DE202011101455U1

DE202011101455U1 - Messrohr für einen Ultraschall-Durchflussmesser und Ultraschall-Durchflussmesser

Info

Publication number: DE202011101455U1
Application number: DE201120101455
Authority: DE
Original assignee: Hydrometer GmbH; Universitaet Paderborn
Current assignee: Universitaet Paderborn; Diehl Metering GmbH
Priority date: 2010-05-29
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-08-28
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: DE102010046338B4; DE102010046338A1

Abstract

Messrohr (1) für einen Ultraschalldurchflussmesser für fluide Medien mit mindestens einer Ankopplungsfläche (7) zur Ankopplung eines Ultraschallwandlers (6), wobei die Ankopplungsfläche (7) Bestandteil eines Einkopplungskörpers (4) ist, der zumindest teilweise in der Wand (2) des Messrohres (1) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Abstand (a) vom Rand der die Ankopplungsfläche (7) enthaltenen Oberfläche (5) des Einkopplungskörpers (4) zum Rand der Ankopplungsfläche (7) mindestens so groß wie die Dicke (b) des Einkopplungskörpers (4) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messrohr für einen Ultraschall-Durchflussmesser für fluide Medien mit mindestens einer Ankopplungsfläche zur Ankopplung eines Ultraschallwandlers sowie einen Ultraschall-Durchflussmesser mit einem solchen Messrohr.
Zur Messung des Durchflusses fluider Medien, also von Flüssigkeiten und Gasen, durch Rohrleitungen werden vermehrt Messgeräte verwendet, bei welchen Ultraschallwellen in den Messkanal eingekoppelt werden und deren Laufzeit sowohl in als auch gegen Strömungsrichtung des Fluides gemessen wird, woraus die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides und damit auch dessen Durchflussmenge bestimmt werden kann. Die Ultraschallwellen werden von Ultraschallwandlern, die im Allgemeinen von Piezokeramiken gebildet sind, erzeugt und durch die Wand des Messrohrs (oder Messkanalgehäuses) in den Messkanal eingestahlt. Zur Anbringung der Ultraschallwandler gibt es mehrere Möglichkeiten:
In Lerch, Sessler, Wolf, „Technische Akustik Grundlagen und Anwendung", Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2009, S. 631f wird beschrieben, dass in der Prozessmesstechnik für Ultraschall-Durchflussmessgeräte konfektionierte Ultraschallwandler direkt mit dem zu messenden Medium in Kontakt gebracht werden können, indem im Messkanalgehäuse entsprechende Öffnungen vorhanden sind, in welche die Ultraschallwandler eingesetzt werden. Material und Konstruktion der Ultraschallwandler sind dabei so zu wählen, dass eine gute akustische Kopplung zum Medium (Flüssigkeit) erreicht wird. Sowohl die Herstellung des konfektionierten Schallwandlers als auch dessen anschließende Montage und die Abdichtung der Öffnungen verursachen jedoch einen wesentlichen Aufwand bei der Herstellug der Durchflussmessgeräte.
Aus der DE 10221771 A1 ist bekannt, die Ultraschallwandler direkt auf der Außenwand des Messrohres, bzw. Messkanalgehäuses anzubringen sogenannte Clamp-on-Technik). Der Ultraschallwandler sowie das Material einer zwischen Ultraschallwandler und Rohrwand eingefügten Ankoppelschicht sind dabei so zu wählen, dass eine möglichst gute Transmission der Ultraschallwellen durch die Rohr- bzw. Gehäusewand erreicht wird, was in der Praxis jedoch schwierig ist. Die somit meist weniger gute akustische Kopplung sowie die störende Schallausbreitung innerhalb des Materials des Messrohrs bzw. des Messkanalgehäuses schränken die erreichbare Messgenauigkeit zum Teil erheblich ein. Erschwerend kommt bei der Clamp-on-Technik hinzu, dass hierbei der mechanische Kontakt zwischen Schallwandler und Rohr- bzw. Gehäusewand meist lösbar bleiben soll und nicht geklebt, gelötet oder geschweißt werden kann, sodass hier zusätzlich fließfähige Koppelmaterialien eingesetzt werden müssen, die wiederum die Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität der Messungen beeinträchtigen.
Ebenfalls bekannt sind Messgeräte mit direkt auf dem Messrohr aufgesetzten Schallwandlern. So beschreibt z. B. die EP 1 413 858 B1 ein Ultraschall-Durchflussmessgerät, bei welchem Ultraschallwandler über eine Anpassungsschicht direkt an einer Funktionsfläche befestigt sind, die integraler Bestandteil des Messrohrs ist. Hierbei ist die Wahl des Materials des Messrohrs entscheidend für die zu erreichende Messgenauigkeit. Denn insbesondere wenn die Messrohrwand aus Kunststoff besteht, erweist sich die Gewährleistung einer guten und von Prozessbedingungen unabhängigen akustischen Kopplung wegen der vergleichsweise hohen Schallabsorption und der starken Temperaturabhängigkeit der Schallabsorption im Material als schwierig.
Weiterhin ist aus der DE 10 2008 002 166 A1 ein Messsystem zur Bestimmung des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr mit mindestens einem Ultraschallwandler und einer Koppelschicht bekannt. Die Koppelschicht wird durch mit einer Kunststoffmasse gefüllte Rillen in der Messrohrinnen- oder -außenwand gebildet, wobei diese Rillen einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen und sich in Umfangsrichtung des Messrohres über den halben oder den ganzen Umfang erstrecken. Die so ausgeführte Koppelschicht teilt die vom Ultraschallwandler ausgesendete Ultraschallwelle in zwei Teilwellen auf, von denen die eine eine Ausbreitungsrichtungskomponente in und die andere eine Ausbreitungsrichtungskomponente entgegen der Strömungsrichtung des Messmediums aufweisen. Somit kann ohne weitere Strahlumlenkung im Inneren des Messrohrs der Durchfluss mittels Laufzeitdifferenzverfahren ermittelt werden. An der Grenzfläche zwischen Messrohrwand und Koppelschicht tritt jedoch auch eine Reflexion der einfallenden Ultraschallwelle auf, so dass die Intensität der transmittierten Ultraschallwelle aufgrund dieser Struktur merklich geschwächt ist.
In der DE 198 61 074 A1 und der US 3,906,791 werden Schallleitkörper beschrieben, die in Bohrungen in der Messrohrwand angeordnet sind und auf der einen Seite mit den Ultraschallwandlern und auf der anderen Seite mit dem Messmedium direkt in Kontakt stehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Messrohr für einen Ultraschall-Durchflussmesser sowie einen solchen Ultraschall-Durchflussmesser vorzuschlagen, bei welchem eine möglichst verlustarme akustische Einkopplung der Ultraschallwellen ins Messmedium ohne die genannten Nachteile gewährleistet und gleichzeitig eine laterale Schallpropagation innerhalb der Messrohrwand möglichst effektiv unterbunden wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Messrohr mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 und einen Ultraschalldurchflussmesser mit einem solchen Messrohr nach dem Schutzanspruch 9. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 8 und 10 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung ist in der Wand des Messrohres (bzw. des Messkanalgehäuses) ein Einkopplungskörper zumindest teilweise eingebettet, wobei ein Teil einer – freiliegenden – Oberfläche des Einkopplungskörpers als Ankopplungsfläche dient, über welche die von einem Ultraschallwandler ausgesandten Ultraschallwellen in den Einkopplungskörper, von diesem in die Messrohrwand und von dort ins Messmedium eingekoppelt werden. Damit wird eine stufenweise Anpassung der Schallimpedanz ausgehend vom Ultraschallwandler (mindestens eine Piezokeramik mit zwei Kontaktierungselektroden) bis zum Messmedium (Flüssigkeit oder Gas) erreicht.
Um eine Schallausbreitung innerhalb der Messrohrwand zu unterdrücken, ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Einkopplungskörpers, welche die Ankopplungsfläche enthält, besonders groß ausgeführt ist, wobei der kleinste Abstand vom Rand der die Ankopplungsfläche enthaltenden Oberfläche des Einkopplungskörpers zum Rand der Ankopplungsfläche mindestens so groß wie die Dicke des Einkopplungskörpers ist. Im Falle einer kreisförmigen Oberfläche des Einkopplungskörpers und einem konzentrisch darauf angeordneten, ebenfalls kreisförmigen Ultraschallwandlers heißt das, dass der Durchmesser der genannten Oberfläche abzüglich des Durchmessers des Ultraschallwandlers mindestens doppelt so groß ist wie die Dicke des Einkopplungskörpers.
Die Ankopplung des Ultraschallwandlers an die Ankopplungsfläche des Einkopplungskörpers kann direkt oder über eine dazwischen liegende Anpassungsschicht erfolgen, deren Schallkennimpedanz zwischen der des Ultraschallwandlers und der des Einkopplungskörpers liegen sollte.
Die Schallkennimpedanz des insbesondere isotrop ausgeführten Einkopplungskörpers liegt vorzugsweise zwischen der Schallkennimpedanz des Ultraschallwandlers bzw. der Anpassungsschicht und der Schallkennimpedanz der Messrohrwand.
Das Messrohr besteht in bevorzugter Ausführungsform aus Kunststoff (Spritzguss-), während der Einkopplungskörper aus Metall, Keramik oder Glaskeramik bestehen kann.
In Weiterbildung der Erfindung ist diejenige Grenzfläche des Einkopplungskörpers, die der Ankopplungsfläche gegenüberliegt, zumindest abschnittsweise strukturiert ausgebildet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Strukturierung geometrisch regelmäßig, insbesondere gezahnt, und/oder rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Die dabei Verwendung findende Strukturgröße (Abstand zweier benachbarter Punkte, an denen sich die Struktur wiederholt) sollte kleiner als die halbe Wellenlänge des Ultraschalls in demjenigen verwendeten Material (von Einkopplungskörper und Messrohrwand) sein, in welchem die Wellenlänge am kleinsten ist. Damit wird ein quasi-kontinuierlicher (und somit idealer) Übergang der akustischen Impedanz im Material erreicht.
Ebenfalls gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Seitenflächen des Einkopplungskörpers, welche die Ankopplungsfläche einerseits und die Grenzfläche andererseits verbinden, zumindest abschnittsweise strukturiert ausgeführt sind, sodass sie Schallwellen, welche aus dem inneren des Einkopplungskörpers auftreffen, zerstreuen. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Strukturierung dieser Seitenflächen geometrisch regelmäßig, insbesondere gezahnt, und/oder rotationssymmetrisch ausgeführt ist und ihre Strukturgröße größer als die halbe Schallwellenlänge im Material der Messrohrwand ist. Damit wird nochmals verhindert, dass Ultraschallwellen sich in der Messrohrwand ausbreiten, was zu einer Verschlechterung des Messergebnisses führen würde.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Einkopplungskörper zumindest abschnittsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Messrohrwand verbunden ist. Dadurch ist es möglich, das Messrohr mechanisch stabiler zu gestalten, sodass die Wanddicke des Messrohrs ohne Gefährdung der mechanischen Festigkeit des Messrohrs reduziert werden kann, was wiederum zu einer Verringerung der Schallabsorption führt.
Für eine besonders effektive Einkopplung des Ultraschalls in das Messmedium, also eine möglichst verlustarme Transmission durch die Messrohrwand ist bevorzugt vorgesehen, dass die Dicke der Messrohrwand inklusive eingebettetem Einkopplungskörper in etwa ein ungeradzahliges Vielfaches des Viertels der Schallwellenlänge beträgt, vorzugsweise dreiviertel oder fünfviertel der Schallwellenlänge.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, das im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Dabei zeigen:
1 ein Messrohr für einen Ultraschall-Durchflussmesser in perspektivischer Ansicht und
2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt der Wand des Messrohrs aus 1,
jeweils in vereinfachter prinzipieller Darstellung.
Ein Messrohr 1 für einen Ultraschall-Durchflussmesser für fluide Medien (Gase und Flüssigkeiten) weist eine Messrohrwand 2 auf, die im Inneren einen Messkanal 3 umschließt, durch welchen das zu messende Fluid fließt. Auf der Oberseite des Messrohrs 1 sind in die aus Kunststoff bestehende Messrohrwand 2 zwei Einkopplungskörper 4 zumindest teilweise eingebettet. Auf der Oberseite 5 der Einkopplungskörper 4 ist etwa mittig jeweils ein elektromechanischer Ultraschallwandler 6 (z. B. eine Piezokeramik oder ein konfektionierter Ultraschallwandler) befestigt. Diese Befestigung kann mittels Kleber oder auch mittels einer Anpassungsschicht erfolgen, welche zwischen dem Ultraschallwandler 6 und dem darunter liegenden, als Ankopplungsfläche 7 dienenden Bereichs der Oberfläche 5 des Einkopplungskörpers 4 angeordnet ist und die Einkopplung des vom Ultraschallwandler 6 ausgesandten Ultraschalls in den Einkopplungskörper 4 durch Verringerung der Grenzflächenreflexion verbessert.
Da die Schallkennimpedanz (die Impedanz des entsprechenden Materials für die verwendete Ultraschallwellenlänge) des Einkopplungskörpers 4 möglichst zwischen der Schallkennimpedanz des Ultraschallwandlers 6 [(25 bis 38) × 10⁶ kg/(m²s)] bzw. Anpassungsschicht und der Schallkennimpedanz des Kunststoffs der Messrohrwand 2 [6 × 10⁶ kg/(m²s)] liegen sollte, ist für den Einkopplungskörper 4 Aluminium [17 × 10⁶ kg/(m²s)], Keramik [(10 bis 38) × 10⁶ kg/(m²s)], Glas [(13 bis 24) × 10⁶ kg/(m²s)] oder Glaskeramik [16 × 10⁶ kg/(m²s)] besonders vorteilhaft.
Der Einkopplungskörper 4 kann mit einer runden (wie im Ausführungsbeispiel) oder auch oval, quadratisch, rechteckig oder anders ausgeformten Oberfläche 5 versehen sein. Außerdem kann die Oberfläche 5 eben oder auch gewölbt, insbesondere konvex ausgeführt sein, so dass sie je nach Ausführung und Einbettungstiefe des Einkopplungskörpers 4 in der Messrohrwand 2 mit der Oberfläche 8 der Messrohrwand 2 bündig abschließt, darüber hinaus ragt oder auch vertieft angeordnet ist. Dabei ist zu beachten, dass insbesondere die Unterseite des Ultraschallswandlers 6 an die Form der Oberfläche 5 (insbesondere der Ankopplungsfläche 7) des Einkopplungskörpers 4 angepasst ist, um eine möglichst gute Einkopplung des Ultraschalls in den Einkopplungskörper 4 zu gewährleisten. Darüber hinaus sollte die Ankopplung des Ultraschallwandlers 6 an den Einkopplungskörper 4 nahezu scherkraftfrei erfolgen, um eine Beeinflussung der Resonanzfrequenz des Wandlers 6 durch die Geometrie des Einkopplungskörpers 4 zu verhindern. Dies wird durch Einfügung der Anpassungsschicht zwischen Ultraschallwandler 6 und Ankopplungsfläche 7 erreicht, da so die radialresonanten Eigenschaften des Einkopplungskörpers 4 unterdrückt werden können.
Die der Oberfläche 5 gegenüber liegende Grenzfläche 9 des Einkopplungskörpers 4 ist gezahnt ausgeführt, wobei der Abstand d zweier benachbarter Zähne (die Strukturgröße der Zahnung) kleiner ist als die halbe Ultraschallwellenlänge in demjenigen der für den Einkopplungskörper 4 und die Messrohrwand 2 verwendeten Materialien, in welchem die Ultraschallwellenlänge kleiner ist. Dies ist je nach Verwendung des Materials für den Einkopplungskörper 4 (Metall, Keramik, Glas oder Glaskeramik) unterschiedlich. Indem der Abschnitt der Messrohrwand 2 unterhalb des Einkopplungskörpers 4 komplementär zur Grenzfläche 9 mit gleicher Strukturgröße ausgebildet ist, ist gewährleistet, dass der überwiegende Teil des eingekoppelten Ultraschalls vom Einkopplungskörper 4 in den darunter liegenden Abschnitt der Messrohrwand 2 transmittiert und nur ein möglichst verschwindend geringer Anteil an der Grenzfläche 9 reflektiert wird.
Die Seitenflächen 10 des Einkopplungskörpers 4 (insbesondere der im Messrohr 2 eingebettete Teil davon) sind ebenfalls strukturiert ausgeformt. Dies erhöht zum einen die kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Einkopplungskörper 4 und Rohrwand 2 und damit die mechanische Stabilität des Messrohrs 1 (ebenso wie die Zahnung der Grenzfläche 9). Die Strukturierung der Seitenflächen 10 des Einkopplungskörpers 4 verhindern aber darüber hinaus auch noch die laterale Ultraschalleinkopplung in die Messrohrwand 2 und damit eine ungewollte Ultraschallpropagation zwischen den beiden Ultraschallwandlern durch die Messrohrwand 2.
Da durch die Einbettung des Einkopplungskörpers 4 in die Messrohrwand 2 die mechanische Stabilität des Messrohrs erhöht wird, kann das Messrohr insgesamt relativ dünnwandig ausgeführt sein. Dadurch und durch die Tatsache, dass unterhalb des Einkopplungskörpers 4 nur noch ein Bruchteil der gesamten Stärke c der Messrohrwand 2 von Ultraschall durchstrahlt werden muss, wird die ansonsten in Kunststoff zu erwartende relativ hohe Schallabsorption deutlich vermindert und auch somit das Messsignal verstärkt und die Messgenauigkeit erhöht. Andererseits kann auch die Sendeleistung der Ultraschallwandler verringert werden, wodurch die benötigte Batteriekapazität gesenkt und/oder die Batterielebensdauer verlängert wird.
Im Inneren des Messrohrs 1, im Messkanal 3, befinden sich – wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt – nicht gezeichnete Umlenkspiegel, welche den Ultraschall, der von einem der beiden Ultraschallwandler 6 ausgesendet wurde, in Längsrichtung des Messrohres 1 umlenken und dann auch wieder in Richtung zu dem anderen der beiden Ultraschallwandler 6 aus dem Messkanal 3 heraus durch die Messrohrwand 2 und den unterhalb des anderen Ultraschallwandlers 6 angeordneten Einkopplungskörpers 4 umlenken. Da die beiden Ultraschallwandler 6 abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben werden, kann die Laufzeit des Ultraschallsignals sowohl in als auch gegen Strömungsrichtung des Fluids gemessen und aus dem Unterschied dieser Laufzeiten auf die Strömungsgeschwindigkeit und mittels der Geometrie des Messkanals 3 auf den Durchfluss des Fluids geschlossen werden.
Über den durch die Erfindung geschaffenen Gradienten in der Schallimpedanz vom Wandler bis zum Fluid wird der Einfluss von Temperaturschwankungen und Materialalterung (z. B. des Kunststoffes) auf den Transmissionsgrad bzw. -faktor des Gesamtaufbaus verringert und so eine langzeitstabile und vom Prozess (Temperatur, Eigenschaften des Messmediums) unabhängige akustische Kopplung bei gleichzeitiger Reduktion des Herstellungs- (Anzahl der Konstruktionselemente und Fertigungsschritte) wie des Montageaufwands (Positionierung und Klebung nach exaktem zeitlichem Regime) erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10221771 A1 [0003]
EP 1413858 B1 [0004]
DE 102008002166 A1 [0005]
DE 19861074 A1 [0006]
US 3906791 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Lerch, Sessler, Wolf, „Technische Akustik Grundlagen und Anwendung”, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2009, S. 631f [0002]

Claims

Messrohr (1) für einen Ultraschalldurchflussmesser für fluide Medien mit mindestens einer Ankopplungsfläche (7) zur Ankopplung eines Ultraschallwandlers (6), wobei die Ankopplungsfläche (7) Bestandteil eines Einkopplungskörpers (4) ist, der zumindest teilweise in der Wand (2) des Messrohres (1) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Abstand (a) vom Rand der die Ankopplungsfläche (7) enthaltenen Oberfläche (5) des Einkopplungskörpers (4) zum Rand der Ankopplungsfläche (7) mindestens so groß wie die Dicke (b) des Einkopplungskörpers (4) ist.
Messrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallkennimpedanz des vorzugsweise isotropen Einkopplungskörpers (4) zwischen der Schallkennimpedanz des Ultraschallwandlers (6) und der der Messrohrwand (2) liegt.
Messrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) aus Kunststoff und der Einkopplungskörper (4) aus Metall, Keramik, Glas oder Glaskeramik bestehen.
Messrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber der Ankopplungsfläche (7) gelegene Grenzfläche (9) des Einkopplungskörpers (4) zumindest abschnittsweise strukturiert, insbesondere geometrisch regelmäßig, bevorzugt gezahnt, und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Messrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturgröße des strukturiert ausgebildeten Abschnitts der Grenzfläche (9) kleiner als die halbe Schallwellenlänge im verwendeten Material mit der kleinsten Schallwellenlänge ist.
Messrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ankopplungsfläche (7) und die Grenzfläche (9) des Einkopplungskörpers (4) verbindenden Seitenflächen (10) zumindest abschnittsweise derart strukturiert ausgeformt sind, dass sie auftreffende Schallwellen zerstreuen, wobei die Seitenflächen (10) vorzugsweise geometrisch regelmäßig, insbesondere gezahnt, und/oder rotationssymmetrisch strukturiert ausgebildet sind mit einer Strukturgröße, die bevorzugt größer als die halbe Schallwellenlänge in der Messrohrwand (2) ist.
Messrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkopplungskörper (4) zumindest abschnittsweise form- und/oder kraftschlüssig mit der Messrohrwand (2) verbunden ist.
Messrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Messrohrwand (2) mit eingebettetem Einkopplungskörper (4) ein ungeradzahliges Vielfaches des Viertels der Schallwellenlänge, vorzugsweise drei Viertel oder fünf Viertel der Schallwellenlänge, beträgt.
Ultraschalldurchflussmesser für fluide Medien mit einer Ansteuer- und Auswerteelektronik inkl. Energieversorgung und mit einem Messrohr nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass voneinander beabstandet zwei Einkopplungskörper (4) vorgesehen sind, auf deren Oberflächen (5) vorzugsweise mittig jeweils ein Ultraschallwandler (6) auf der Ankopplungsfläche (7) befestigt ist.
Ultraschalldurchflussmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ultraschallwandlern (6) und der jeweiligen Ankopplungsfläche (7) jeweils eine Anpassungsschicht vorgesehen ist, deren Schallkennimpedanz vorzugsweise zwischen der des jeweiligen Ultraschallwandlers (6) und der des die entsprechende Ankopplungsfläche (7) tragenden Einkopplungskörpers (4) liegt, insbesondere nahe oder bei dem geometrischen Mittel der beiden Schallkennimpedanzen, und die eine scherkraftfreie Kopplung beider Materialien gewährleistet.