DE3832947A1 - Ultraschall-wandler, insbesondere fuer luftmengenmesser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschall-Wandler, insbesondere für Luftmengenmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem Luftmengenmesser nach dem Wirbelfrequenz-Prinzip wer­ den sich bildende Wirbel mit Ultraschall abgetastet. In einer Meßstrecke gibt es neben der gewünschten Schallausbreitung in Luft noch einen Schallweg über die Wandung des Meßrohrs, in das die Wandler eingebaut sind. Bei der relativ schlechten Über­ tragung der Luftschallstrecke wirkt sich der als parasitär angesehene Körperschall besonders störend aus.

Es hat bisher Bestrebungen gegeben, eine Wandlerbefestigung zu schaffen, bei der die Übertragung von Körperschall auf das Meß­ rohr stark unterdrückt wird. Bei bereits vorgeschlagenen Lösungen findet eine seitliche Einbettung in Silikongummimasse Verwendung, bei der die Ultraschall-Wandler federnd in der Meß­ rohrwandung gelagert sind. Nachteilig dabei ist, daß sich die Position des Wandlers verändert, was zu einer zusätzlichen, druckabhängigen Störmodulation führt.

Aus der DE-PS 25 37 788 ist bereits ein Ultraschall-Wandler zur Aussendung von Ultraschallschwingungen vorgegebener Wellenlängen in einem Ausbreitungsmedium bekannt, der eine λ/4-Anpaßschicht zur Befestigung seines Keramikkörpers aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der aufgrund einer neuartigen Konstruktion relativ fest gehalten werden kann, ohne daß dabei eine starke Körperschallüberkopplung erfolgt und ohne daß dadurch die Übertragung des Luftschalls verschlechtert wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ultraschall-Wandler für Luft­ mengenmesser der eingangs genannten Art und gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, der durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ male charakterisiert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel betreffenden Figur im einzelnen beschrieben.

Wie die Figur zeigt, ist eine in Radialresonanz betriebene Piezokeramik P auf eine λ/4-Anpaßschicht A mit kreisförmigem Querschnitt so aufgeklebt, daß die Dickenschwingung ausgekop­ pelt wird. Die Anpaßschicht A ist am keramikseitigen Ende dünn­ wandig und rohrförmig verlängert und ist am äußeren Ende eingespannt. Dadurch wird die Dämpfung -verursacht durch die Einspannung- verringert. Eine minimale Rückwirkung wird z. B. bei einer Rohrlänge erreicht, die bei 77 kHz mit 7 mm etwa ein Viertel des Wertes der Schallwellenlänge im verwendeten Material beträgt. In einer außenseitig angebrachten Ringnut N liegt ein Einspannungsring, vorzugsweise ein Gummiring R, der den an dieser Stelle noch auftretenden Restkörperschall absorbiert und nur sehr schlecht überträgt. Der Wandler ist mit aufgespanntem Gummiring R in eine Innennut der Wandung eines Meßrohres M eingepreßt. Eine mechanisch starre Befestigung ergibt sich aus Einpreßdruck und entsprechender Form der Ringnuten.

Durch diese neuartige Konstruktion wird neben geringer Dämpfung der Wandleraktivität bei gleichzeitiger Absenkung des Köper­ schalls (großer Störabstand) noch eine leichte Auswechselbar­ keit der Wandler gewährleistet.

Claims (3)

1. Ultraschall-Wandler, insbesondere für Luftmengenmesser, zur Aussendung von Ultraschallschwingungen vorgegebener Wellen­ längen in ein Ausbreitungsmedium, mit einem Wandlerkörper und mit einer an das Ausbreitungsmedium angrenzenden, als Anpaß­ schicht fungierenden λ/4-Schicht, die einen Kunststoff enthält und eine akustische Impendanz hat, die zwischen der des Materials des Wandlerkörpers und dem des Ausbreitungsmediums liegt, wobei der Wandlerkörper aus Piezokeramik besteht und zur Aussendung in Luft als Ausbreitungsmedium die λ/4-Schicht aus Hohlkugeln aus Glas oder Siliziumdioxid besteht, die mittels eines organischen Harzes, wie Epoxydharz oder mittels Polystyrol zu einem Schaumstoff gewunden sind, der bei einer an Luft als Ausbreitungsmedium angepaßten akustischen Impedanz kleine Dichte und hohe Schwinggüte aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anpaßschicht (A) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und auf die Piezezokeramik (P) so aufgeklebt ist, daß die auftretende mechanische Schwingung ausgekoppelt wird,
und daß die Anpaßschicht (A) am keramikseitigen Ende dünnwandig rohrförmig verlängert und an ihrem äußeren Ende in ein Meßrohr (M) eingespannt ist.

2. Ultraschall-Wandler für Luftmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Länge der rohrförmigen Verlängerung bei einer Schwingungsfequenz von 77 kHz 7 m beträgt, welche Länge im wesentlichen einem Viertel des Wertes der Schallwellenlänge in dem verwendeten Material entspricht.

3. Ultraschall-Wandler für Luftmengenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohr­ förmige Verlängerung mit einer ringförmigen Nut (N) nahe ihrem Ende ausgebildet ist, in die ein Einspannungsring (R), vorzugs­ weise ein Gummiring, eingesetzt ist, und daß in der Innenwandung des Meßrohres (M) eine Ringnut zur Aufnahme des Einspannrings (R) in Preßsitz vorgesehen ist.