涉及一种使用一对超声波振子测量超声波的传播时间来测量被测定流体的流量的超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计。
背景技术
说明以往的超声波流量测量单元100。
图7是用于说明以往的超声波流量测量单元100的截面结构的图。
以往的超声波流量测量单元100具备超声波振子116、117，该超声波振子116、117通过构成为利用金属、树脂的外壳102包围压电元件104的结构而提高了可靠性。通过测量在超声波传播路径106中超声波从超声波振子116传播到超声波振子117的时间，来运算流过测量流路107的被测定流体的流量。
此时，实际上，当从超声波振子116发送超声波时，超声波不仅在通过声匹配层105的超声波传播路径106中传播，还在测量流路107的壳体中传播而传入超声波振子117。由此，有时不能测量准确的传播时间，测量精度下降。
作为该对策，一般隔着橡胶等具有弹性的振动抑制部件103安装超声波振子116、117，以避免发送时的超声波振子116的振动在测量流路107的壳体中传播而传播到接收侧的超声波振子117(例如参照专利文献1)。
然而，在使用如以往那样的具有以金属、树脂的外壳包围的结构的超声波振子的情况下，难以实现更为廉价的超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计。更为具体地说存在以下问题：不仅超声波振子的材料费变高，组装时耗费工时，还需要振动抑制部件等用于组装超声波振子的构件。
专利文献1：日本特开2008-309803号公报
发明内容
一种超声波流量测量单元，具备：测量流路，被测定流体流过该测量流路；一对超声波振子，其配置在测量流路的上游和下游，能够发送接收超声波信号；以及超声波振子安装部，其设置于测量流路。超声波振子具有压电元件、用于对压电元件施加电压的端子以及与端子的发送侧的面相粘接的声匹配层。通过具有弹性的涂敷材料将超声波振子固定于超声波振子安装部。
由此，不需要为了提高超声波振子的可靠性而使用的金属、树脂的外壳，并且也不需要用于安装超声波振子的振动抑制部件。
本发明的超声波流量计不需要超声波振子单体的外壳，因此超声波振子的材料费降低。另外，能够使用于安装超声波振子的构件的材料费降低，削减组装超声波振子的工时，因此能够实现更为廉价的超声波流量计。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计的截面结构的图。
图2是表示本发明的第二实施方式的超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计的截面结构的图。
图3A是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元的超声波振子的端子的形状的俯视图。
图3B是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元的超声波振子的端子的形状的侧视图。
图4A是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12b的结构的俯视图。
图4B是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12b的结构的侧视图。
图4C是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12c的结构的俯视图。
图4D是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12c的结构的侧视图。
图4E是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12d的结构的俯视图。
图4F是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12d的结构的侧视图。
图4G是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12e的结构的俯视图。
图4H是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的其它端子12e的结构的侧视图。
图5是表示本发明的第三实施方式的超声波流量测量单元和使用了该超声波流量测量单元的超声波流量计的截面结构的图。
图6A是表示本发明的第三实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的超声波振子与超声波振子安装部的接触部的结构的、从安装端子的方向看的俯视图。
图6B是本发明的第三实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的超声波振子与超声波振子安装部的接触部的截面图。
图6C是将本发明的第三实施方式所涉及的超声波流量测量单元中的压电元件和声匹配层以与对压电元件施加电压的端子相粘接的状态嵌入测量流路后的截面图。
图7是用于说明以往的超声波流量测量单元的截面结构的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
首先，说明本发明的第一实施方式。
图1是表示本发明的第一实施方式的超声波流量测量单元50和使用了该超声波流量测量单元50的超声波流量计60的截面结构的图。
超声波流量测量单元50具备：测量流路7，其由树脂构成，被测定流体16流过该测量流路7；超声波振子安装部8，其被设置于测量流路7；以及一对超声波振子1、9，其能够发送接收超声波信号。
在超声波流量测量单元50中，一对超声波振子1、9分别配置在测量流路7的上游和下游。
对超声波流量测量单元50与以往的超声波流量测量单元100的区别进行说明。以往的超声波流量测量单元100是使用振动抑制部件103将超声波振子116、117安装于测量流路107的壳体(参照图7)，该超声波振子116、117是单体被外壳102包围的结构。
与此相对地，在超声波流量测量单元50中，将压电元件4和声匹配层5与对压电元件4施加电压的端子12相粘接来构成超声波振子1、9。声匹配层5与端子12的发送侧的面和接收侧的面相粘接。而且，将超声波振子1、9直接安装于超声波振子安装部8。
另外，用于对压电元件4施加电压或者用于与测量在压电元件4处产生的电压的测量电路30相连接的引线10与端子12和压电元件4相接合。由超声波流量测量单元50和测量电路30构成超声波流量计60。
在超声波流量测量单元50中，为了抑制压电元件4的振动在测量流路7中传播并且提高压电元件4的电极部的可靠性，将具有弹性的涂敷材料13例如涂敷在压电元件4的周围来固定于超声波振子安装部8。
通过构成这种结构，能够确保超声波振子1、9的可靠性，并且不需要作为超声波振子1、9的安装构件的振动抑制部件103，能够降低材料费。另外，还能够削减超声波振子1、9的组装工时。
根据超声波流量测量单元50和使用了该超声波流量测量单元50的超声波流量计60，对从一个超声波振子1发送且在被测定流体16中传播的超声波信号直到被另一个超声波振子9接收为止的超声波的传播时间进行测量。由此，能够更为廉价地实现对流过测量流路7的被测定流体16的流量进行测定的超声波流量测量单元50和超声波流量计60。
(第二实施方式)
接着，说明本发明的第二实施方式。
图2是表示本发明的第二实施方式的超声波流量测量单元51和使用了该超声波流量测量单元51的超声波流量计61的截面结构的图。
另外，图3A是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元51的超声波振子1a、9a的端子12a的形状的俯视图，图3B是其侧视图。此外，除了端子12a的结构以外，本实施方式的超声波流量测量单元51和超声波流量计61的结构与在第一实施方式中说明的超声波流量测量单元50和超声波流量计60相同，省略其说明。
如图3A和图3B所示，在端子12a的与超声波振子安装部8接触的部分的外周部附近设置有形成为凹状的振动吸收部14a。超声波振子1a、9a通过振动吸收部14a与超声波振子安装部8相抵接而被定位。通过设置振动吸收部14a，压电元件4的振动更不易于传入测量流路7。由此，能够进一步降低压电元件4的振动的影响，因此能够进一步廉价地实现测量精度优良的超声波流量计61。
此外，端子12a的形状并不限定于图3A和图3B所示的形状。只要是能够使压电元件4的振动不易于传入测量流路7的形状即可。
图4A~图4H是表示本发明的第二实施方式所涉及的超声波流量测量单元51中的其它端子12b~12e的结构的图。
如图4A和图4B所示，也可以设为在外周部设置了具有弯曲结构的振动吸收部14b的端子12b。另外，如图4C和图4D所示，也可以设为如下的端子12c：在其外周部设置延伸部12c’，使延伸部12c’弯曲来构成振动吸收部14c。
并且，如图4E和图4F所示，也可以设为如下端子12d：将其外径形状实质上设为四边形，在其外周部设置有形成为凹状的振动吸收部14d。另外，如图4G和图4H所示，也可以设为如下的端子12e：在其外周部设置延伸部12e’，使延伸部12e’弯曲来构成振动吸收部14e。
如上所述，根据本实施方式，与在第一实施方式中说明的超声波流量测量单元50和超声波流量计60相比，能够进一步降低压电元件4的振动的影响。
根据本实施方式的超声波流量测量单元51和超声波流量计61，对从一个超声波振子1a发送且在被测定流体16中传播的超声波信号直到被另一个超声波振子9a接收为止的传播时间进行测量。由此，能够提高对流过测量流路7的被测定流体16的流量进行测定的超声波流量测量单元51和超声波流量计61的测量精度。
(第三实施方式)
说明本发明的第三实施方式。
图5是表示本发明的第三实施方式的超声波流量测量单元52和使用了该超声波流量测量单元52的超声波流量计62的截面结构的图。
另外，图6A是表示本发明的第三实施方式所涉及的超声波流量测量单元52中的超声波振子1b、9b与超声波振子安装部8的接触部20的结构的、从安装端子12的方向看的俯视图，图6B是该接触部20的截面图。另外，图6C是将本发明的第三实施方式所涉及的超声波流量测量单元52中的压电元件4和声匹配层5以与对压电元件施加电压的端子12相粘接的状态嵌入测量流路7后的截面图。
此外，除了超声波振子1b、9b与超声波振子安装部8的接触部20的结构以外，本实施方式的超声波流量测量单元52和超声波流量计62的结构与在第一实施方式中说明的超声波流量测量单元50和超声波流量计60相同，省略其说明。另外，作为端子12，还能够使用在第二实施方式中说明的端子12a~12e。
如图6A~图6C所示，在超声波振子1b、9b与超声波振子安装部8的接触部20处设置有圆环状的平坦部。在平坦部上设置有四个突起15。此外，在本发明中，该突起15的数量并不限定于四个，能够任意地设定突起15的数量。
构成为对压电元件4施加电压的端子12通过该突起15与测量流路7的超声波振子安装部8点接触而被定位。
通过设为这种结构，与在第一实施方式中说明的超声波流量测量单元50和超声波流量计60、在第二实施方式中说明的超声波流量测量单元51和超声波流量计61相比，能够进一步降低压电元件4的振动的影响。
使用本实施方式的超声波流量测量单元52和超声波流量计62对从一个超声波振子1b发送且在被测定流体16中传播的超声波信号直到被另一个超声波振子9b接收为止的传播时间进行测量。由此，能够提高对流过测量流路7的被测定流体16的流量进行测定的超声波流量测量单元52和超声波流量计62的测量精度。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明，不需要超声波振子单体的外壳，因此超声波振子的材料费降低。另外，能够使用于安装超声波振子的构件的材料费降低，削减组装超声波振子的工时，因此能够实现更为廉价的超声波流量计。
由此，与以往的超声波流量计相比能够实现廉价的流量计，因此在流量测定基准器以及煤气表、水表等用途中也有用。
附图标记说明
1、1a、1b、9、9a、9b：超声波振子；4：压电元件；5：声匹配层；7：测量流路；8：超声波振子安装部；10：引线；12、12a、12b、12c、12d、12e：端子；12c’、12e’：延伸部；13：涂敷材料；14a、14b、14c、14d、14e：振动吸收部；15：突起；16：被测定流体；20：接触部；30：测量电路；50、51、52：超声波流量测量单元；60、61、62：超声波流量计。

Claims (5)

1.一种超声波流量测量单元，具备：
测量流路，被测定流体流过该测量流路；
一对超声波振子，其配置在上述测量流路的上游和下游，能够发送接收超声波信号；以及
超声波振子安装部，其设置于上述测量流路，
其中，上述超声波振子具有压电元件、用于对上述压电元件施加电压的端子以及与上述端子的发送侧的面相粘接的声匹配层，
通过具有弹性的涂敷材料将上述超声波振子固定于上述超声波振子安装部。
2.根据权利要求1所述的超声波流量测量单元，其特征在于，
上述端子在外周部具有振动吸收部，
上述超声波振子通过上述振动吸收部与上述超声波振子安装部相抵接而被定位。
3.根据权利要求1所述的超声波流量测量单元，其特征在于，
上述超声波振子通过上述端子的外周部与上述超声波振子安装部点接触而被定位。
4.根据权利要求2所述的超声波流量测量单元，其特征在于，
上述超声波振子通过上述端子的上述外周部与上述超声波振子安装部点接触而被定位。
5.一种超声波流量计，使用了根据权利要求1至4中的任一项所述的超声波流量测量单元，
该超声波流量计具备测量电路，该测量电路对从上述一对超声波振子中的一个超声波振子发送且在上述被测定流体中传播的超声波信号直到被上述一对超声波振子中的另一个超声波振子接收为止的传播时间进行测量。
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