CN103477194A - 用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件，该耦合元件适于耦合元件的耦合输入表面和耦合输出表面之间的声纵向波通过在耦合元件到规定的介质的第一界面处的反射的波型转换，其中，耦合元件包括到规定的介质的第二界面，其中，耦合输入表面和第一界面之间的第一角度以及第一界面和耦合输出表面之间的第二角度被选择成使得横向波的一部分被在第一界面处反射到耦合输出表面，并且其中，耦合输入表面和第一界面之间的第一角度以及第一界面和第二界面之间的第三角度被选择成使得纵向波部分在第一界面上反射到第二界面，且反射到第二界面的纵向波的一部分被在第二界面处反射回到耦合元件中，其中，第二界面的质心被在耦合输出表面的穿过耦合输出表面的质心的表面法线的方向上相对于一平面偏移，耦合输出表面的表面法线与该平面垂直，且耦合输出表面的质心位于该平面中。

Description

用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件

技术领域

本发明涉及一种用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件，该耦合元件适于通过具有预定介质的耦合元件在第一界面上的反射，进行声纵向波在耦合元件的内耦合表面和外耦合表面之间的波型转换。

背景技术

超声流量测量装置通常应用在加工技术和自动化技术中。它们允许容易地确定管路中的体积流和/或质量流。

通常，已知的超声流量测量装置根据多普勒原理或根据传播时间差原理来工作。在传播时间差原理中，超声脉冲的不同传播时间被计算为液体的流动方向的函数。为此，超声脉冲被在流动方向上以及与流动方向相反地以相对于管轴线的某一角度来发送。根据传播时间差，可以确定流速，并且在已知管路横截面的直径情况下，确定体积流量。

在多普勒原理中，超声波被以某一频率内耦合到液体中，并且计算被液体反射的超声波。根据从耦合波和反射波之间的频移，同样可以确定液体的流速。当液体中存在小气泡或杂质时，发生液体中的反射，从而该原理通常在受污染的液体中应用。

使用超声换能器来产生、相应地接收超声波。为此，超声换能器被固定在相关的管路部分的管壁中。夹合式超声流量测量系统提供另一个选择。该情形中，超声换能器被在外部压靠测量管的壁。夹合式超声流量测量系统的一个极大的优点是它们不接触被测量的介质，并可以被放置在已经存在的管路上。

从US5.052.230已知根据传播时间差原理工作的另一种超声流量测量装置。在该情形中，借助于短的超声脉冲，被称为短的超声脉冲(burst)来探查传播时间。

通常，超声换能器由机电换能器元件例如压电元件，和耦合层尤其是在夹合式系统的情形中也被称为耦合元件组成。超声波在机电换能元件中产生，在夹合式系统的情形中，该超声波通过耦合元件被引导到管道壁并从管道壁引导到液体中，或者在内嵌系统(inline system)的情形中，该超声波通过耦合层被引导到被测量的介质中。在这种情况下，耦合层有时也表示为膜。

布置在压电元件和耦合元件之间的可以是另一耦合层，该另一耦合层是所谓的适配层或匹配层。在这种情况下，适配层或匹配层执行传输超声信号和同时降低由不同声阻抗引起的在两种材料之间的界面上的反射的功能。

为了使干扰耦合元件内的超声信号的反射最小化，例如DE102007062913A1中提供了声音吸收区域。

US4,467,659公开了一种用于流量测量装置的超声换能器的耦合元件。耦合元件具有内耦合表面，压电超声换能器被抵靠该内耦合表面而放置，这在耦合元件中产生了纵向声波。这被在第一界面上反射，使得横向声波被从第一界面反射到外耦合表面，在外耦合表面中，横向声波被从耦合元件外耦合到放置有耦合元件的管壁或管道壁中。耦合元件中的所述波型转换被执行，以便在管壁或管道壁中产生所谓的兰姆波，借助于该兰姆波，测量了被测量的介质穿过管道的流量。另外，US4,475,054公开了用于聚焦经转换的横向波的弯曲界面。这些换能器看起来不适于借助于夹合式超声换能器的常规传播时间差测量，这是因为除了横向波之外，纵向波也被外耦合到管壁或管道壁中，这干扰了测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声流量测量装置，该超声流量测量装置将预定形式的最大声能量耦合到管路中，以便利用此来测量流量。

该目的通过独立权利要求1和12的特征部分来实现。本发明的进一步的进展和实施例设置在各个从属权利要求的特征部分中。

除了将尽可能多的声能量以预定的形式耦合到管路中以外，为了利用此来测量流量，在本发明的耦合元件的应用的情形中，还有尽可能少的声能量以干扰测量的其它形式被内耦合到管路中。本发明的耦合元件适于用于高温夹合式超声流量测量装置中。

附图说明

本发明可以多个形式的实施例提供。现将基于附图的示意图来更详细地解释该实施例中的一些实施例。以相同的附图标记表示附图中提供的相同的元件。附图的示意图如下示出：

图1示出了穿过夹合式超声流量测量装置的常规超声换能器的横截面，

图2示出了穿过本发明的用于夹合式超声流量测量装置的超声换能器的横截面，

图3示出了作为反射角的函数的用于纵向波和横向波的反射系数的曲线图，

图4示出了穿过本发明的超声换能器的另一个实施例的横截面，

图5示出了作为入射角的函数的纵向波和横向波的反射角的曲线图。

具体实施方式

图1示出了现有技术的夹合式超声流量测量装置的超声换能器1。超声换能器1包括：耦合元件2，该耦合元件2适于耦合元件2的内耦合表面3和外耦合表面4之间的声纵向波通过耦合元件2与预定介质的第一界面5上的反射的波型转换。用于机械波尤其是声波的传输的超声流量测量装置的超声换能器的这些耦合元件是公知的。在这种情况下，除了声波的传输之外，还发生波型转换。机电换能器元件7被布置在耦合元件2的内耦合表面3上。这产生了纵向声波10，该纵向声波10在耦合元件2中朝向第一界面5传播。虚线表示波的宽度。第一界面5由耦合元件2与预定介质的表面形成，该预定介质诸如例如耦合元件2的环境中的空气。

在第一界面5处，纵向波10被反射。作为耦合元件2中的声速和与耦合元件2的表面5邻接的介质中的声速的函数，以及作为纵向波10在第一界面5上的入射角即在内耦合表面3和第一界面5之间的第一角度α的函数，通过耦合元件2中的波型转换，产生了横向波11。由此，引入的纵向波10被部分地反射为纵向波10，且部分地作为耦合元件2的第一界面5上的横向波11反射。它们的相对级份又取决于上述的参数。引入的纵向波10的声能量的一部分还可以以声波的形式从耦合元件2逸出。此处和以下，将不进一步关注从系统逸出的部分。

反射的纵向波10和反射的横向波11以不同的角度传播。两者都撞击耦合元件2的外耦合表面4。此处，它们再次被成比例地通过耦合元件2外耦合，并被内耦合到被测量的介质中，或被内耦合到测量管8的壁9中，并且被从壁9然后内耦合到被测量的介质中。该超声换能器的问题在于，除了用于测量被测量的介质穿过测量管8的流量且又在纵向波进入被测量的介质时在外耦合表面4或测量管壁9处反射的横向波的级份之外，在测量穿过测量管的介质的流量期间，反射到外耦合表面的纵向波也被在外耦合表面4处或在测量管壁9处反射到被测量的介质或在测量管壁9中传播，且该纵向波被认为是干扰。

在图2中以第一实施例而如此示出的本发明的用于超声流量测量装置的超声传感器的耦合元件2包括内耦合表面3和外耦合表面4，且耦合元件2适于声纵向波在耦合元件2的内耦合表面3和外耦合表面4之间通过耦合元件与预定介质的第一界面5上的反射的波型转换。然而，除此之外，耦合元件2还包括与预定介质的另外的第二界面6。界面6与耦合元件2的外耦合表面4不相同。

在本发明的耦合元件2的应用的情形中，如上面已经描述的，纵向波10通过内耦合表面3被内耦合到耦合元件中以传播到第一界面5，纵向波10被在第一界面5处反射。反射的横向波11和反射的纵向波10的级份又取决于上述的对应地设定的参数而为第一近似值。由此，内耦合表面3和第一界面5之间的第一角度α以及第一界面5和外耦合表面4之间的第二角度β被选择成使得横向波11部分被在第一界面5上反射到外耦合表面4。此外，第一界面5和第二界面6之间的第三角度γ被选择成使得纵向波10的反射到第二界面6的可能的部分被在第二界面6处反射回到耦合元件2中。如果第二界面6被相对于第一界面5布置成使得纵向波10部分被在第一界面5上反射到第二界面6，则第二界面6也被相对于第一界面5布置成使得这些纵向波10的一部分被在第二界面6上反射回到耦合元件2中。在这种情况下，不排除纵向波10被在第二界面6上反射回到耦合元件2中。然而，在本发明的优选实施例中，与互补波类型例如横向波的该部分相比，反射回的波的预定波类型例如纵向波的部分是大的。

在这种情况下，第二界面6具有面积的中心，该面积的中心被在外耦合表面4的表面法线的方向上相对于虚拟平面偏移，该表面法线延伸穿过外耦合表面的面积的中心。该虚拟平面被在空间中取向使得外耦合表面4的表面法线与该平面垂直地相交。另外，外耦合表面的面积的中心位于该平面中。由此，明确地确定了第二界面6不属于外耦合表面4。在超声换能器1的安装状态下的外耦合表面4与例如管路接触，或者在本发明的已安装的流量测量装置的情形中的外耦合表面4与测量管接触，以使超声波耦合到测量管中。第二界面6不接触测量管，以使在第二界面6上反射的超声波不被耦合到测量管中。在本发明的此处所示的实施例的示例中，第二界面6通过从图1的耦合元件2切掉一角来形成。耦合元件转动离开外耦合表面4的得到的结构部件此处称为托脚(stand-off)。

然而，除了角度之外，该表面3、4、5和6自然也对应地形成，尤其是相对于它们的尺寸，还相对于它们的形状。由此，得到该表面相对于彼此的预定位置。在本发明的实施例中，具体地，穿过内耦合表面3被耦合的纵向波10既不在托脚的第二界面6上也不在外耦合表面4上无反射地撞击。通常，外耦合表面也称为超声窗。

如已经提到，各个反射是独立于声波的波长、横向波的波长或纵向波的波长的第一近似值。因此，本发明的耦合元件也可以独立于超声换能器或超声测量系统来设计。然而，如果系统应该高度精确地测量，则可以考虑：其它参数，诸如例如耦合到耦合元件的声波的振幅、波长和/或频率；参与物质的声阻抗的其它参数或本发明的耦合元件的结构元件中的其它参数，该参与物质诸如机电换能器元件、耦合元件、可能介入的适配层或匹配层、围绕耦合元件的介质、测量管和测量介质；或本发明的耦合元件的结构实施例中的其它参数。

关于此，仅已经描述了从机电换能器元件到测量的介质的声波的路径。然而，对于本领域中的一般技术人员，清楚的是，根据上面已经描述的内容，本发明的超声换能器可以用作传输器和接收器。

由此，不仅声波可以从耦合元件的外耦合表面外耦合。而且，外耦合表面也可以用于将声波耦合到耦合元件中。对于内耦合表面和第一界面，自然也有类似的考虑。而且，机电换能器元件也适于将声波换能成电信号。

在本发明的耦合元件的应用的情形中，例如，在超声换能器作为接收器中，内耦合表面和第一界面之间的第一角度以及第一界面和外耦合表面之间的第二角度可以被如此选择，且例如，在安装本发明的超声流量测量装置且以超声流量测量装置取向的状态下，声波可以通过外耦合表面被耦合到耦合元件中，使得声波的通过外耦合表面耦合的部分作为横向波被反射到第一界面，且横向波的反射到第一界面的部分被在第一界面处作为纵向波反射到内耦合表面。

在本发明的耦合元件2的进一步进展中，内耦合表面3和第一界面5之间的第一角度α以及第一界面5和第二界面6之间的第三角度γ被选择成使得横向波的在第一界面5上反射到第二界面的部分的能量比纵向波的在第一界面5上反射到外耦合表面4的部分的能量小，并且/或者角度α和角度γ被选择成使得纵向波10的在第一界面5上反射到第二界面6的部分的能量基本上比纵向波的在第一界面5上反射到外耦合表面4的部分的能量大。

从第一界面反射到第二界面的横向波部分是非常小的。在图2中，第二界面6与横向波11的从第一界面5反射到外耦合表面4的部分大致平行地延伸，且据此，声横向波的在第一界面5上反射到第二界面6的部分的能量实质上为零，这是因为实际上没有横向波11被从第一界面5反射到第二界面6。从第一界面5反射的纵向波10实际上被完全在第二界面6上反射，且由此，从第一界面5反射的纵向波几乎没有直接撞击在外耦合表面4上。对应地，横向波的从第一界面反射到外耦合表面的部分是高的，此处是约100%。

在本发明的另外的进一步进展中，角度α还被选择成使得在第一界面5上反射的纵向波10，由此反射到第二界面6和/或反射到外耦合表面4的纵向波10的振幅是至少10dB，尤其至少是20dB，在第一界面5上反射的横向波11的振幅水平以下，由此，横向波11从波型转换形成并被反射到第二界面6和/或被反射到外耦合表面4。然后，角度γ例如被选择成使得在第二界面6上反射回到耦合表面2中的纵向波的能量最小化，即用于该反射的反射系数在选定的角度γ下具有全局最小值。

对于所述的反射中的每一次反射，可以计算反射系数。在图3中作为入射角的函数绘制的分别是用于横向波的反射系数12和用于纵向波的反射系数13。入射角在0°和90°之间的范围中，且入射角在引入波此处例如纵向波10和相对于界面此处例如第一界面5的法向矢量之间测量。当假设纵向波10被耦合到与内耦合表面3垂直的耦合元件2中，并对应地传播到与内耦合表面3垂直的第一界面5时，则该入射角等于内耦合表面3和第一界面5之间的第一角度α。然后，在第一界面5上反射的横向波11和纵向波10的反射角根据用于反射的公式对应地得到。图5示出了分别作为第一界面处的纵向波入射角、横向波入射角的函数的纵向波反射角和横向波反射角的曲线图，该第一界面由作为耦合元件材料的不锈钢和作为围绕第一界面区域中的耦合元件的介质的空气形成。右边的相对平的曲线表示引入的纵向波（L）的横向（T）反射，而左边的较陡的升高的曲线表示引入的横向波（T）的纵向（L）反射。

图3的曲线图还涉及该材料的匹配，由此，其它材料匹配不应该被排除在外。有时，反射系数也称为反射因数。它是用于反射波的反射振幅的测量，且由此是用于反射能量或从反射能量推导出的变量，诸如例如声强。在本示例中，在0°的入射角的情形中的纵向波被完全作为纵向波10而反射。然后，第一界面5会与内耦合表面3平行地延伸。用于在第一界面5上反射90°的入射角的值是逻辑上是不存在的，这是因为从内耦合表面3传播的纵向波不会撞击第一界面5，这是因为该两者会彼此平行地延伸。对于在第二界面6上的第二反射或任何其它反射，自然也存在这些事实。此处，仅通过示例，基于第一反射来解释该图。

在选定的第一界面5的情形中，横向波11会被以45°的角度反射，其中振幅是约0.6倍的引入纵向波。这表示反射的横向波11的反射系数的对入射角绘制的曲线的全局最大值。此处，反射的纵向波11的反射系数的对入射角绘制的曲线的全局最小值在约66°处。然后，仅约0.04倍的在第一界面5上引入的纵向波的能量作为纵向波10被反射。

第一界面5和第一角度α根据本发明的进一步进展而形成，使得作为横向波11反射的波的反射因数对第一角度α绘制的第一曲线12存在着全局最大值，并且对应地，作为纵向波10反射的波的反射因数对第一角度α绘制的第二曲线存在着全局最小值，其中，第一曲线在两个点处与第二曲线交叉。

本发明的进一步进展中，内耦合表面和第一界面之间的第一角度α在0°和90°之间选择，使得它位于的在第一界面上反射的纵向波的相应的反射因数对第一角度绘制的曲线12和在第一界面上反射的横向波的相应的反射因数对第一角度绘制的曲线13的两个交点的角度值之间。

本发明的另一个进一步进展中，内耦合表面和第一界面之间的第一角度在0°和90°之间选择，使得它位于在第一界面上反射的纵向波的反射因数对第一角度绘制的曲线12的全局最小值的角度值与在第一界面上反射的横向波的反射因数对第一角度绘制的曲线13的全局最大值的角度值之间。

这些极限是本领域中的一般技术人员的指南。取决于该曲线的特性，曲线的绕所述点的斜率可以是非常小的，或者局部最小值或局部最大值可以位于直接附近。在这种情况下，这些极限可以被超过，以便制造本发明的耦合元件。

在本发明的另一个进一步进展中，假设在内耦合表面和第一界面之间的在0°和90°之间的第一角度与差的曲线的全局最大值的角度值对应，该差作为第一角度的在第一界面上反射的横向波的反射因数对第一角度绘制的曲线和在第一界面上反射的纵向波的反射因数对第一角度绘制的曲线的函数。

由此，如果图3中绘制的用于反射的横向波和反射的纵向波的反射因数之间的差连续地形成在极限0°和90°之间，且获得的曲线又对极限0°和90°之间的入射角来绘制，则此处，在约62°的入射角处该曲线具有全局最大值。由此，耦合元件2被构造成使得内耦合表面3和第一界面5之间的第一角度α总计为约62°。在图6中示出了对角度α绘制的差的曲线图。

在一个形式的实施例中，内耦合表面和第一界面之间的第一角度被在0°和90°之间选择，使得第一角度与在第一界面上反射的横向波的反射因数对第一角度绘制的曲线的全局最大值的角度值对应。作为对该第一角度的替代，内耦合表面和第一界面之间的第一角度在0°和90°之间被选择，使得第一角度与在第一界面上反射的纵向波的反射因数对第一角度绘制的曲线的全局最小值的角度值对应。取决于耦合元件的材料和与介质的材料邻接并取决于声波的入射角，一种反射的最大值和另一种反射的最小值也可以是一致的。

如已经提及，在第二界面6上的反射和外耦合表面4上的反射也存在类似的关系。对应地选择第一界面5和外耦合表面4之间的第二角度。

本发明的进一步的发展提供了在预定的α的情形中的角度γ被选择以使得在第二界面5上反射回到耦合元件2中的纵向波10的能量是最小的，即角度α和γ被选择以使γ的角度值与在第二界面5上反射的纵向波的反射因数对角度γ绘制的曲线的全局最小值的角度值对应。如果例如角度α被选择以使它与在第一界面5上反射的纵向波10的反射因数对第一角度绘制的曲线的全局最小值的角度值对应，则角度γ也被选择以使在第一界面5上反射到第二界面6的纵向波的入射角与第二界面6上的α相等。

本发明的耦合元件例如用于高温应用的工业过程测量技术的超声换能器中，由此，该高温应用是例如当被测量的介质具有大于150℃或者甚至大于200℃的温度时，且放置有耦合元件的管路的外部具有类似的高温。为了该目的，有利的是耦合元件则至少部分地包括金属或金属合金，尤其是钢、合金钢或不锈钢。然而，其它材料也提供选择，诸如例如合成材料或陶瓷。例如，理想的是纵向波，例如通过钢管被以传播时间差测量所需要的角度而耦合到被测量的介质中，其中外耦合表面上的横向波的对应的入射角例如在15°和75°之间。该角度可以具体地通过耦合元件中的声音的横向速度来调整，由此对应地选择该耦合元件的材料。将材料的耐温性考虑为对于耦合元件的选择的另一个界限条件。

在实施例的示例中，耦合元件的材料中的声音的纵向速度对横向速度的比率位于0.5和0.6之间，尤其是位于0.54和0.57之间，例如在约0.56。

本发明的超声换能器包括本发明的至少一个耦合元件，其中，机电换能器元件7被布置在耦合元件的内耦合表面上。超声换能器可以具有绕耦合元件2的壳体。在壳体和耦合元件之间，则存在围绕耦合元件的介质，例如气体、液体或合成材料，或壳体另外提供用于形成一个或两个界面的材料。本发明的超声换能器适于在超声流量测量装置尤其是夹合式超声流量测量装置中的应用。机电换能器元件7例如是压电元件。在一个实施例中，这是所谓的厚度振荡器。机电换能器元件7被在厚度模式下操作，由此它在耦合元件中产生了机械的尤其是声学的纵向波。在任何情形中，机电换能器元件7必须适于将机械波尤其是纵向声波通过内耦合表面而耦合到耦合元件中。

本发明的夹合式超声流量测量装置包括至少一个本发明的超声换能器，而对于传播时间差测量，本发明的夹合式超声流量测量装置包括至少两个本发明的超声换能器。如此配备的夹合式超声流量测量装置的两个超声换能器可以被布置在管路上，则这以确定的方式使该管路成为测量管。这种情形中，外耦合表面被与管路接触和声学上耦合地放置。

这种情形中，外耦合表面可以被直接地安装在管路的外表面上，由此外耦合表面和管路的材料形成界面，或者外耦合表面通过介入预定材料，即对于横向声波以及同样对于纵向声波都具有已知声速的材料的耦合垫而安装在管路上。另一个选择是在外耦合表面和管路之间放置耦合膏或油脂。通常，耦合垫是硅材料。然而，耦合垫还可以是软金属或金属合金，诸如例如合金钢或不锈钢。

如果耦合元件包括与管路相同的材料或具有声学上类似特性的材料，则形成在外耦合表面和测量管壁之间的界面的影响是可以忽略的，这是因为声音实质上都穿过而不反射。否则，在耦合元件的设计中必须考虑这些界面，尤其是形成在测量管壁和被测量的介质之间的界面。由于声横向波不或仅非常轻微地在液体和气体中传播，且由此不可以用于借助于传播时间差原理来测量流量，横向波作为纵向波被耦合到被测量的介质中。作为纵向波的反射也是可能的，例如，在从耦合元件过渡到耦合垫中或过渡到测量管中的情形中。然而，如果测量管和耦合元件具有相等的或类似的声学特性，则横向波仅在过渡处作为纵向波反射到介质。由此，在该情形中，损失最少的能量。

因此，有利的是已知管路的材料，或至少它的声学特性，诸如它的声阻抗抗或声速。对于被测量的介质要求是相同的。

图4示出本发明的耦合元件2的实施例的另一个形式。此处，托脚被实施成使得第二界面6位于与外耦合表面4的平面平行的平面中，并在外耦合表面4的平面的法向矢量的方向上偏移。反射回到耦合元件中的纵向机械波和/或横向机械波被反射到耦合元件的具有高衰减的纵向机械波和/或横向机械波的区域15中。具体地，反射到耦合元件2的该声音吸收区域15中的是被第二界面反射的纵向波和/或被外耦合表面反射的纵向波和/或横向波。附加地或替代地，反射回到耦合元件中的纵向波和/或横向波，尤其由此反射回第二界面上的纵向波在第三界面上反射，尤其上在第三界面上大致垂直地反射，此处它们从耦合元件2逸出而不进一步反射回到耦合元件2中。在此情形中，会存在各波完全穿过界面。此外，已经撞击第二界面6的纵向波10的很大部分可以通过反射从耦合元件2逸出到外部。

图4中所示的结构引起的事实在于，反射到第二界面6的纵向波10是反射回到第一界面5并从第一界面5又很大程度地反射回到内耦合表面3和机电换能器元件7的某一部分。这些纵向波10可能干扰并由此不利于实际的测量。然而，根据反射到内耦合表面3并由此反射到机电换能器元件7的这些声波的传播时间，可以计算耦合元件2中的温度。现有技术已经详细地描述了温度的计算。

在一实施例中，第二界面是弯曲的。由此，在耦合元件中在第二界面上反射到耦合元件中的波可以被聚焦回到耦合元件的声衰减区域，由此，耦合元件可以做得更小。在另一个实施例中，第一界面是弯曲的，具体地，第一界面被弯曲成使得从第一界面反射到外耦合表面的横向波被朝向外耦合表面聚焦。自然地，外耦合表面也可以是弯曲的，以便例如将声波聚焦到管路中的被测量的介质中或以便将声波匹配到管路的表面。

附图标记列表

1  超声换能器

2  耦合元件

3  内耦合表面

4  外耦合表面

5  第一界面

6  第二界面

7  机电换能器元件

8  测量管

9  测量管壁

10  纵向波

11  横向波

12  横向波的反射系数的曲线

13  纵向波的反射系数的曲线

14  声衰减区域

Claims (14)

1.一种用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），所述耦合元件（2）适于所述耦合元件（2）的内耦合表面（3）和外耦合表面（4）之间的声纵向波通过在所述耦合元件（2）与预定介质的第一界面上的反射的波型转换，其特征在于：

所述耦合元件（2）具有与预定介质的第二界面（6），其中，所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的第一角度（α）以及所述第一界面（5）和所述外耦合表面（4）之间的第二角度（β）被选择成使得横向波部分被在所述第一界面（5）上反射到所述外耦合表面（4），以及其中，所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的所述第一角度（α）以及所述第一界面（5）和所述第二界面（6）之间的第三角度（γ）被选择成使得所述纵向波部分被在所述第一界面（5）上反射到所述第二界面（6），且反射到所述第二界面（6）的纵向波的一部分在所述第二界面（6）上反射回到所述耦合元件（2）中，其中，所述第二界面（6）的面积的中心在穿过所述外耦合表面（4）的面积的中心的所述外耦合表面（4）的表面法线方向上相对于一平面偏移，所述外耦合表面（4）的所述表面法线与所述平面垂直，且所述外耦合表面（4）的面积的中心位于所述平面中。

2.根据权利要求1所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的所述第一角度（α）以及所述第一界面（5）和所述第二界面（6）之间的所述第三角度（γ）被选择成使得在所述第一界面（5）上反射到所述第二界面（6）的横向波部分的能量基本上比在所述第一界面（5）上反射到所述外耦合表面（4）的横向波部分的能量小。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述第一界面（5）和所述第二界面（6）之间的所述第三角度（γ）被选择成使得所述第二界面（6）与从所述第一界面（5）反射到所述外耦合表面（4）的横向波部分平行地延伸。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的所述第一角度（α）被选择成使得所述第一角度（α）位于对于在所述第一界面（5）上反射的纵向波和在所述第一界面（5）上反射的横向波的对应反射因数对第一角度绘制的曲线的两个交点的角度值之间。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的所述第一角度（α）被选择成使得所述第一角度（α）位于在所述第一界面（5）上反射的纵向波的反射因数对所述第一角度绘制的曲线的全局最小值的角度值与在所述第一界面（5）上反射的横向波的反射因数对所述第一角度绘制的曲线的全局最大值的角度值之间。

6.根据权利要求4或5所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的所述第一角度（α）与用于在所述第一界面（5）上反射的横向波的反射因数对所述第一角度绘制的曲线与在所述第一界面（5）上反射的纵向波的反射因数对所述第一角度绘制的曲线之间的差对所述第一角度绘制的曲线的全局最大值的角度值对应。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的第一角度（α）被选择成使得所述第一角度（α）与在所述第一界面（5）上反射的横向波的反射因数对所述第一角度绘制的曲线的全局最大值的角度值对应。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述内耦合表面（3）和所述第一界面（5）之间的所述第一角度（α）被选择成使得所述第一角度（α）与在所述第一界面（5）上反射的纵向波的反射因数对所述第一角度绘制的曲线的全局最小值的角度值对应。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述耦合元件（2）至少部分地包括金属或金属合金。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的用于超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2），其特征在于：

所述第一界面（5）是弯曲的和/或所述第二界面（6）是弯曲的。

11.用于超声流量测量装置的超声换能器具有机电换能器元件（7），所述机电换能器元件（7）被布置在所述耦合元件（2）的所述内耦合表面（3）上，其特征在于：

所述耦合元件（2）是如权利要求1至10中的任一项所述的超声流量测量装置的超声换能器的耦合元件（2）。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的具有耦合元件（2）的超声流量测量装置的使用，其特征在于：

所述耦合元件（2）被直接放置或被介入至少一个预定耦合材料地放置在预定材料的管路上，用于确定穿过所述管路的被测量的介质的流量。

13.根据权利要求12所述的超声流量测量装置的使用，其特征在于：

所述耦合元件（2）包括具有与所述管路类似的声学特性的材料。

14.根据权利要求12或13所述的超声流量测量装置的使用，其特征在于：所述被测量的介质具有高于150℃的温度。

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