CN107206427A - 超声波换能器及其装配方法以及包括至少一个这种换能器的流量计 - Google Patents

超声波换能器及其装配方法以及包括至少一个这种换能器的流量计 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声波换能器(38)，所述超声波换能器包括：‑至少一个压电晶片，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面和背面表面，‑至少一个背面盘，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面和后表面，所述背面盘的前表面与所述压电晶片的背面表面面对并且接触地延伸，其特征在于，‑所述背面盘具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，‑所述背面盘具有的声阻抗在10MPa.s.m‑1与35MPa.s.m‑1之间。本发明涉及一种装配这种换能器(38)的装配方法以及一种包括至少一个这种换能器(38)的流量计。

Description

超声波换能器及其装配方法以及包括至少一个这种换能器的 流量计
技术领域
本发明涉及一种超声波换能器，所述超声波换能器可尤其用于对流体流量的测量特别是对液体流量的测量。本发明延伸到一种制造这种超声波换能器的制造方法。本发明还延伸到一种流量计，所述流量计包括处在流体流中的至少一个这种超声波换能器，尤其是面对面的至少两个超声波换能器。
背景技术
借助于至少一个超声波换能器对超声波在流体中行进时间的测量能够推导出所述流体的流量。然而，多个因素可能干扰所述超声波的路径并因此降低所述测量的精确性，甚至是使所述测量完全出错。所有接近所述换能器的环境元件都可能干扰经接收的信号并造成不精确性，所述不精确性尤其是来自于干扰反射以及压电堆积的较低信号/噪声比。
实际上，由已知的超声波换能器发送的信号在很大程度上取决于每个应用，并且需在每个装配之后经受校准。
已知设置使材料的厚度与所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一成比例，以便实施使阻抗适配并且限制干扰反射。
还从FR2063324已知一种超声波换能器，所述超声波换能器包括压电片体和布置在所述压电片体的后表面侧的缓冲器，所述后表面与所述压电片体的前振动表面相反，所述缓冲器具有圆柱体的形状，所述圆柱体的其中一个端部上由锥体端接，该形状能够缓冲由所述压电片体的后表面发射的声波。所述缓冲器还具有非常长的长度，以便减弱来自于所述压电片体的后表面的超声波，这种长尺寸使得根据FR2063324的换能器的使用与应用不兼容，在所述应用中，所述超声波换能器的空间尺寸需尽可能地小，尤其是在测量在管道中的流体流量的情况下。
然而尽管有这些预防措施，已知的超声波换能器仍未获得足够的可靠性和精确性，使得在日常用途中使用所述超声波换能器以例如用于对在供水或废水排放的导管或管道中的流体流量的测量是受限制的。而且，已知的超声波换能器的缺点在于，已知的超声波换能器对所述流体的温度变化敏感，这进一步增加了测量的不精确性。在现有技术中设置使材料的厚度等于所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一或与所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一成比例的行为能够在某些测量中避免干扰反射，但仍不足以克服与所述干扰反射相关的问题，这尤其是因为所述干扰反射还取决于温度。然而，不可能在温度发生变化时改变围绕所述压电晶片的材料的厚度。
发明内容
因此，本发明旨在通过提供一种具有经改善的精确性和可靠性的超声波换能器来克服这些缺点，尤其是当流体的温度发生变化时。
本发明还更具体地旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器具有较高信号/噪声比并且能够测量可靠的流体流量。
本发明还旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器具有足够良好的精确性、可靠性、耐用性和耐侵蚀环境性(特别是在液态介质中)，以能够将所述超声波换能器用于商业或法规的目的。
本发明旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器能够克服损害对流体流量的测量的可靠性的干扰反射问题。
本发明还旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器具有较小尺寸，尤其是具有足以允许所述超声波换能器浸没在流体流中的足够小的尺寸，所述流体流具有足以允许在所述流体流中使用所述超声波换能器以例如用于对流量的测量的足够小的流动干扰。
本发明还旨在提供一种超声波换能器，该种超声波换能器可按照与该超声波换能器在工业规模上的运用和在日常用途中的使用兼容的成本大批量地制造，以例如用于对在供水或废水排放的导管或管道中的流量的测量。
本发明还旨在提供一种制造具有相同优点的超声波换能器的制造方法。因此，本发明特别是旨在提供一种低成本的制造方法，该种制造方法可在与该制造方法在工业规模上的运用兼容的条件下大批量地实施。
本发明还旨在提供一种包括至少一个超声波换能器的流量计，所述流量计具有较低的制造和使用成本，同时具有经改善的精确性和可靠性，尤其是当流体的温度发生变化时。
为此，本发明涉及一种超声波换能器，所述超声波换能器包括：
-至少一个压电晶片，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面和背面表面，
-至少一个背面盘，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面和后表面，所述背面盘的前表面与所述压电晶片的背面表面面对并且接触地延伸，
其特征在于，
-所述背面盘具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与十倍之间，特别是在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，
-所述背面盘具有的声阻抗在10MPa.s.m-1与35MPa.s.m-1之间。
发明人观察到，背面盘具有这种声阻抗并且具有的厚度为所述压电晶片的厚度的至少三倍(特别是在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间)的这种换能器能够通过尤其发射第一周期稳定的信号来实施具有较大精确性和较大可靠性的测量(尤其是对流体流量的测量)，所述信号具有足够大的振幅并且缺少干扰信号。至少包括所述压电晶片和所述背面盘的根据本发明的换能器的压电堆积使得能够延迟干扰信号，以使由所述换能器发射和/或接收的第一信号具有良好的质量并且表征要执行的测量，第一信号尤其是瞬态的。这与已知的换能器完全相反，在已知的换能器中，这种背面盘具有的声阻抗与形成所述压电晶片的材料的声阻抗非常不同，以便充当具有吸收超声波的功能的屏。因此，与力图避免所述反射的根据现有技术的换能器不同，根据本发明的换能器不追求能够完全消除所述反射，但能够使得所述反射不干扰要实施的测量(例如对流体流量的测量)。根据本发明的换能器因此特别是适用于能够瞬态运行。特别是，所述背面盘具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，更具体地在所述压电晶片的厚度的三倍与五倍之间，这能够获得一种超声波换能器，该种超声波换能器的尺寸可减小，同时能够通过尤其发射第一周期稳定的信号来实施具有较大精确性和较大可靠性的测量(尤其是对流体流量的测量)，所述信号具有足够大的振幅并且缺少干扰信号。
因此，当根据本发明的换能器按照发射器模式运行时，所述换能器能够发射第一周期缺少干扰信号的信号，所述信号对应于一系列波或对应于超声波脉冲。当根据本发明的换能器按照接收器模式运行时，所述换能器也是有利的，在该接收器模式下，所述换能器还能够基于处于发射状态的周期性信号限制在经接收的信号的第一周期中的干扰信号。
一方面由于声阻抗使所述换能器能够传送来自于所述压电晶片的超声波，另一方面由于厚度大于所述压电晶片的厚度的三倍，所述背面盘能够延迟所述干扰信号。在根据本发明的换能器的一些特别有利的实施变型中，所述背面盘具有的厚度大于所述压电晶片的厚度的四倍，尤其是在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，特别是在所述压电晶片的厚度的四倍与七倍之间。更具体地，所述背面盘具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与五倍之间，尤其是在所述压电晶片的厚度的三倍与四倍之间。
有利地并且根据本发明，所述背面盘具有的厚度大于所述压电晶片的厚度的三倍，尤其是四倍。有利地并且根据本发明，所述背面盘具有的厚度小于所述压电晶片的厚度的七倍，尤其是六倍，特别是五倍。
而且，根据本发明的换能器能够实施精确可靠的测量(尤其是对流体流量的测量)，无论温度如何或无论温度如何随时间变化。特别是，根据本发明的换能器可尤其被使用在0℃与150℃之间(尤其是在0℃与100℃之间)的温度上，这与现有技术的换能器不同。事实上，温度的变化不影响由所述换能器发射和/或接收的信号的形态，所述信号的第一周期的振幅保持稳定。
根据本发明的换能器因此能够实施可靠且精确的测量，同时简化对信号的处理，以便推导出例如流体流量，或者在任何情况下都不使该处理更加复杂。
因此，替代于在前表面位置处反射超声波，所述背面盘由至少一种适用于传送来自于所述压电晶片的超声波的材料形成。有利地并且根据本发明，所述背面盘具有的声阻抗与所述压电晶片的声阻抗类似。所述背面盘具有的声阻抗因此接近于所述压电晶片的声阻抗。所述背面盘的声阻抗的绝对值可基本等于、略微大于或略微小于所述压电晶片的声阻抗的绝对值。特别是，有利地并且根据本发明，所述背面盘具有的声阻抗在20MPa.s.m-1与35MPa.s.m-1之间，尤其是在25MPa.s.m-1与32MPa.s.m-1之间，例如为大约30MPa.s.m-1。以该方式，来自于所述压电晶片的超声波的传播不在位于所述压电晶片与所述背面盘之间的界面上直接反射，但在所述背面盘中继续反射直到所述背面盘的后表面，所述超声波在所述背面盘的后表面上反射。
有利地并且根据本发明，所述压电晶片具有的声阻抗在20MPa.s.m-1与30MPa.s.m-1之间，特别是为大约25MPa.s.m-1。所述压电晶片因此由至少一种声阻抗在20MPa.s.m-1与30MPa.s.m-1之间(特别是为大约25MPa.s.m-1)的材料形成。
特别是，有利地并且根据本发明，所述压电晶片的厚度小于2mm，尤其是对于谐振频率为4MHz的压电晶片，为大约500μm。因此，有利地并且根据本发明，对于谐振频率为4MHz的压电晶片，所述背面盘的厚度在1.5mm与10mm之间，尤其是在1.5mm与5mm之间，更具体地在1.5mm与4mm之间。特别是，有利地并且根据本发明，所述背面盘的厚度在1.5mm与3.5mm之间，尤其是在1.5mm与3mm之间，更具体地在1.5mm与2.5mm之间。有利地并且根据本发明，所述背面盘的厚度还在2mm与4mm之间，尤其是在2mm与3.5mm之间，更具体地在2mm与3mm之间。
根据本发明的换能器还包括能够使所述压电晶片的正面表面与所述换能器的外部以及使所述背面盘的后表面与所述换能器的外部通过接触来电联接的元件。有利地并且根据本发明，根据本发明的换能器包括：
-正面电极，所述正面电极在所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触，所述正面电极与所述换能器的外部电联接，
-背面电极，所述背面电极在所述背面盘的后表面的后方并且与所述背面盘的后表面接触，所述背面电极与所述换能器的外部电联接。
根据本发明的换能器因此至少包括：正面电极，所述正面电极在所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触；以及背面电极，所述背面电极在所述背面盘的后表面的后方并且与所述背面盘的后表面接触，每个电极与所述换能器的外部直接或间接联接。根据本发明的换能器可例如包括：
-正面电极，所述正面电极在所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触；以及背面电极，所述背面电极在所述背面盘的后表面的后方并且与所述背面盘的后表面接触，
-所述正面电极与所述换能器的外部的电连接线，
-所述背面电极与所述换能器的外部的电连接线。
形成所述背面盘的材料因此适用于能够实施与所述压电晶片接触的背面电接触。这样做的优点还在于，借助于布置在所述压电晶片与所述背面盘之间的电极，避免了要添加电接触，添加电接触可能降低在所述压电晶片的背面表面与所述背面盘的前表面之间的接触质量。然而，还可能特别是在所述背面盘未由导电的材料或者导电性不足够的材料制成的情况下，设置使背面电极布置在所述压电晶片的背面表面的至少一部分的后方并且与所述压电晶片的背面表面的至少一部分接触。
为了确保在所述压电晶片与所述正面电极之间的良好的电接触，粘合材料可被使用在所述压电晶片与所述正面电极的界面上。有利地并且根据本发明，所述粘合材料从导电的粘合材料(或胶合剂)中选择。所述粘合材料可例如为包括至少一种聚合材料(例如环氧树脂)的胶合剂，在所述至少一种聚合材料中分散有导电的金属粒子。这种粘合材料还布置在所述压电晶片的后方，也就是说在位于所述压电晶片与所述背面盘之间的界面上。每个粘合材料层适用于确保在所述压电堆积的每个元件之间的足够的黏结性并且适用于不干扰所述压电堆积中的超声波的路径。有利地并且根据本发明，每个粘合材料层具有的厚度相对于所述压电堆积的元件中每个的厚度非常小。每个粘合材料层具有的厚度例如为大约10μm或小于10μm。
根据本发明的换能器还包括外壳，所述外壳保护由正面电极、压电晶片、背面盘和背面电极形成的压电堆积。
有利地并且根据本发明，所述外壳具有接收所述压电堆积的内部空间，和通道，所述通道用于每个电极与所述压电堆积的外部的电连接线。有利地，根据本发明的换能器的特征还在于，所述外壳具有正面壁，所述正面壁在所述正面电极的前方并且在所述压电晶片的正面表面的前方延伸，该正面壁具有称作窗部的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述正面电极和所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述正面电极和所述压电晶片的正面表面面对，并且所述经减薄部分被由所述压电晶片发射或接收的超声波穿过。实际上，所述外壳中形成的窗部布置成使得由所述换能器发射或接收的用于所述对流体流量的测量的超声波与所述正面壁基本正交地穿过窗部，所述正面壁为平坦的并且与所述压电晶片的正面表面平行。
所述外壳因此包覆所述压电堆积，同时留下至少一个用于朝向所述换能器外部的连接线的每个电导体的通道。
在根据本发明的换能器的其它实施变型中，每个外壳为管子的不可分割的一部分，在所述管子中流动有期望测量流量的流体。在该情况下，所述管子和每个换能器的外壳由同一个单件并且由同一种材料形成。所述管子因此包括至少一个内部容置部，所述至少一个内部容置部适用于能够接收所述压电堆积，以便形成至少一个根据本发明的换能器。本发明因此还延伸到一种这样形成的流量计。
有利地并且根据本发明，所述外壳由至少一种从由聚合材料和具有聚合物基体的复合材料形成的组中选择。特别是，有利地并且根据本发明，所述外壳由聚合材料或者包括聚合物基体的材料形成，所述聚合物基体可例如为热塑性的或热固性的，所述聚合材料或者所述包括聚合物基体的材料有利地例如从由聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚(苯硫醚)(PPS)、聚砜(PSU)、例如为聚乙烯(PE)和聚酯(PET)的聚烯烃、聚苯乙烯(PS)、聚(亚苯基氧化物)(PPO)、例如为PA66的聚酰胺、和这些物质的混合物(例如)形成的组中选择。其它材料也是可能的。在所述外壳由复合材料形成的情况下，所述聚合物基体可包括至少一个加强部，所述至少一个加强部具有粒子、纤维又或织造或非织造毡(mats tissés ounon tissés)的形式。所述至少一个加强部可为从玻璃纤维又或碳纤维中选择的加强部。
该材料需选择成同时具有足以允许该材料在装配所述换能器时的操作和该材料与处于运动中的流体接触的使用的足够的刚性，和适用于能够传送超声波的声阻抗。
所述外壳可例如按照低成本通过模制(尤其是通过注射)来制造。
优选地，所述外壳由电绝缘材料形成。然而，还能够设置使所述外壳由导电材料(例如由导电的聚合物)形成，以便形成屏蔽。
而且，有利地并且根据本发明，合成树脂还布置在所述外壳的内部，以便基本上填充全部由布置在所述外壳内部的压电堆积留下的自由空间。这种合成树脂能够确保使所述压电堆积维持就位。
有利地并且根据本发明，布置在所述外壳的内部空间中的合成树脂适用于传送来自于所述压电晶片的超声波。有利地并且根据本发明，布置在所述外壳的内部空间中的合成树脂从由环氧树脂形成的组中选择。
因此，在根据本发明的换能器的特别有利的实施例中，具有的厚度大于或等于所述压电晶片的厚度的一半的合成树脂布置在所述压电晶片与所述外壳的窗部的内表面之间。所述合成树脂因此布置在所述压电晶片与所述外壳的窗部之间，同时一方面与所述压电晶片的正面表面接触以及另一方面与所述外壳的窗部的内表面接触。
因此，本发明还涉及一种超声波换能器，所述超声波换能器包括：
-至少一个压电晶片，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面和背面表面，
-至少一个外壳，所述至少一个外壳具有接收所述压电晶片的内部空间以及在所述压电晶片的正面表面的前方延伸的正面壁，所述正面壁具有称作窗部的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述压电晶片的正面表面面对，其特征在于，合成树脂布置在所述压电晶片与所述外壳的窗部的内表面之间，与所述压电晶片的正面表面接触并且与所述外壳的窗部的内表面接触，所述树脂具有的厚度大于或等于所述压电晶片的厚度的一半。
发明人观察到，位于所述压电晶片与所述外壳的窗部之间的树脂的这种厚度还能够通过强烈地延迟所述树脂层中的超声波的干扰反射来改善测量(尤其是对流体流量的测量)的精确性和可靠性，这能够降低(甚至是完全消除)所述干扰反射在对流体流量的测量上的负面影响。位于所述压电晶片与所述外壳的窗部之间的树脂的这种厚度特别是大于在所述压电晶片中的超声波的波长的四分之一。
更具体地，有利地并且根据本发明，布置在所述压电晶片与所述外壳的窗部之间的合成树脂层具有的厚度大于200μm，尤其是为大约300μm。布置在所述压电晶片与所述正面电极之间的粘合剂层的厚度特别是在180μm与2mm之间，尤其是在200μm与1.5mm之间。
在整个文本中，词组“至少基本”通常是指结构或功能特征不应绝对地采用，而是不仅涵盖该结构或该功能，还涵盖该结构或该功能的略微变型，在所考虑的技术背景中，所述略微变型产生同样性质或者相同级别的效果。
有利地并且根据本发明，所述压电晶片具有的轮廓相对于该轮廓的中心对称。有利地并且根据本发明，所述外壳的正面壁具有的轮廓相对于所述压电晶片的中心至少基本对称。
而且，有利地并且根据本发明，所述窗部具有的样式至少基本对应于与所述压电晶片的样式。
此外，有利地并且根据本发明，所述形成所述窗部的正面壁的部分具有的厚度在0.5mm与2mm之间，尤其是为大约1mm。同样地对于布置在所述压电晶片与所述窗部之间的树脂的厚度，发明人观察到，形成所述窗部的正面壁的这种厚度还能够通过强烈地延迟在所述窗部的厚度中的超声波的干扰反射来改善测量(尤其是对流体流量的测量)的精确性和可靠性，这能够降低(甚至是完全消除)所述干扰反射在所述测量上的负面影响。
所述压电晶片可被使用在径向谐振模式或在厚度谐振模式中。然而，在根据本发明的换能器的特别有利的实施例中，所述压电晶片按照厚度谐振模式运用。
有利地并且根据本发明，所述压电晶片具有多边形轮廓(尤其是方形或矩形的)。然而，还能够使用具有基本圆形的轮廓的压电晶片。
发明人惊讶地观察到，一种多边形压电晶片具有减小的成本和与具有盘状大体形状的压电晶片同样好的性能，所述具有盘状大体形状的压电晶片通常被使用在涉及超声波发射和检测的现有技术中。
特别是，有利地并且根据本发明，所述压电晶片具有的厚度小于(在与自身厚度正交的任何方向上的)自身径向尺寸，尤其是厚度小于1mm并且在与自身厚度正交的任何方向上的径向尺寸小于12mm。所述压电晶片可例如具有的厚度为大约0.5mm并且径向尺寸为边长3mm、边长5mm、边长7mm又或边长10mm的方形的径向尺寸。
因此，所述压电晶片为具有较小尺寸的片体并且所述片体具有的谐振频率(本征模式)通常在500kHz与10MHz之间，尤其是为大约4MHz。
本发明延伸到一种装配根据本发明的换能器的装配方法。本发明因此涉及一种装配超声波换能器的装配方法，在所述装配方法中：
-实施至少一个压电堆积，所述至少一个压电堆积包括：
·至少一个压电晶片，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面和背面表面，
·至少一个背面盘，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面和后表面，所述背面盘的前表面与所述压电晶片的背面表面面对并且接触地延伸，
·正面电极，所述正面电极在所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触，所述正面电极与所述换能器的外部电联接，
·背面电极，所述背面电极在所述背面盘的后表面的后方并且与所述背面盘的后表面接触，所述背面电极与所述换能器的外部电联接，
其特征在于，
-将液态合成树脂布置到具有正面壁的外壳的内部空间中，所述正面壁在所述正面电极的前方并且在所述压电晶片的正面表面的前方延伸，该正面壁具有称作窗部的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述正面电极和所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述正面电极和所述压电晶片的正面表面面对，
-在将所述液态合成树脂布置到所述外壳中之后，将所述压电堆积插入到填充有所述合成树脂的外壳的内部，所述合成树脂包覆所述压电堆积，以使所述电极、所述压电晶片和所述背面盘在所述合成树脂固化之后维持就位并且彼此机械接触和电接触，并且，
-所述背面盘具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与十倍之间，特别是在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，尤其是在所述压电晶片的厚度的三倍与五倍之间，
-所述背面盘具有的声阻抗在10MPa.s.m-1与35MPa.s.m-1之间。
根据本发明的换能器不需要维持柱(plots de maintien)来使所述压电晶片维持安置位置，也不需要压电堆积组件。
而且，根据本发明的换能器的尺寸允许所述换能器直接装配在流体流中，所述换能器的架构不引发测量中的较大的损耗。
可替代地，可能在将所述压电堆积插入到所述外壳中之后将所述合成树脂注射到所述外壳的内部，所述合成橡胶包覆所述压电堆积，以便维持所述电极、所述压电晶片以及所述背面盘彼此机械接触和电接触。优选地使所述外壳的内部空间中产生真空，以便避免空气保留在所述外壳的内部并且尽量使所述合成树脂占据所有围绕所述压电堆积的自由空间。
有利地并且根据本发明，在将所述压电堆积布置到所述外壳的内部之后，实施所述液态合成树脂的聚合步骤，以便固化所述合成树脂。为此，使所述换能器进行例如在炉中的热处理步骤，或者当所述合成树脂的性质允许时将所述合成树脂留在环境温度下，并且这在预定时长期间能够达到树脂的足以确保使所述压电堆积维持就位的足够的固化。
布置在所述外壳内部的聚合树脂一经聚合就能够维持所述电极、所述压电晶片和所述背面盘彼此机械接触和电接触。所述聚合树脂还能够确保围绕所述压电堆积的密封性。
本发明还涉及一种装配超声波换能器的装配方法，在所述装配方法中：
-实施至少一个压电堆积，所述至少一个压电堆积包括：
·至少一个压电晶片，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面和背面表面，
·至少一个背面盘，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面和后表面，所述背面盘的前表面与所述压电晶片的背面表面面对并且接触地延伸，
·正面电极，所述正面电极在所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触，所述正面电极与所述换能器的外部电联接，
·背面电极，所述背面电极在所述背面盘的后表面的后方并且与所述背面盘的后表面接触，所述背面电极与所述换能器的外部电联接，
其特征在于，
-将液态合成树脂布置到具有正面壁的外壳的内部空间中，所述正面壁在所述正面电极的前方并且在所述压电晶片的正面表面的前方延伸，该正面壁具有称作窗部的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述正面电极和所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述正面电极和所述压电晶片的正面表面面对。
-在将所述液态合成树脂布置到所述外壳中之后，将所述压电堆积插入到填充有所述合成树脂的外壳的内部，所述合成树脂包覆所述压电堆积，以使所述电极、所述压电晶片和所述背面盘在所述合成树脂固化之后维持就位并且彼此机械接触和电接触，并且
-布置在所述压电晶片与所述外壳的窗部的内表面之间的与所述压电晶片的正面表面并且与所述外壳的窗部的内表面接触的合成树脂具有的厚度大于或等于所述压电晶片的厚度的一半。
本发明还涉及一种流量计，所述流量计包括处在流体流中的至少一个超声波换能器，尤其是面对面的两个超声波换能器，其特征在于，每个超声波换能器为根据本发明的换能器。根据本发明的流量计可有利地由一部分导管构成，至少一个根据本发明的超声波换能器插入在所述一部分导管中处于适用于允许流体围绕所述超声波换能器通行的位置。特别是，有利地并且根据本发明，每个换能器可相对于所述导管装配成与所述导管的纵向方向以及该导管中的流体流的纵向方向基本正交地延伸。根据本发明的换能器的较小尺寸(尤其是在宽度上)造成通过所述换能器的流动干扰的极小一部分。
本发明还涉及一种超声波换能器、一种流量计和一种方法，其特征在于，所述超声波换能器、所述流量计和所述方法全部或部分地组合上文或下文提及的特征。
附图说明
通过阅读下文作为非限制性示例给出的优选实施例中的一个的详细说明和附图，根据本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚，在所述附图中：
-图1为根据本发明实施例的换能器的示意性透视图，
-图2a为根据本发明实施例的换能器的示意性剖视图，图2b为图2a的局部放大视图，
-图3为根据本发明实施例的换能器的示意性剖视图，
-图4为装配根据本发明实施例的换能器的装配方法的步骤的示意性透视图，
-图5为根据本发明实施例的流量计的示意性轴向剖视图，
-图6和图7表示来自于根据本发明实施例的换能器的测量信号。
具体实施方式
图1和图2a上示出的根据本发明的超声波换能器38具有沿着纵向方向18在长度上伸长的形状。所述超声波换能器还沿着与纵向方向18正交且相交的横向方向19在宽度上延伸。
换能器38包括至少一个压电晶片31，优选地包括唯一压电晶片31。所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面48(限定所述压电晶片31和所述换能器的前方)和背面表面49(限定所述压电晶片31和所述换能器的后方)。这两个主要表面沿着与纵向方向18平行并且与横向方向19平行的平面延伸。
正面电极20布置在压电晶片31的正面表面48的前方且与所述压电晶片的正面表面接触。背面电极25布置在背面盘35的后表面52的后方且与所述背面盘的后表面接触。
正面电极20借助于正面导电条32与所述换能器的外部电联接，然而背面电极25由背面导电条形成并且与所述换能器的外部直接联接。
正面电极20、压电晶片3、背面盘35和背面电极25形成压电堆积。该压电堆积沿着对应于厚度的称作前后的方向实施，该方向沿着与纵向方向18和横向方向19正交且相交的方向延伸。所述前后方向限定前定向47(朝向前方)和背定向46(朝向后方)。
换能器38还包括外壳36，所述外壳保护由所述正面电极、所述压电晶片、所述背面盘和所述背面电极形成的压电堆积。外壳36具有接收所述压电堆积的内部空间，和通道，所述通道用于在所述压电堆积外部的电导体。外壳36具有正面壁，所述正面壁在所述正面电极的前方并且在所述压电晶片的正面表面的前方延伸，该正面壁具有称作窗部24的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述正面电极和所述压电晶片的正面表面的前方并且与所述正面电极和所述压电晶片的正面表面面对。由所述换能器发射或接收的用于所述对流体流量的测量的超声波与所述正面壁基本正交地穿过窗部24，所述正面壁是平坦的并且与所述压电晶片31的正面表面平行。
外壳36由刚性的合成材料形成，所述刚性的合成材料从由聚合材料和具有聚合物基体的复合材料形成的组中选择。该聚合材料(或在需要时，聚合物基体)有利地从热塑性材料和热固性材料的组中选择，并且尤其是从由聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚(苯硫醚)(PPS)、聚砜(PSU)、例如为聚乙烯(PE)和聚酯(PET)的聚烯烃、聚苯乙烯(PS)、聚(亚苯基氧化物)(PPO)、例如为PA66的聚酰胺、和这些物质的混合物(例如)形成的组中选择。在根据本发明的换能器的特别有利的实施例中，外壳36由Sabic公司(沙特阿拉伯，利雅得)销售的参考为的聚醚酰亚胺(PEI)形成，所述聚醚酰亚胺包括重量上占20％的玻璃纤维。由此，所述外壳可由例如通过注射的模制部件形成。
粘合剂层(未示出)布置在压电晶片31与正面电极20之间，以及在压电晶片31与背面盘35之间，以便确保所述压电堆积的元件中每个之间的良好的电接触。
有利地并且根据本发明，所述粘合剂层从导电的粘合材料(或胶合剂)中选择。所述粘合材料例如为包括至少一种环氧树脂类型的聚合材料的胶合剂，在所述胶合剂中分散有导电的金属粒子。每个粘合材料层具有的厚度相对于所述压电堆积的元件中每个的厚度非常小。每个粘合剂层具有的厚度例如为大约10μm。
合成树脂布置在所述外壳的内部，以便基本上填充全部由布置在所述外壳内部的压电堆积留下的自由空间。所述合成树脂能够使所述压电堆积维持就位。所述合成树脂还适用于使来自于所述压电晶片的超声波朝向布置有所述换能器的介质(例如水)传送，所述介质具有的声阻抗比所述压电晶片的声阻抗小得多。所述合成树脂层还因此构成阻抗适配层，所述阻抗适配层在形成所述压电晶片的压电材料与形成所述外壳的窗部的材料之间然后与水之间。布置在所述外壳的内部空间中的树脂从由环氧(或“环氧化物”)树脂形成的组中选择。
另一方面，为了进一步改善测量(例如对流体流量的测量)的可靠性和精确性，布置在所述压电晶片与所述外壳的窗部的内表面之间的合成树脂具有的厚度大于或等于所述压电晶片的厚度的一半。这还能够延迟与超声波朝向压电晶片31的前方的反射相关的干扰信号。
压电晶片31的正面表面48与所述电极中的一个(正面电极20)接触。背面盘35的后表面52与所述电极中的另一个(背面电极25)接触，压电晶片31的背面表面49与背面盘35的前表面51接触。这四个零件因此形成压电堆积。电极20、25(借助于用于电极20的条32)接收电信号并且将这些信号传送给压电晶片31。该压电晶片在电场的作用下以超声波的形式发射机械应力。该第一效应特征化为控制处于发射器模式的换能器38。相反，当压电晶片31接收例如具有超声波形式的机械应力时，所述压电晶片被电极化并且因此将电信号传送给电极20、25。该第二效应特征化为由处于发射器模式的换能器38进行测量。
在根据本发明的换能器38中，压电晶片31具有的厚度可小于2mm，并且在所有与厚度方向正交的方向上的尺寸在3mm与10mm之间
压电晶片31有利地具有多边形轮廓(尤其是方形或矩形的)，又或具有盘形的大体形状。压电晶片31被使用在厚度谐振模式中。
压电晶片31由压电材料构成。该压电材料需可发射和接收频率尤其为大约4MHz的超声波信号。该材料例如为压电陶瓷(例如锆钛酸铅(PZT))。还能够使用其它压电材料(例如单晶)。
背面盘35具有平行的两个平坦的主要表面：前表面51和后表面52。所述背面盘的前表面51与压电晶片31的背面表面49面对并且接触地延伸。背面盘35具有的尺寸使得所述背面盘的前表面51至少与压电晶片31的背面表面49的处于与窗部24面对的有用表面部分接触，也就是说，至少与压电晶片31的背面表面49的由有用于对换能器流体流量的测量的至少一个声学路径通过的表面部分接触。在图1至图4上所示的实施例中，背面盘35具有的径向尺寸使得所述背面盘的前表面51至少与压电晶片31的处于与窗部24面对的背面表面49接触。优选地，如在所示的实施例中，背面盘35使得该背面盘具有的径向尺寸大于或等于压电晶片31的径向尺寸。以该方式，背面盘35的前表面51整个地与压电晶片31的背面表面49接触。
背面盘35在所述外壳36的内部纵向地延伸并且横向地延伸。该背面盘35由适用于传送超声波的材料形成。例如，背面盘35由具有的声阻抗在10MPa.s.m-1与35MPa.s.m-1之间(尤其是在25MPa.s.m-1与32MPa.s.m-1之间)的材料形成。背面盘35可由具有这种阻抗的材料形成，并且所述材料从金属材料(例如铜锡合金或铜铝合金)、包括金属粒子的陶瓷材料、和包括金属粒子的热塑性或热固性聚合材料中选择。所述材料可例如为CuSn8、或包括钨粒子的环氧树脂、或包括玻璃纤维的环氧树脂(例如)。其它材料也是可能的。背面盘35具有的厚度还大于所述压电晶片的厚度的三倍，尤其是在所述压电晶片的厚度的三倍与五倍之间。以该方式，由压电晶片31发射的超声波沿着换能器38的背面方向46被传送到背面盘35中直到所述背面盘35的后表面，并且所述超声波在该后表面上沿着正面方向47被反射到压电晶片31的背面表面49。
这能够尤其是通过获得第一周期缺少干扰信号并且具有足以允许对流体的有效测量的足够大的幅度的接收信号来实施具有较大精确性和较大可靠性的测量(尤其是对流体流量的测量)。事实上，似乎所述干扰信号被延迟以使所述经发射和/或经接收的信号的第一周期具有良好的质量并且表征要执行的行进测量。实际上，三个或四个第一周期缺少干扰信号并且对应于最大能量，这能够从所述最大能量推导出精确可靠的测量(尤其是对流体流量的测量)。而且，所述干扰信号不仅被延迟：还需要所述干扰信号在接收到对应于后续的一系列波(脉冲)的信号之前消失。
在实施例中，根据本发明的换能器包括压电晶片31，对于压电晶片的谐振频率为4MHz的情况，所述压电晶片的厚度为500μm，所述换能器还包括厚度为2.25mm的背面盘35。
电极20纵向地延伸并且横向地延伸，以使所述电机分别覆盖至少其中一部分所述压电晶片31。
如图3和图4上可见，与压电晶片31的正面表面48接触的正面电极20具有总体上矩形的形状，所述矩形的近端的第一部分为实心的并且远端的另一部分局部地凹陷以便具有远端端部包括两个侧分支的叉形，所述远端端部布置在外壳36的底部。正面电极20的两个侧分支与压电晶片31的正面表面48接触。所述正面电极20的侧分支的厚度较大并且确定合成树脂的在所述压电晶片与所述外壳的窗部的内表面之间的厚度。在所示的特别有利的实施例中，该合成树脂层具有的厚度大于或等于所述压电晶片的厚度的一半。当所述压电晶片的厚度例如为500μm时，该合成树脂层的厚度例如为大约300μm。正面电极20的侧分支具有的厚度因此也需为300μm。
这种电极20不仅确保压电晶片31的侧向维持，还由于该电极的两个侧分支而能够形成在外壳36内部的纵向止挡，电极20的两个侧分支的端部中的每个经适配以与所述外壳36的内表面接触。这能够确保使所述压电堆积很好地维持就位，电极20的侧分支每个形成一个机械止挡并且同时允许在安置所述压电堆积时控制相对于所述外壳的窗部的定位。所述压电堆积在前后方向上的稳定性还由两个纵向凹槽在所述外壳内部的存在性确保，电极20的两个侧分支在所述两个纵向凹槽中滑动。
并且，具有两个侧分支的电极20的形式能够使与压电晶片31的正面表面48接触的接触表面最小化，以便避免干扰由压电晶片31发射的超声波。
背面条25形成背面电极，正面电极20和条32和25允许所述压电堆积与外部控制装置的电连接，所述外部控制装置例如为数据处理系统，尤其是为信息系统42(图5)和/或电子电路。这些元件能够使压电堆积21的测量电信号朝向信息系统42传送；以及相反地使信息系统42的控制信号朝向压电堆积21传送。
在根据图1至图4所示的实施例的换能器中，正面条32延长了正面电极20并且背面电极25延长直到所述外壳的外部。
正面电极20和正面条32可由相同的导电材料形成。
每个条25、32由导电材料形成。条25、32在所述外壳36的内部并且穿过塞子50在所述外壳36的外部纵向地延伸并且横向地延伸，所述塞子确保外壳36的封闭性。
外壳36具有至少一个窗部24，所述至少一个窗部配置成在压电堆积21的前方并且与所述压电堆积面对。所述窗部24有利地相对于外壳36的正面表面凹陷地形成。外壳36的在所述窗部24位置处的厚度有利地在0.5mm与2mm之间，例如为1mm。此外，窗部24具有的形状和规格至少基本对应于压电晶片31和压电堆积的形状和规格。
所述超声波因此基本上不被穿过窗部24而穿过外壳36的通道干扰，也就是说，窗部24的厚度能够延迟所述窗部中的二次反射，而不过多地衰减穿过所述窗部的超声波。
根据本发明的换能器38可特别是用于形成如图5所示的根据本发明的流量计。该流量计包括至少一个根据本发明的超声波换能器38以及信息系统42。优选地，所述流量计包括安置成彼此面对的两个换能器38，同时窗部24面对面。
所述流量计包括管子41，流体43在所述管子中沿着至少与换能器38的窗部24垂直的方向流动。
每个换能器38通过插入到穿通管子壁的通孔中与该管子41固定。换能器38与管子41的纵向方向正交地延伸。换能器38例如通过胶合又或借助于晶片刚性地维持就位，所述胶合还允许管子41和流量计的密封性，所述晶片布置在每个换能器的上方，同时在所述换能器中的每个上施加压力，以便使所述换能器维持安置位置。
根据本发明的流量计可包括大量的换能器38并因此管子41中包括大量(不同于两个)的接收孔。此外，还能够设置相对于流体43的流量方向不对齐的孔，使得换能器38的窗口24至少部分地面对面。
每个换能器38的条25、32在管子41的外部延伸并且与信息系统42连接，以便使该信息系统与压电堆积联接。这些条25、32能够同时给换能器38供能和传送测量或控制电信号。
信息系统42的功能至少在于将控制信号传送到至少一个换能器38，并且在于接收来自于至少一个换能器38的测量信号。所述信号因此穿过条25、32通行直到电极20或通行到该电极中，或者直到所述背面盘。以该方式，所述电极可沿着一个方向将所述控制电信号传送到第一换能器的第一压电晶片。所述第一压电晶片由于所述第一压电晶片的压电属性起作用并且在经接收的电信号的应力作用下发生变形(机械应力)。该机械应力以超声波53的形式在流体43中传播。这些波53到达第二换能器的第二压电晶片，所述第二压电晶片定位成与所述第一压电晶片面对面，并且机械地约束该第二压电晶片。该机械应力使该第二压电晶片能够被电极化并因此将称作测量信号的电信号传送到电极20、25，以便将这些信号传送到信息系统42。
传送到第一压电晶片的控制信号与传送到第二压电晶片的测量信号之间的时间差异对应于波在流体43中的传播。该差异因此与所述流体的速度相关并因此与所述流体的流量相关，所述流体的流量可由信息系统42计算。因此通过测量传播时间，流体43的流量由流量计测量。分开两个换能器38的距离因此为在对流体43的流量的测量中的重要参数。该距离不应过小，以便能够正确测量超声波的传播时间；并且不应过大，以使所述第二换能器接收非零的信号。
由于所述窗部24、所述背面盘35以及所述压电晶片31的形状，由换能器38发射的超声波53更具方向性的并且具有更弱的衰减。为了同样的原因，这些超声波53还在由换能器38接收时更精确可靠。因此在根据本发明的流量计中，在两个换能器38之间的距离可相对于包括现有技术的换能器的流量计增加。因为在更宽的时间范围上实施对超声波传播时间的测量，增加该距离的行为能够获得对所述流量的更精确的测量。在根据本发明的流量计中分开两个换能器38的该距离有利地在1cm与1m之间，例如为大约5cm至20cm。
此外，本发明的该实施例能够直接由与根据本发明的换能器38面对的压电堆积测量流体43的流量，同时由所述两个换能器38通过的方向与管子41的轴线平行并且与流动的方向平行。因此，所述测量无中间装置(例如反射器)地实施。事实上，根据本发明的换能器38具有减小的尺寸，因此能够插入到管子41中，同时使对流体43的流动的干扰最小化。所述流量计可因此直接在流体的流动方向上测量该流体43的流量。声音更快速地沿着流体43的流动方向传送，这能够增加对流量的测量的可靠性以及快速性。该实施例的特别有利之处在于，因为不需要中间装置(例如反射器)，并且因为所述超声波与流动方向平行地传播并且不具有相对于该流动方向的角度，这改善了灵敏度和/或避免了超声波在所述管子的壁上的反射。
此外，由于换能器38直接插入在管子41中，所述换能器还与流体43直接接触。形成换能器38的材料以及特别是形成所述外壳的材料因此需耐腐蚀，以便获得对于所述换能器38和所述流量计的足够的使用寿命。
在对图5上示出的根据本发明实施例的流量计的其它替代中，两个根据本发明的换能器38可用于形成根据本发明的流量计，在所述流量计中管子41以及每个换能器的外壳形成同一个单件。在该实施例中，所述管子41包括两个内部容置部，所述两个内部容置部适用于能够每个接收一个压电堆积，以便形成两个根据本发明的换能器。所述液态合成树脂因此在插入到所述压电堆积之前或之后注射到这两个容置部中每个的内部。
另一方面，换能器38可沿着与管子41的纵向方向不平行但与该纵向方向非必须地正交的方向延伸，也就是说，两个换能器38可安置成彼此面对，同时窗部24面对面，因此形成相对于某方向(流体43沿着该方向流动)的非零但小于90°的角度(未示出的变型)。
图6示出了当包括在管子(换能器插入在所述管子中)中的液体处在10℃的温度下时由第一换能器38发射并且由第二换能器38接收的信号(振幅(单位为mV)随时间(单位为ms)变化)。图7示出了当包括在管子(换能器插入在所述管子中)中的液体处在75℃的温度下时由第一换能器38发射并且由第二换能器38接收的信号(振幅(单位为mV)随时间(单位为ms)变化)。如可从图6和图7中的每个上可见，所述信号的第一周期具有最大化振幅，并且缺少干扰信号。而且，通过比较图6与图7，可观察到，温度变化不引起信号形态中的变化，尤其是所述信号的第一周期的形态中的变化。根据本发明的换能器因此对于温度非常不太敏感，这对于许多用途来说特别有利，尤其是在水导管中，水的温度可能发生变化。特别是，相较于使用已知的换能器，对流体流量的测量借助于根据本发明的换能器变得容易并且更精确可靠，经发射或经接收的信号的开始的第一周期(从第一次越过对应于信号幅度的纵坐标轴线零点开始)具有较大振幅并且允许计算所述流体流量，尤其是由于背面盘35的较大厚度，所述干扰超声波被延迟，所述背面盘的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，尤其是在所述压电晶片的厚度的三倍与五倍之间，因此该厚度事实上为足够的，同时限制了所述背面盘的空间尺寸并因此限制了所述超声波换能器的空间尺寸。经接收的超声波信号可因此运用于从第一次越过纵坐标轴线零点起可靠且有效地推导出对流体流量的测量，而无需在所述信号的第一峰中执行挑选。特别地，至少由所述换能器发射和接收的信号的第一周期总是可运用于推导出对流体的测量。
而且，发明人已经证明，这种换能器能够实施对于非常多变(尤其是从0.1L/mn至4m3/h)的流体流量的可靠的测量，并且具有非常低的相对误差(对于小于1L/mn的流量，所述相对误差接近零，且对于超过1L/mn的流量，所述相对误差小于1％)。
在装配这种换能器38的装配方法中：
-首先准备所述压电堆积，然后
-借助于液态合成树脂填充所述外壳36的内部，
-将所述压电堆积插入到包括所述合成树脂的外壳36中，以及
-实施所述合成聚合树脂的聚合步骤，以使所述树脂在聚合之后包覆所述压电堆积，以便维持所述电极、所述压电晶片和所述背面盘彼此机械接触和电接触。
因此不需要在换能器的内部使用压电晶片的维持柱来确保使所述换能器的元件维持就位。
布置在所述外壳内部的聚合树脂一经聚合就能够维持所述电极、所述压电晶片和所述背面盘彼此机械接触和电接触。所述聚合树脂还能够确保围绕所述压电堆积的密封性。
在所示的实施例中，插入在流量计中的换能器38的形状总体上为直径尽可能小的回转圆柱形的，以便使在流体43的流动中引起的干扰最小化。然而，还能够实施具有不同形状的换能器38，所述不同形状例如在流体动力学方面经优化(尤其是在横向直截面上至少基本上具有液滴的形式)，以有助于流体围绕换能器38的流动。
还能够在不同于流量计的其它应用中(例如在热传感器、等级传感器、距离传感器、位置传感器等中)使用换能器38。

Claims (12)

1.一种超声波换能器(38)，所述超声波换能器包括：
-至少一个压电晶片(31)，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面(48)和背面表面(49)，
-至少一个背面盘(35)，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面(51)和后表面(52)，所述背面盘(35)的前表面(52)与所述压电晶片(31)的背面表面(49)面对并且接触地延伸，
其特征在于，
-所述背面盘(35)具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，
-所述背面盘(35)具有的声阻抗在10MPa.s.m-1与35MPa.s.m-1之间。
2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述背面盘(35)由至少一种适用于传送超声波的材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的换能器，其特征在于，所述背面盘(35)具有的声阻抗在25MPa.s.m-1与32MPa.s.m-1之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的换能器，其特征在于，所述压电晶片(31)具有的声阻抗在20MPa.s.m-1与30MPa.s.m-1之间，特别是为大约25MPa.s.m-1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的换能器，其特征在于，所述压电晶片(31)的厚度小于2mm，尤其是为大约500μm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的换能器，其特征在于，所述背面盘(35)的厚度在1.5mm与5mm之间，特别是在1.5mm与3.5mm之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的换能器，其特征在于，所述换能器包括：
-正面电极(20)，所述正面电极在所述压电晶片(31)的正面表面(48)的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触，所述正面电极(20)与所述换能器的外部电联接，
-背面电极(25)，所述背面电极在所述背面盘(35)的后表面(52)的后方并且与所述背面盘的后表面接触，所述背面电极(25)与所述换能器的外部电联接。
8.根据权利要求7所述的换能器，其特征在于，所述换能器包括具有正面壁的外壳(36)，所述正面壁在所述正面电极(20)的前方并且在所述压电晶片(31)的正面表面(48)的前方延伸，所述正面壁具有称作窗部(24)的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述正面电极(20)和所述压电晶片(31)的正面表面(48)的前方并且与所述正面电极和所述压电晶片的正面表面面对。
9.根据权利要求8所述的换能器，其特征在于，具有的厚度大于或等于所述压电晶片(31)的厚度的一半的合成树脂(29)布置在所述压电晶片与所述外壳(36)的窗部的内表面之间。
10.一种装配超声波换能器(38)的装配方法，在所述装配方法中：
-实施至少一个压电堆积，所述至少一个压电堆积包括：
·至少一个压电晶片(31)，所述至少一个压电晶片具有平行的两个平坦的主要表面：正面表面(48)和背面表面(49)，
·至少一个背面盘(35)，所述至少一个背面盘具有平行的两个平坦的主要表面：前表面(51)和后表面(52)，所述背面盘的前表面(52)与所述压电晶片(31)的背面表面(49)面对并且接触地延伸，
·正面电极(20)，所述正面电极在所述压电晶片(31)的正面表面(48)的前方并且与所述压电晶片的正面表面接触，所述正面电极(20)与所述换能器的外部电联接，
·背面电极(25)，所述背面电极在所述背面盘(35)的后表面(52)的后方并且与所述背面盘的后表面接触，所述背面电极(25)与所述换能器的外部电联接，
其特征在于，
-将液态合成树脂布置到具有正面壁的外壳(36)的内部空间中，所述正面壁在所述正面电极(20)的前方并且在所述压电晶片(31)的正面表面(48)的前方延伸，所述正面壁具有称作窗部(24)的经减薄部分，所述经减薄部分重叠在所述正面电极(20)和所述压电晶片(31)的正面表面(48)的前方并且与所述正面电极和所述压电晶片的正面表面面对，
-在将所述液态合成树脂布置到所述外壳中之后，将所述压电堆积插入到填充有所述合成树脂的外壳的内部，所述合成树脂包覆所述压电堆积，以使所述电极、所述压电晶片(31)和所述背面盘(35)在所述合成树脂固化之后维持就位并且彼此机械接触和电接触，
并且，
-所述背面盘(35)具有的厚度在所述压电晶片的厚度的三倍与七倍之间，
-所述背面盘(35)具有的声阻抗在10MPa.s.m-1与35MPa.s.m-1之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在将所述压电堆积布置到所述外壳(36)的内部之后，实施所述液态合成树脂的聚合步骤。
12.一种流量计，所述流量计包括处在流体流(43)中的至少一个超声波换能器(38)，尤其是面对面的两个超声波换能器(38)，其特征在于，每个超声波换能器(38)为根据权利要求1至9中任一项所述的换能器(38)。
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