CN103026179A - 超声波收发器的安装结构和使用该安装结构的超声波流量计 - Google Patents

Abstract

超声波收发器（6）、（7）设置有施力部件（24），该施力部件（24）沿压缩O形密封圈（23）的方向安装，并通过在几个位置与该超声波收发器（6）、（7）相抵接而进行施力，该O形密封圈（23）设置于具有流路的机壳，设置用于向机壳卡定该施力部件（24）的螺钉（25），从而，能够将O形密封圈（23）用作密封部件，能够实现低成本、减少超声波收发器向机壳传递振动、易于进行信号处理的超声波流量计。

Description

超声波收发器的安装结构和使用该安装结构的超声波流量计

技术领域

本发明涉及一种使插入机壳内的超声波收发器与控制部电导通，从而利用由超声波收发器所产生的超声波进行气体、液体的流量的测量的超声波流量计。

背景技术

以往的此种超声波收发器（超声波振子），例如，如专利文献1（日本特开2001－159551号公报）所公开的那样，具有如图10那样的装置。如图10所示，壳体100为具有顶部101、侧壁部102、开口部103的有顶筒状的形状。在壳体100的顶部101的外壁面固定有声阻抗匹配层104，在壳体100的顶部101的内壁面固定有压电体105。

在壳体100的侧壁部102的外壁设有支承部106，支承部106通过重叠凸缘107和密封体108而使厚度增加，使刚性增大，该凸缘107在壳体100的开口部103侧呈环状地扩展，该密封体108封闭开口部103。

在密封体108处设有端子109、110，端子109隔着绝缘部111设置于密封体108，端子109与端子110相互绝缘。压电体105与端子109被引线112电连接。

这样，超声波振子113在有顶筒状的壳体100的内部设置压电体105，并利用密封体108进行密封，并且在壳体100的外部具有声阻抗匹配层104和支承部106。

用于降低侧壁部102的振动的、由减震性优异的材质形成的减震体114被设置为与侧壁部102相抵接。

通过在保持部116处设有由第一环状突起部117和第二环状突起部118所形成的气密密封部119而构成振动传递限制体115。

通过使第一环状突起部117与安装孔120的平坦面121紧贴而对振动传递限制体115与安装壁122之间进行气密密封。另外，通过使第二环状突起部118与构成超声波振子113的支承部106的凸缘107紧贴而对振动传递限制体115与超声波振子113之间进行气密密封。

在形成于安装壁122的安装孔120处，利用螺钉（未图示）等固定有固定体123，该固定体123为了使振动传递限制体115不从安装孔120内脱落而对该振动传递限制体115进行按压。

但是，上述以往的结构中的振动传递限制体115的结构较为复杂。即，在振动传递限制体115中，首先，具有插入有支承部106、凸缘部107的内槽形状的保持部116。然后，在保持部116的附近形成有第一环状突起部117，该第一环状突起部117通过与安装孔120的平坦面121紧贴而对振动传递限制体115与安装壁122之间进行气密密封。进而，在保持部116的附近具有第二环状突起部118，该第二环状突起部118通过与构成超声波振子113的支承部106的凸缘107紧贴而对振动传递限制体115与超声波振子113之间进行气密密封。

这样，由于构成以往的超声波振子的构件为复杂的结构，因此存在有制造时成本较高这样的问题。

专利文献1：日本特开2001－159551号公报

发明内容

本发明的超声波收发器的安装结构是由如下部分构成的，即，超声波收发器，其安装于机壳；超声波收发器的安装孔，其设置于机壳；密封部件，其插装于该安装孔；密封面，其设置于超声波收发器，并与密封部件相抵接；施力部件，其在几个位置与超声波收发器相抵接，并向压缩密封部件的方向进行施力；卡定部件，其将施力部件向机壳卡定。

由此，作为密封部件，能够使用低成本的O形密封圈等的弹性压缩体，另外，能够实现如下超声波流量计，该超声波流量计能够减少超声波收发器的向机壳传递的振动传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的超声波流量计的结构图。

图2是本发明的实施方式1的超声波收发器的安装部剖视图。

图3是本发明的实施方式1的超声波收发器的安装俯视图。

图4是本发明的实施方式2的超声波收发器的安装部剖视图。

图5是本发明的实施方式2的超声波收发器的安装俯视图。

图6是本发明的实施方式3的超声波收发器的安装部剖视图。

图7是本发明的实施方式4的超声波收发器的安装部剖视图。

图8是本发明的实施方式5的超声波收发器的安装部剖视图。

图9是本发明的实施方式6的超声波收发器的安装部剖视图。

图10是以往的超声波收发器的安装部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，本发明并不限定于本实施方式。

（实施方式1）

图1是表示使用了本发明的第1实施方式的超声波收发器的安装结构的超声波流量计的结构的图。

在图1中，在机壳1上形成的流路2中流动有LP气体、天然气等流体。流量测量部3是测量在该流路2中流动的流体的流量的区域，在流量测量部3处，在流路2的上游侧4配置有超声波收发器6，在流路2的下游侧5配置有超声波收发器7。

超声波收发器6和超声波收发器7与测量电路8相连接，该测量电路8用于测量超声波收发器6和超声波收发器7间的超声波传播时间，并且，设有运算电路9，该运算电路9基于来自该测量电路8的信号求得流速和/或流量。

另外，从发送电路（未图示）向超声波收发器6、7输出用于从超声波收发器6、7发送超声波的信号。

说明如上所述地构成的流量测量部3中的超声波流量计的动作、作用。将连结超声波收发器6与超声波收发器7的中心的距离设为L，将该连结超声波收发器6与超声波收发器7的直线与作为流动的方向的流路2的长度方向所形成的夹角设为θ。另外，将流体的无风状态下的音速设为C，将流路2内的流体的流速设为V。从配置于流量测量部3的上游侧4的超声波收发器6发送的超声波倾斜地横穿流路2而被配置于下游侧5的超声波收发器7所接收。此时的传播时间t1表示为

t1＝L／（C＋Vcosθ）（公式1）。

接着，从超声波收发器7发送超声波并用超声波收发器6进行接收。此时的传播时间t2表示为

t2＝L／（C－Vcosθ）（公式2）。

然后，从t1和t2的公式中去掉流体的音速C，则能够下式

V＝L（1／t1－1／t2）／（2cosθ）（公式3）。

已知L和θ，只要利用测量电路8测量t1和t2就能够求得流速V。根据该流速V，若将流路2的截面积设为S，将校正系数设为K，则能够利用运算电路9，通过运算Q＝KSV来求得流量Q。

使用图1～图9说明如下超声波收发器，该超声波收发器用于以如上所述的动作原理进行流量测量的超声波流量计中。图2是表示本发明的第1实施方式的超声波收发器的安装剖视图的图，图3是本发明的第1实施方式的超声波收发器的安装俯视图。

在图1中，配置于上游侧4的超声波收发器6和配置于下游侧5的超声波收发器7如图2和图3所示地具有压电体12和壳体13，该压电体12具有相反的一侧的电极面10和另一侧的电极面11，该壳体13与压电体12的一侧的电极面10电连接。

另外，超声波收发器6、7具有端子板16和外部电极17，该端子板16具有与壳体13的凸缘部14电导通的一个外部电极15，该另一外部电极17与端子板16呈绝缘状态地设置于端子板16。

进而，超声波收发器6、7还具有导电体18和声阻抗匹配层19，该导电体18设置于压电体12的电极面11与外部电极17之间，该声阻抗匹配层19与压电体12相对，并粘接固定于壳体13。

在形成于机壳20的安装孔21的台阶部22插入有作为密封部件的O形密封圈23。配置于安装孔21内的超声波收发器6、7的凸缘部14与O形密封圈23相接触，凸缘部14被施力部件24向O形密封圈23侧进行施力，该施力部件24由作为卡定部件的螺钉25固定于机壳20。这样，凸缘部14被O形密封圈23与施力部件24所夹持，从而将超声波收发器6、7固定于机壳20。

机壳20的设置有O形密封圈23的台阶部22以水平面26和垂直面27构成与O形密封圈23间的密封面。由于垂直面27的直径构成为比端子板16的外周部28的直径大，因此即使压缩O形密封圈23，端子板16的外周部28也不会与垂直面27相抵接。

另外，形成于施力部件24的、顶端形状呈球状的突起部29被设置于4处位置。

说明如上所述地构成的超声波收发器的安装结构和动作。

首先，将O形密封圈23插入形成于机壳20的台阶部22。接着，将超声波收发器6、7的凸缘部14放置于O形密封圈23之上，并以螺钉25固定施力部件24。其结果，超声波收发器6、7在压缩O形密封圈23的状态下固定于机壳20。

在固定状态下，端子板16的外周部28与机壳20呈非接触的状态。像这样地固定的超声波收发器6与超声波收发器7相互发送超声波，从而能够通过测量超声波收发器6和超声波收发器7间的超声波传播时间来求得流量。

在本实施方式中，形成为超声波收发器的振动经由作为密封部件的O形密封圈的弹性体向机壳传播的结构，减小了机壳传播（向机壳的传播，下同）。另外，施力部件形成为仅在几个位置与超声波收发器相抵接并向压缩密封部件的方向进行施力的结构，与以整个面对超声波收发器进行施力的结构相比能够降低机壳传播。

因而，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少超声波收发器的向机壳传递的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。另外，突起部25无需有4处，只要有3处即可均匀地按压端子板16，在功能上不存在任何问题。

（实施方式2）

图4、图5是表示本发明的第2实施方式的图，图4是表示超声波收发器的安装剖视图的图，图5是超声波收发器的安装俯视图。

在图4中，在机壳30的台阶部31的上部，于4处位置设有作为抵接限制部件的突起32，当将超声波收发器6、7插入安装孔33的O形密封圈34之上时，该突起32防止端子板35的外周部36与机壳30的侧壁部30a相抵接。另外，突起32为与端子板35的外周部36呈纵向线状地相接触的形状。其他结构和组装方法与图2相同，省略说明。

在本实施方式中，当以施力部件24的突起部29对超声波收发器6、7进行施力时，即使超声波收发器6、7在横向上移动，由于端子板35的外周部36与突起32呈线状地相抵接，因此超声波收发器6、7不会与机壳30直接接触，减小了向机壳传播超声波收发器6、7的振动所造成的机壳传播。

因而，能够实现如下超声波收发器6、7和超声波流量计，该超声波收发器6、7和超声波流量计能够减小超声波收发器6、7的向机壳30传递的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。另外，突起32的形状并不限定于与端子板35的外周部36呈纵向线状地相接触的形状，与端子板35的外周部36呈点接触的结构也能够确保该性能，效果也较明显。

另外，突起32无需为4处，只要为3处，即使超声波收发器6、7从安装孔33向横向移动，也能够防止端子板35的外周部36与侧壁部30a相接触，在功能上不存在任何问题。

（实施方式3）

图6是表示本发明的第3实施方式的图，图6是超声波收发器的安装剖视图。在图6中，施力部件37具有突起部39和支承部41，该突起部39与超声波收发器6、7的端子板38的至少3个位置相接触，并对该端子板38进行施力，该支承部41以在至少3个位置与端子板38的外周部38a相抵接，并向安装孔40的中心方向支承超声波收发器6、7。作为其他部件的O形密封圈42、机壳43、作为卡定部件的螺钉44等的结构和组装方法与图2相同，省略说明。

在本实施方式中构成为，当以施力部件37的突起部39对超声波收发器6、7进行施力时，端子板38的外周部38a与支承部41相抵接，超声波收发器6、7无法在横向上移动。因而，超声波收发器6、7的振动无法直接向机壳30进行机壳传播，而是形成为仅经由施力部件37向机壳传递。

其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少超声波收发器6、7的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。

（实施方式4）

图7是表示本发明的第4实施方式的图，图7是超声波收发器的安装剖视图。

在图7中，施力部件45形成有突起部46，当以作为卡定部件的螺钉47固定施力部件45时，突起46与机壳48相抵接。优选该突起46为在至少3个位置与机壳48相抵接的结构。施力部件45还具有突起部50和支承部51，该突起部50用于对端子板49进行施力，该支承部51用于支承端子板49。其他结构和组装方法与图6相同，省略说明。

在本实施方式中，当固定超声波收发器6、7时，用螺钉47将施力部件45固定于机壳48。突起部50对端子板49进行施力。此时，施力部件45的突起部46以点接触状态与机壳48相抵接。因而，超声波收发器6、7的振动无法直接向机壳48进行机壳传播，而是形成为仅经由施力部件45的突起部46向机壳48传递。

其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少超声波收发器6、7的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。另外，突起部46并不限定于设置于施力部件45的结构，即使设置于机壳48侧也能够获得同样的效果。

（实施方式5）

图8是表示本发明的第5实施方式的图，图8是超声波收发器的安装剖视图。

在图8中，施力部件52设有上突起部53和下突起部54。另外，在螺钉55与上突起部53之间夹持有作为振动吸收体的橡胶板57。当用作为卡定部件的螺钉55将施力部件52固定于机壳56时，下突起部54以点接触的方式与机壳56相抵接。优选该下突起54为至少在3个位置与机壳56相抵接的结构。另一方面，上突起部53与橡胶板57相抵接。施力部件52还具有突起部59和支承部60，该突起部59用于对端子板58进行施力，该支承部60用于支承端子板58。其他结构和组装方法与图6相同，省略说明。

在本实施方式中，当固定超声波收发器6、7时，用螺钉55将施力部件52固定于机壳56。突起部59对端子板58进行施力。此时，施力部件52的下突起部54以点接触状态与机壳56相抵接。另外，上突起部53隔着振动吸收体的橡胶板57与螺钉55相抵接。因而，超声波收发器6、7的振动无法直接向机壳56进行机壳传播，而是形成为仅经由施力部件52的下突起部54和上突起部53向机壳传递。特别是在上突起部53与螺钉55之间夹持有作为振动吸收体的橡胶板57，从而防止了振动经由螺钉55向机壳56传播。

其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少超声波收发器的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。

（实施方式6）

图9是表示本发明的第6实施方式的图，图9是超声波收发器的安装剖视图。

在图9中，在施力部件61的下突起部62与机壳63之间夹持有作为振动防止部件的橡胶板64。另外，在施力部件61的上突起部65与作为卡定部件的螺钉66之间夹持有作为振动防止部件的橡胶板67。施力部件61还具有突起部69和支承部70，该突起部69用于对端子板68进行施力，该支承部70用于支承端子板68。其他结构和组装方法与图6相同，省略说明。

在本实施方式中，当固定超声波收发器6、7时，用螺钉66将施力部件61固定于机壳63。突起部69对端子板68进行施力。此时，施力部件61的下突起部62以夹持橡胶板64的方式被固定于机壳63。另外，上突起部65隔着振动吸收体的橡胶板67与螺钉66相抵接。因而，超声波收发器6、7的振动无法直接向机壳63进行机壳传播，而是形成为超声波收发器6、7的振动仅经由橡胶板64、67向机壳传递。

其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少超声波收发器6、7的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。

如上所述，本发明由如下部件构成，即，机壳；超声波收发器，其安装于机壳；超声波收发器的安装孔，其设置于机壳；密封部件，其插入安装孔；密封面，其设置于超声波收发器，并与密封部件相抵接；施力部件，其在几个位置与超声波收发器相抵接，并向压缩密封部件的方向进行施力；卡定部件，其将施力部件向机壳卡定。

其结果，本发明形成为超声波收发器的振动经由作为密封部件的O形密封圈等的弹性体向机壳传播的结构，减小了机壳传播。另外，施力部件为仅在几个位置与超声波收发器相抵接并向压缩密封部件的方向进行施力的结构，与以整个面对超声波收发器进行施力的结构相比能够降低机壳传播。

因而，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少向机壳传递的超声波收发器的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，超声波收发器由如下部件构成，即，压电体，其具有1对相反的电极面；壳体，其与压电体的一侧的电极面电连接；端子板，其与壳体的凸缘部电导通；外部电极，其与端子板呈绝缘状态地设置于端子板；导电体，其设置于压电体的另一侧的电极面与外部电极之间；声阻抗匹配层，其与压电体相对，并粘接固定于壳体，密封部件被设为与凸缘部和机壳相抵接，施力部件与端子板在3个以上位置相抵接，并向压缩密封部件的方向进行施力。

其结果，当使粘接于壳体的压电体振动而从与该压电体相对并粘接固定于壳体的声阻抗匹配层产生超声波时，压电体的振动经由壳体、作为密封部件的O形密封圈等弹性体向机壳传递，但是因弹性体的振动吸收效果而减小了机壳传播。另外，通过使施力部件以在至少3个位置与端子板相抵接并对该端子板进行施力，与以整个面对超声波收发器的端子板进行施力的结构相比，由于振动仅经由多个施力部件向机壳传播，因此能够降低机壳传播。

因而，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够减少向机壳传递的超声波收发器的机壳传播，能够增大进行信号处理时的S／N，能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，端子板的外周部具有抵接限制部件，该抵接限制部件与安装孔成点接触或线接触。

其结果，端子板的外周部不会以面接触的方式与机壳相接触，从而能够降低超声波收发器的振动向机壳的传播。因而，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，抵接限制部件的结构为，将使端子板的外周部以在至少3个位置与安装孔相抵接的抵接部设在安装孔中。

其结果，能够将端子板的外周部与机壳之间的距离固定为等距离，能够从超声波收发器的安装孔以均匀的分布发送超声波。其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够实现稳定的信号处理，能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，施力部件具有突起部和支承部，该突起部与端子板在3个以上位置相抵接，并向压缩密封部件的方向进行施力，该支承部在3个以上位置与端子板的外周部相抵接，并向安装孔的中心方向支承超声波收发器。

其结果，通过将施力部件固定于机壳，能够不使超声波受波器的端子板外周与机壳直接接触，能够将端子板的外周部与机壳之间的距离固定为等距离，能够从超声波收发器的安装孔以均匀的分状态布发送超声波。其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够实现稳定的信号处理，能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，用于在施力部件与机壳相抵接的抵接部处在3个以上位置进行抵接的突起部，设置于施力部件或机壳上。

其结果，通过将施力部件固定于机壳，能够减少从施力部件向机壳传播的机壳传播。其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够实现稳定的信号处理，能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，在卡定部件与施力部件之间、和／或施力部件与机壳之间具有振动吸收体。

其结果，能够减少从超声波收发器经由施力部件向机壳传播的机壳传播。其结果，能够实现如下超声波收发器和超声波流量计，该超声波收发器和超声波流量计能够实现稳定的信号处理，能够进行高精度的流量测量。

另外，本发明为如下结构，即，机壳具有流量测量部，该流量测量部用于测量被测量流体的流量，通过使流量测量部采用如下的超声波流量计，能够获得可靠性较高的测量精度，上述超声波流量计具有：1对超声波收发器，其以上述超声波收发器的安装结构安装；测量电路，其测量该超声波收发器之间的超声波传播时间；运算电路，其基于来自该测量电路的信号求得流量。

产业上的可利用性

如上所述，本发明的超声波收发器和超声波流量计，在制造超声波流量计时，能够在不使用引线的情况下使超声波收发器与控制印刷基板相导通，能够实现低价的超声波流量计。另外，由于未使用引线，因此不存在有外部噪声造成影响的情况等，作为使用了可靠性优异的超声波收发器的超声波流量计是有用的。

附图标记说明

1、20、30、43、48、56、63、机壳；2、流路（测量流路）；6、7、超声波收发器；14、密封面（凸缘部）；23、34、42、O形密封圈（密封部件）；24、37、45、52、61、施力部件；25、44、47、55、66、螺钉（卡定部件）。

Claims (8)

1.一种超声波收发器的安装结构，其中，

该超声波收发器的安装结构包括：

机壳；

超声波收发器，其安装于上述机壳；

上述超声波收发器的安装孔，其设置于上述机壳；

密封部件，其插装于上述安装孔；

密封面，其设置于上述超声波收发器，并与上述密封部件相抵接；

施力部件，其在多个位置与上述超声波收发器相抵接，并向压缩上述密封部件的方向进行施力；

卡定部件，其将上述施力部件向上述机壳卡定。

2.根据权利要求1所述的超声波收发器的安装结构，其中，

上述超声波收发器包括：压电体，其具有1对相反的电极面；壳体，其与上述压电体的一方的电极面电连接；端子板，其与上述壳体的凸缘部电导通；外部电极，其与上述端子板呈绝缘状态地设置于上述端子板；导电体，其设置于上述压电体的另一方的电极面与上述外部电极之间；声阻抗匹配层，其与上述压电体相对，并粘接固定于上述壳体，

上述密封部件被设为与上述凸缘部和上述机壳相抵接，

上述施力部件在上述端子板的3个以上位置抵接，并向压缩上述密封部件的方向进行施力。

3.根据权利要求2所述的超声波收发器的安装结构，其中，

该安装结构还具有抵接限制部件，该抵接限制部件使上述端子板的外周部与上述安装孔点接触或线接触。

4.根据权利要求3所述的超声波收发器的安装结构，其中，

上述抵接限制部件的结构为，将使上述端子板的外周部在至少3个位置与上述安装孔相抵接的抵接部设在上述安装孔。

5.根据权利要求2所述的超声波收发器的安装结构，其中，

上述施力部件具有突起部和支承部，该突起部在上述端子板的3个以上位置抵接，并向压缩上述密封部件的方向进行施力，该支承部在3个以上位置与上述端子板的外周部相抵接，并向上述安装孔的中心方向支承上述超声波收发器。

6.根据权利要求1或2所述的超声波收发器的安装结构，其中，

用于在上述施力部件与上述机壳相抵接的抵接部处在3个以上位置进行抵接的突起部设置于上述施力部件或上述机壳。

7.根据权利要求1或2所述的超声波收发器的安装结构，其中，

在上述卡定部件与上述施力部件之间和／或在上述施力部件与机壳之间具有振动吸收体。

8.一种超声波流量计，其中，

上述机壳具有流量测量部，该流量测量部用于测量被测量流体的流量，上述流量测量部具有：1对超声波收发器，其以权利要求1或2所述的超声波收发器的安装结构安装；测量电路，其测量该超声波收发器之间的超声波传播时间；运算电路，其基于来自该测量电路的信号求得流量。

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