DE102010064117A1 - Ultrasonic transducer housing for use in volumetric flow meter, has attenuator comprising membrane-side end section, and sectional plane whose longitudinal axis lies monotonic to longitudinal axis of housing - Google Patents

Ultrasonic transducer housing for use in volumetric flow meter, has attenuator comprising membrane-side end section, and sectional plane whose longitudinal axis lies monotonic to longitudinal axis of housing Download PDF

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Andreas Berger
Frank Wandeler
Michal Bezdek
Pierre Ueberschlag
Sascha Grunwald
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Abstract

The housing (1) has an attenuator (2) comprising a membrane-side end section, where functional distance between cut edges of an outer surface of the attenuator is in a sectional plane. A longitudinal axis of the sectional plane lies monotonic to longitudinal axis of the housing. The attenuator is bonded with two housing ends (3, 4) of the attenuator. The attenuator has mass that is 20 percent in correspondence to the total mass of the housing of the transducer. The attenuator comprises two coupled mechanical resonators arranged one behind another along longitudinal direction of the housing. An independent claim is also included for a volumetric flow meter comprising a measuring medium.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse eines Ultraschallwandlers eines Durchflussmessgeräts, welches eine Dämpfungseinheit zur Verringerung der Übertragung von Körperschall im Gehäuse aufweist, welche Dämpfungseinheit eine Außenfläche aufweist, welche das Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenztThe present invention relates to a housing of an ultrasonic transducer of a flow meter, which has a damping unit for reducing the transmission of structure-borne noise in the housing, which damping unit has an outer surface which limits the housing from the environment
  • Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise, den Volumendurchfluss und/oder Massendurchfluss in einer Rohrleitung zu bestimmen.Ultrasonic flowmeters are widely used in process and automation technology. They allow in a simple way to determine the volume flow and / or mass flow in a pipeline.
  • Die bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. Hierzu werden Ultraschallimpulse in einem bestimmten Winkel zur Rohrachse sowohl mit als auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen.The known ultrasonic flowmeters often work according to the Doppler or the transit time difference principle. When running time difference principle, the different maturities of ultrasonic pulses are evaluated relative to the flow direction of the liquid. For this purpose, ultrasonic pulses are sent at a certain angle to the pipe axis both with and against the flow. The runtime difference can be used to determine the flow velocity and, with a known diameter of the pipe section, the volume flow rate.
  • Beim Doppler-Prinzip werden Ultraschallwellen mit einer bestimmten Frequenz in die Flüssigkeit eingekoppelt und die von der Flüssigkeit reflektierten Ultraschallwellen ausgewertet. Aus der Frequenzverschiebung zwischen den eingekoppelten und reflektierten Wellen lässt sich ebenfalls die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmen. Reflexionen in der Flüssigkeit treten auf, wenn Luftbläschen oder Verunreinigungen in dieser vorhanden sind, so dass dieses Prinzip hauptsächlich bei verunreinigten Flüssigkeiten Verwendung findet.In the Doppler principle, ultrasonic waves of a certain frequency are coupled into the liquid and the ultrasonic waves reflected by the liquid are evaluated. From the frequency shift between the coupled and reflected waves can also determine the flow rate of the liquid. Reflections in the liquid occur when air bubbles or contaminants are present in it, so this principle is mainly used in contaminated liquids use.
  • Die Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler in der Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitts fest angebracht. Es sind auch Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesssysteme erhältlich. Bei diesen Systemen werden die Ultraschallwandler von außerhalb des Messrohrs an dessen Rohrwand gepresst. Ein großer Vorteil von Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesssystemen ist, dass sie das Messmedium nicht berühren und auf eine bereits bestehende Rohrleitung angebracht werden.The ultrasonic waves are generated or received with the help of so-called ultrasonic transducers. For this purpose, ultrasonic transducers are firmly mounted in the pipe wall of the respective pipe section. Clamp-on ultrasonic flow measurement systems are also available. In these systems, the ultrasonic transducers are pressed from outside the measuring tube to the tube wall. A big advantage of clamp-on ultrasonic flow measuring systems is that they do not touch the measuring medium and are mounted on an existing pipeline.
  • Ein weiteres Ultraschall-Durchflussmessgerät, das nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeitet, ist aus der US-A 50 52 230 bekannt. Die Laufzeit wird hier mittels kurzen Ultraschallimpulsen, so genannten Bursts, ermittelt.Another ultrasonic flowmeter, which operates on the transit time difference principle, is from the US-A 50 52 230 known. The transit time is determined here by means of short ultrasonic pulses, so-called bursts.
  • Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem elektromechanischen Wandlerelement, z. B. ein piezoelektrisches Element, und einer Koppelschicht. Im elektromechanischen Wandlerelement werden die Ultraschallwellen erzeugt und über die Koppelschicht zur Rohrwandung geführt und von dort in die Flüssigkeit geleitet, bei Clamp-On-Systemen, oder sie werden bei Inline-Systemen über die Koppelschicht in das Messmedium eingekoppelt. Dann wird die Koppelschicht auch seltener Membran genannt.The ultrasonic transducers usually consist of an electromechanical transducer element, for. B. a piezoelectric element, and a coupling layer. In the electromechanical transducer element, the ultrasonic waves are generated and passed over the coupling layer to the pipe wall and passed from there into the liquid, in clamp-on systems, or they are coupled in inline systems via the coupling layer in the measuring medium. Then the coupling layer is also called rare membrane.
  • Zwischen dem piezoelektrischen Element und der Koppelschicht kann eine weitere Koppelschicht angeordnet sein, eine so genannte Anpassungsschicht. Die Anpassungsschicht übernimmt dabei die Funktion der Transmission des Ultraschallsignals und gleichzeitig die Reduktion einer durch unterschiedliche akustische Impedanzen verursachte Reflektion an Grenzschichten zwischen zwei Materialen.Between the piezoelectric element and the coupling layer, a further coupling layer may be arranged, a so-called adaptation layer. The adaptation layer assumes the function of the transmission of the ultrasonic signal and at the same time the reduction of a reflection caused by different acoustic impedances at boundary layers between two materials.
  • Da sich akustische Signale, also auch Ultraschallsignale, in Festkörpern ausbreiten, werden, neben den eigentlichen Messsignalen durch das Messmedium, auch durch das Gehäuse übertragener Körperschall als die Messung störende Schwingungen vom Ultraschallwandlerelement aufgenommen. Zur Dämpfung dieser so genannten Gehäusewellen, schlagen die EP 1 340 964 B1 und die EP 2 148 322 A2 unterschiedliche Maßnahmen vor. Beiden gemein ist, dass die Dämpfungselemente Teil des Gehäuses sind, und somit die der Umwelt und hierbei insbesondere dem Messmedium zugewandte Oberfläche des Gehäuses prägen.Since acoustic signals, including ultrasound signals, propagate in solids, in addition to the actual measurement signals through the measurement medium, structure-borne noise also transmitted through the housing is absorbed by the ultrasound transducer element as the measurement that disturbs the measurement. To dampen these so-called housing shafts, beat the EP 1 340 964 B1 and the EP 2 148 322 A2 different measures. Common to both is that the damping elements are part of the housing, and thus the environment of the environment and in particular the measuring medium facing surface of the housing shape.
  • Die EP 1 515 303 B1 offenbart ebenfalls eine Maßnahme zur Dämpfung störender Resonanzen. Das Dokument zeigt einen auf der Gehäuseinnenseite angeordneten Massering und ein benachbart angeordnetes Dämpfungselement.The EP 1 515 303 B1 also discloses a measure for damping disturbing resonances. The document shows a arranged on the inside of the housing mass ring and an adjacent arranged damping element.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ultraschallwandler für ein Ultraschall-Durchflussmessgerät vorzuschlagen, mit einem großen Signal zu Rausch Verhältnis.The object of the invention is to propose an ultrasonic transducer for an ultrasonic flowmeter, with a large signal to noise ratio.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der jeweils abhängigen Ansprüche wider. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Ultraschallwandler kostengünstig herzustellen ist.The object is solved by the subject matter of independent claim 1. Further developments and refinements of the invention can be found in the features of the respective dependent claims. Another advantage of the invention is that the ultrasonic transducer is inexpensive to manufacture.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention allows numerous embodiments. Some of them will be briefly explained here with reference to the following figures. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
  • In den 1 bis 9 sind Ultraschallwandler eines Durchflussmessgeräts, insbesondere eines Inline-Ultraschall-Durchflussmessgeräts zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Messmedium, insbesondere der Prozesstechnik, dargestellt, welche jeweils ein erfindungsgemäßes Gehäuse aufweisen. Allen hier dargestellten Ultraschallwandlern gemein ist, dass ihr Gehäuse eine Dämpfungseinheit zur Verringerung der Übertragung von Körperschall im Gehäuse, insbesondere parallel zu einer Längsachse des Gehäuses, von einer Membran zur Übertragung des Ultraschalls in das bzw. aus dem Messmedium, umfasst, welche eine Außenfläche aufweist, welche das Gehäuse zumindest teilweise gegenüber der Umwelt, z. B. gegenüber dem Messmedium, begrenzt, wobei die Funktion des Abstands jeder Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit, welche Schnittkante in einer Schnittebenen liegt, in welcher die Längsachse des Gehäuses liegt, zur Längsachse des Gehäuses monoton ist. Die Schnittebene steht insbesondere auch senkrecht auf die Membran. Die Funktion des Abstands der Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit zur Längsachse ist insbesondere stetig und monoton, oder sogar streng monoton. Besitzt die Dämpfungseinheit des Ultraschallwandlers einen rotationssymmetrischen Querschnitt senkrecht auf die Längsachse, ist die Außenfläche insbesondere zylindrisch, könnte die Außenfläche auch als Mantelfläche bezeichnet werden. Die Ultraschallwandlerelemente sind beispielsweise als Dickenschwingertyp ausgebildet. Sie sind beispielsweise direkt oder indirekt, insbesondere über eine Anpassungsschicht oder einen Schallleiter, mit der Membran verbunden, beispielsweise über eine Klebeverbindung. In the 1 to 9 are ultrasonic transducers of a flowmeter, in particular an inline ultrasonic flowmeter for determining the flow of a flowing through a measuring tube measuring medium, in particular the process technology, each having a housing according to the invention. Common to all ultrasonic transducers shown here is that their housing comprises a damping unit for reducing the transmission of structure-borne noise in the housing, in particular parallel to a longitudinal axis of the housing, from a membrane for transmitting the ultrasound into or out of the measuring medium, which has an outer surface which the housing at least partially against the environment, for. B. compared to the measured medium, wherein the function of the distance of each cutting edge of the outer surface of the damping unit, which cutting edge lies in a cutting planes in which the longitudinal axis of the housing is monotone to the longitudinal axis of the housing. The cutting plane is in particular perpendicular to the membrane. The function of the distance of the cutting edge of the outer surface of the damping unit to the longitudinal axis is in particular continuous and monotonous, or even strictly monotonous. If the damping unit of the ultrasonic transducer has a rotationally symmetrical cross section perpendicular to the longitudinal axis, the outer surface is in particular cylindrical, the outer surface could also be referred to as a lateral surface. The ultrasonic transducer elements are designed, for example, as a thickness oscillator type. They are, for example, directly or indirectly, in particular via an adaptation layer or a sound conductor, connected to the membrane, for example via an adhesive bond.
  • Die Membran begrenzt das Gehäuse gegenüber der Umwelt. Die Membran schneidet die Längsachse des Gehäuses, insbesondere senkrecht, wobei in einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung die Dämpfungseinheit einen membranseitigen ersten Endabschnitt und einen davon abgewandten zweiten Endabschnitt aufweist und wobei die Funktion des Abstands der Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in der Schnittebene, in welcher die Längsachse des Gehäuses liegt, zur Längsachse des Gehäuses, ausgehend von dem membranseitigen Endabschnitt, monoton wächst, beispielsweise streng monoton wächst. Gemäß einer Weiterbildung ist jeder Winkel, welcher die Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit mit der Gehäuselängsachse einschließt, im Bereich einer Mantelfläche kleiner 60° ist. Dieser Winkel ist gemäß einer Ausgestaltung kleiner 30° oder gar näherungsweise Null.The membrane limits the housing from the environment. The membrane intersects the longitudinal axis of the housing, in particular vertically, wherein in an embodiment not shown here, the damping unit has a diaphragm-side first end portion and a second end portion facing away therefrom and wherein the function of the distance of the cut edge of the outer surface of the damping unit in the sectional plane in which the Longitudinal axis of the housing is to the longitudinal axis of the housing, starting from the membrane-side end portion, monotonously growing, for example, grows strictly monotonous. According to a development, each angle, which encloses the cutting edge of the outer surface of the damping unit with the housing longitudinal axis, in the region of a lateral surface is less than 60 °. This angle is according to an embodiment less than 30 ° or even approximately zero.
  • Die hier skizzierten, erfindungsgemäßen Gehäuse weisen einen topfförmig ausgebildeten ersten Gehäuseabschluss auf, dessen Boden als Membran dient, und einen zweiten Gehäuseabschluss zur Befestigung des Gehäuses des Ultraschallwandlers in einem Messrohr und/oder in einem weiteren Gehäuse, wobei die Dämpfungseinheit zwischen erstem und zweitem Gehäuseabschluss angeordnet ist. Auch der erste und zweite Gehäuseabschluss begrenzen das Gehäuse zur Umwelt, insbesondere gegenüber dem Messmedium, hin. Das Gehäuse besteht somit aus zumindest drei Bauteilen, welche miteinander verbunden, z. B. stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Der zweite Gehäuseabschluss ist hier beispielsweise hülsenförmig. Hier sind der erste Gehäuseabschluss, die Dämpfungseinheit und der zweite Gehäuseabschluss stoffschlüssig miteinander verbunden, und der erste Gehäuseabschluss, die Dämpfungseinheit und der zweite Gehäuseabschluss bilden eine gemeinsame, zylindrische Oberfläche, welche das Gehäuse zur Umwelt hin bzw. zum Messmedium hin begrenzt. Teil dieser zylindrischen Oberfläche ist die Außenfläche der Dämpfungseinheit. Die gesamte zylindrische Oberfläche könnte auch als Außenfläche des Gehäuses bezeichnet werden. Durch ihre zylindrische Form ist sie auch Mantelfläche. Ist der erste Gehäuseabschluss mit der Dämpfungseinheit verschweißt und ist der zweite Gehäuseabschluss mit der Dämpfungseinheit verschweißt, so ist die Schweißnaht mechanisch nachbearbeitet – sie ist geglättet.The invention outlined here, housing have a cup-shaped first housing closure, the bottom of which serves as a membrane, and a second housing closure for mounting the housing of the ultrasonic transducer in a measuring tube and / or in a further housing, wherein the damping unit disposed between the first and second housing closure is. The first and second housing closure also limit the housing to the environment, in particular in relation to the measuring medium. The housing thus consists of at least three components which are interconnected, for. B. are materially interconnected. The second housing closure is here, for example, sleeve-shaped. Here, the first housing closure, the damping unit and the second housing closure are materially connected to one another, and the first housing closure, the damping unit and the second housing closure form a common, cylindrical surface which delimits the housing toward the environment or to the measurement medium. Part of this cylindrical surface is the outer surface of the damping unit. The entire cylindrical surface could also be referred to as the outer surface of the housing. Due to its cylindrical shape, it is also lateral surface. If the first housing closure is welded to the damping unit and the second housing closure is welded to the damping unit, then the weld seam is mechanically reworked - it is smoothed.
  • So ist die Funktion des Abstands zumindest eines Abschnitts jeder gemeinsamen Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit, des ersten und des zweiten Gehäuseabschlusses in der Schnittebenen, in welcher die Längsachse des Gehäuses liegt, welcher sich zumindest über jeweils einen Teilabschnitt des ersten und des zweiten Gehäuseabschlusses erstreckt, zur Längsachse des Gehäuses monoton. Die Membran steht senkrecht zur Längsachse. Sie wird hier nicht mehr zur Mantelfläche des ersten Gehäuseabschnitts gezählt und ist somit auch nicht Teil des besagten Teilabschnitts.Thus, the function of the distance of at least a portion of each common cutting edge of the outer surface of the damping unit, the first and second Gehäuseabschlusses in the cutting planes, in which lies the longitudinal axis of the housing, which extends at least over a respective portion of the first and second Gehäuseabschlusses Monotone to the longitudinal axis of the housing. The membrane is perpendicular to the longitudinal axis. It is no longer counted to the lateral surface of the first housing section and is therefore not part of the said section.
  • Durchflussmessgeräte, insbesondere Inline-Ultraschall-Durchflussmessgeräte der prozesstechnischen Industrie können einen oder mehrere Ultraschallwandler mit solchen erfindungsgemäßen Gehäusen aufweisen. So weist beispielsweise ein Inline-Ultraschall-Durchflussmessgerät zwei solcher Ultraschallwandler einander gegenüberstehend in einem Messrohr auf, welche zur Bestimmung des Durchflusses durch das Messmedium nach dem Laufzeitdifferenzprinzip arbeiten. Die Dämpfung der Übertragung von Körperschall im Gehäuse, auch Gehäusewellen genannt, ist besonders zur Messung von Gasen wichtig, da weniger Signalenergie der Ultraschallsignale durch das Messmedium Gas transportiert wird. Eine bevorzugte Anwendung ist die Bestimmung des Durchflusses von Biogas mit erfindungsgemäßen Ultraschallwandlern.Flowmeters, in particular inline ultrasonic flowmeters of the process engineering industry, may have one or more ultrasonic transducers with such housings according to the invention. Thus, for example, has an inline ultrasonic flowmeter two such ultrasonic transducer facing each other in a measuring tube, which operate to determine the flow through the measuring medium according to the transit time difference principle. The attenuation of the transmission of structure-borne noise in the housing, also called housing waves, is particularly important for the measurement of gases, since less signal energy of the ultrasonic signals is transported by the measuring medium gas. A preferred application is the determination of the flow of biogas with ultrasonic transducers according to the invention.
  • Wie bereits erwähnt werden die erfindungsgemäßen Gehäuse hergestellt, indem der erste Gehäuseabschnitt, der zweite Gehäuseabschnitt und die Dämpfungseinheit separat und zueinander passend hergestellt werden. Anschließend werden sie miteinander verbunden und eventuelle Unebenheiten an den Verbindungsstellen geglättet. Die Auswahl der Dämpfungseinheit hängt von der Verwendung des Ultraschallwandlers ab. Deshalb wird die Dämpfungseinheit nach dem Messmedium, der Schwingfrequenz des Ultraschallwandlerelements oder weiteren Parametern, wie z. B. Bandbreite, geeignet ausgewählt. Das Anbringen des Ultraschallwandlerelements, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, wie z. B. einer Piezokeramik, erfolgt bereits vor dem Verbinden des ersten Gehäuseabschnitts, des zweiten Gehäuseabschnitts und der Dämpfungseinheit oder es erfolgt bei bereits montiertem Gehäuse. Sie werden mit dem Fachmann bekannten Methoden an der Membran so befestigt, dass die Membran die Schwingungen des Ultraschallwandlerelements auf das Messmedium überträgt und dass die Membran die Schwingungen des Messmediums auf das Ultraschallwandlerelement überträgt.As already mentioned, the housings according to the invention are produced by the first Housing section, the second housing section and the damping unit are manufactured separately and to each other. Then they are connected to each other and smoothed any bumps at the joints. The selection of the damping unit depends on the use of the ultrasonic transducer. Therefore, the damping unit according to the measuring medium, the oscillation frequency of the ultrasonic transducer element or other parameters, such. B. bandwidth, selected appropriately. Attaching the ultrasonic transducer element, for example a piezoelectric element, such. B. a piezoceramic, already takes place before connecting the first housing section, the second housing section and the damping unit or it takes place with already mounted housing. They are attached to the membrane by methods known to those skilled in the art, such that the membrane transmits the vibrations of the ultrasonic transducer element to the measuring medium and that the membrane transmits the vibrations of the measuring medium to the ultrasonic transducer element.
  • Erfindungsgemäße Dämpfungseinheiten erreichen Dämpfungsfaktoren von mindestens 1,5 und bis zu 1000.Damping units according to the invention achieve damping factors of at least 1.5 and up to 1000.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler in einer ersten Ausgestaltung im Längsschnitt, 1 shows an inventive ultrasonic transducer in a first embodiment in longitudinal section,
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler in einer zweiten Ausgestaltung im Längsschnitt, 2 shows an ultrasonic transducer according to the invention in a second embodiment in longitudinal section,
  • 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler in einer dritten Ausgestaltung im Längsschnitt, 3 shows an ultrasonic transducer according to the invention in a third embodiment in longitudinal section,
  • 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler in einer vierten Ausgestaltung im Längsschnitt, 4 shows an ultrasonic transducer according to the invention in a fourth embodiment in longitudinal section,
  • 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler in einer fünften Ausgestaltung im Längsschnitt, 5 shows an ultrasonic transducer according to the invention in a fifth embodiment in longitudinal section,
  • 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler in einer sechsten Ausgestaltung im Längsschnitt. 6 shows an ultrasonic transducer according to the invention in a sixth embodiment in longitudinal section.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler im Längsschnitt dargestellt. Der Ultraschallwandler ist zur Verwendung in einem Durchflussmessgerät, zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Medium, ausgestaltet. Wie bei den nachfolgenden Figuren, so ist auch hier das Gehäuse 1 hülsenförmig rotationssymmetrisch um die Längsachse des Gehäuses 1 ausgebildet. Die Dämpfungseinheit 2, der erste 3 und der zweite Gehäuseabschluss 4 bilden eine gemeinsame, zylindrische Oberfläche, welche das Gehäuse 1 zur Umwelt bzw. zum Messmedium hin begrenzt. Auf der Membran 5 ist ein elektromechanisches Wandlerelement 6, beispielsweise ein piezoelektrisches Ultraschallwandlerelement, angeordnet, beispielsweise unter Zwischenlage einer Anpassungsschicht aufgeklebt. Dies ist allen nachfolgenden Figuren gemein.In 1 an inventive ultrasonic transducer is shown in longitudinal section. The ultrasonic transducer is designed for use in a flowmeter for determining the flow of a medium flowing through a metering tube. As with the following figures, so here is the case 1 sleeve-shaped rotationally symmetrical about the longitudinal axis of the housing 1 educated. The damping unit 2 , the first 3 and the second housing termination 4 form a common, cylindrical surface, which the housing 1 limited to the environment or the medium to be measured. On the membrane 5 is an electromechanical transducer element 6 , For example, a piezoelectric ultrasonic transducer element, arranged, for example, glued with the interposition of a matching layer. This is common to all subsequent figures.
  • Die Dämpfungseinheit 2 besteht hier aus einem Massekörper, welcher ein Außengewinde aufweist und in die Dämpfungseinheit 2 eingeschraubt ist, welche entsprechend ein Innengewinde aufweist. Die Masse des Massekörpers entspricht beispielsweise mindestens 20%, insbesondere mindestens 40%, der Gesamtmasse des Gehäuses des Ultraschallwandlers aus erstem Gehäuseabschluss, zweitem Gehäuseabschluss und Dämpfungseinheit. Der Massekörper besteht beispielsweise aus einem Verguß. Zusätzlich oder alternativ dazu weist die Dämpfungseinheit zumindest einen mechanischen Resonator auf.The damping unit 2 consists here of a mass body, which has an external thread and in the damping unit 2 is screwed, which has a corresponding internal thread. The mass of the mass body corresponds for example to at least 20%, in particular at least 40%, of the total mass of the housing of the ultrasonic transducer from the first housing closure, the second housing closure and the damping unit. The mass body consists for example of a casting. Additionally or alternatively, the damping unit has at least one mechanical resonator.
  • Hier in 2 weist die Dämpfungseinheit 2 zwei gekoppelte mechanische Resonatoren auf, welche in Längsrichtung des Gehäuses hintereinander angeordnet sind. Die Technik ist dem Fachmann aus der Hochfrequenztechnik bekannt. Die beiden Resonatoren sind als Radialschwinger ausgebildet und dämpfen zwei unterschiedliche Frequenzen. Die Resonatoren können natürlich in anderen Bauformen wie hier dargestellt implementiert werden.Here in 2 has the damping unit 2 two coupled mechanical resonators, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the housing. The technique is known to those skilled in the radio frequency art. The two resonators are designed as radial oscillators and attenuate two different frequencies. Of course, the resonators can be implemented in other designs as shown here.
  • 3 zeigt eine Kombination aus Massekörper und mechanischem Resonator, welche in Längsrichtung des Gehäuses hintereinander angeordnet sind. 3 shows a combination of mass body and mechanical resonator, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the housing.
  • In 4 und 5 sind ein weitere erfindungsgemäße Gehäuse 1 eines Ultraschallwandlers skizziert. Die Figuren zeigen Dämpfungseinheiten 2 mit der gleichen Funktion, jedoch unterschiedlicher Beschaffenheit, zum Einsatz bei unterschiedlichen Bedingungen. Die Dämpfungseinheit 2 des jeweiligen Gehäuses 1 besteht aus drei in Längsrichtung des Gehäuses 1 hintereinander angeordneten Massekörpern. Es sind auch nur zwei oder mehr als drei Massekörper denkbar.In 4 and 5 are another housing according to the invention 1 an ultrasonic transducer outlined. The figures show damping units 2 with the same function but different nature, for use in different conditions. The damping unit 2 of the respective housing 1 consists of three in the longitudinal direction of the housing 1 mass bodies arranged one behind the other. There are also only two or more than three mass body conceivable.
  • Die Massekörper sind aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Sie weisen unterschiedliche Massen und/oder voneinander verschiedene akustische Impedanzen auf, so dass sich an ihren Grenzen Reflexionen der akustischen Signale ausbilden. Daneben können sie unterschiedlich konstruktiv aufgebaut sein, insbesondere voneinander verschiedene geometrische Abmessungen aufweisen. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest ein Massekörper der Dämpfungseinheit 2 eine um mindestens 20%, insbesondere um mindestens 30%, von der akustischen Impedanz der Wand des ersten Gehäuseabschlusses abweichende akustische Impedanz auf, wobei der Längsschnitt der Wand des ersten Gehäuseabschlusses sich parallel zur Längsachse des Gehäuses 1 erstreckt. Es handelt sich z. B. um eine Kombination aus Stahl und Messing, wobei Stahl der Werkstoff des Gehäuses ist und Messing das Material des Massekörpers ist.The mass bodies are made of different materials. They have different masses and / or mutually different acoustic impedances, so that reflections of the acoustic signals form at their boundaries. In addition, they can be constructed differently constructive, in particular, have different geometric dimensions from each other. In one embodiment of the invention, at least one mass body of the damping unit 2 one around at least 20%, in particular by at least 30%, of the acoustic impedance of the wall of the first Gehäuseabschlusses deviating acoustic impedance, wherein the longitudinal section of the wall of the first Gehäuseabschlusses parallel to the longitudinal axis of the housing 1 extends. It is z. For example, a combination of steel and brass, where steel is the material of the housing and brass is the material of the mass body.
  • Die Dämpfungseinheit 2 des Gehäuses 1 aus 6 hingegen weist eine sehr dünne Wandstärke und einen im Gehäuse angeordneten Massekörper. Über die dünne Außenwand der Dämpfungseinheit 2 wird nur wenig Energie und damit Körperschall übertragen. Der Großteil der Energie wird vom Massekörper im Kern des Gehäuses absorbiert. Hier besteht der Massekörper aus zwei unterschiedlichen Materialen. Eine Dämpfungseinheit beruhend auf dem gleichen Prinzip könnte aber auch nur aus einem einzigen Material hergestellt sein.The damping unit 2 of the housing 1 out 6 on the other hand has a very thin wall thickness and a mass body arranged in the housing. Over the thin outer wall of the damping unit 2 Only little energy and thus structure-borne sound is transmitted. Most of the energy is absorbed by the mass body in the core of the housing. Here the mass body consists of two different materials. A damping unit based on the same principle could also be made of a single material.
  • Neben den gezeigten Ausführungsformen sind natürlich noch weitere denkbar. Auch die Kombinationen der einzelnen Ausgestaltungen sollen hiermit als umfasst gelten.In addition to the embodiments shown, of course, further conceivable. The combinations of the individual embodiments are hereby also considered to be encompassed.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 11
    Gehäuse eines UltraschallwandlersHousing of an ultrasonic transducer
    22
    Dämpfungseinheitdamping unit
    33
    Erster GehäuseabschlussFirst case termination
    44
    Zweiter GehäuseabschlussSecond housing termination
    55
    Membranmembrane
    66
    Elektromechanisches WandlerelementElectromechanical transducer element
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Claims (9)

  1. Gehäuse eines Ultraschallwandlers eines Durchflussmessgeräts, umfassend eine Dämpfungseinheit zur Verringerung der Übertragung von Körperschall im Gehäuse, welche eine Außenfläche aufweist, welche das Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Abstands jeder Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in einer Schnittebene, in welcher eine Längsachse des Gehäuses liegt, zur Längsachse des Gehäuses monoton ist.Housing of an ultrasonic transducer of a flowmeter, comprising a damping unit for reducing the transmission of structure-borne noise in the housing, which has an outer surface which limits the housing to the environment, characterized in that the function of the distance of each cut edge of the outer surface of the damping unit in a sectional plane, in which is a longitudinal axis of the housing is monotone to the longitudinal axis of the housing.
  2. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran das Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenzt, welche Membran die Längsachse des Gehäuses schneidet, wobei die Dämpfungseinheit einen membranseitigen Endabschnitt aufweist und wobei die Funktion des Abstands der Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in der Schnittebene, in welcher die Längsachse des Gehäuses liegt, zur Längsachse des Gehäuses, ausgehend von dem membranseitigen Endabschnitt, monoton wächst.Housing of an ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that a membrane bounds the housing to the environment, which membrane intersects the longitudinal axis of the housing, wherein the damping unit has a diaphragm-side end portion and wherein the function of the distance of the cutting edge of the outer surface of the damping unit in the cutting plane , in which lies the longitudinal axis of the housing, grows monotonically to the longitudinal axis of the housing, starting from the membrane-side end portion.
  3. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Winkel, welcher die Schnittkante mit der Gehäuselängsachse einschließt, kleiner 60° ist.Housing of an ultrasonic transducer according to claim 1 or 2, characterized in that each angle, which includes the cutting edge with the housing longitudinal axis, is smaller than 60 °.
  4. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen topfförmig ausgebildeten ersten Gehäuseabschluss aufweist, dessen Boden als Membran dient, und dass das Gehäuse einen zweiten Gehäuseabschluss aufweist zur Befestigung des Gehäuses des Ultraschallwandlers in einem Messrohr und/oder in einem weiteren Gehäuse, wobei die Dämpfungseinheit zwischen erstem und zweitem Gehäuseabschluss angeordnet ist.Housing of an ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing has a pot-shaped first housing closure whose bottom serves as a membrane, and that the housing has a second housing closure for mounting the housing of the ultrasonic transducer in a measuring tube and / or in a further housing, wherein the damping unit is arranged between the first and second housing closure.
  5. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseabschluss mit der Dämpfungseinheit stoffschlüssig verbunden ist, und dass der zweite Gehäuseabschluss mit der Dämpfungseinheit stoffschlüssig verbunden ist.Housing of an ultrasonic transducer according to claim 4, characterized in that the first housing closure is materially connected to the damping unit, and that the second housing closure is materially connected to the damping unit.
  6. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt jeder gemeinsamen Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit, des ersten und des zweiten Gehäuseabschlusses in der Schnittebenen, in welcher die Längsachse des Gehäuses liegt, welcher sich zumindest über jeweils einen Teilabschnitt des ersten und des zweiten Gehäuseabschlusses erstreckt, monoton ist.Housing of an ultrasonic transducer according to claim 4 or 5, characterized in that at least a portion of each common cutting edge of the outer surface of the damping unit, the first and second Gehäuseabschlusses in the sectional planes, in which the longitudinal axis of the housing is located, which at least over a respective portion of the extending first and second Gehäuseabschlusses is monotonous.
  7. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit eine Masse aufweist, welche mindestens 20% der Gesamtmasse des Gehäuses des Ultraschallwandlers aus erstem Gehäuseabschluss, zweitem Gehäuseabschluss und Dämpfungseinheit entspricht.Housing of an ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the damping unit has a mass which corresponds to at least 20% of the total mass of the housing of the ultrasonic transducer from the first housing conclusion, second housing closure and damping unit.
  8. Gehäuse eines Ultraschallwandlers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit zumindest zwei gekoppelte mechanische Resonatoren aufweist, welche in Längsrichtung des Gehäuses hintereinander angeordnet sind.Housing of an ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 7, characterized in that the damping unit has at least two coupled mechanical resonators, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the housing.
  9. Ultraschall-Durchflussmessgerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Durchflussmessgerät zumindest zwei Ultraschallwandler mit jeweils einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, welche so in einem Messrohr angeordnet sind, dass der Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr mittels des Laufzeitdifferenzprinzip ermittelbar ist.Ultrasonic flowmeter, characterized in that the ultrasonic flowmeter comprises at least two ultrasonic transducers each having a housing according to one of claims 1 to 9, which are arranged in a measuring tube, that the flow of the measured medium can be determined by the measuring tube by means of the transit time difference principle.
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