DE3941634A1 - Schallisolierte halterung eines ultraschallwandlers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halterung eines Ultraschallwandlers für das Aussenden bzw. für den Empfang von Ultraschallstrahlung in bzw. aus einem gasförmigen Medium.

Die Abstrahlung von Ultraschall von einer schwingenden Festkör­ perfläche eines Wandlers in das Medium Gas führt in Folge des sehr großen Unterschiedes des akustischen Wellenwiderstandes des Materials der Festkörperfläche und des Mediums, dieser Unterschied liegt in der Größenordnung von 4 Zehner-Potenzen, zu einem nur geringen Leistungs-Übertragunsverhältnis vom Fest­ körper in das gasförmige Medium und umgekehrt.

Man verwendet Ultraschallwandler in Ultraschall-Meßgeräten für insbesondere strömende Gase, so z. B. zur Bestimmung des ein Rohr durchströmenden Gasvolumens. Eine Anwendung eines solchen Gerätes ist die als Gaszähler, z. B. als Haushalts-Gaszähler.

In solchen Geräten sind die die Meßstrecke innerhalb eines Rohres bestimmenden Ultraschallwandler, bezogen auf die Rohr­ achse, in einem noch relativ geringen Abstand von z. B. 240 mm angeordnet. Im allgemeinen sind diese Wandler in die Rohrwand eingesetzt und strahlen den Ultraschall schräggerichtet zur Rohrachse durch das strömende Medium Gas hindurch. Ein Wandler ist dabei der Sendewandler, der andere Wandler der Empfangs­ wandler. Im allgemeinen erfolgt Messung abwechselnd stromauf und stromab und mit Differenzbildung der sich ergebenden Signale.

Bei wie angegebenen geringen Wandlerabstand ergeben sich an sich noch keine gravierenden Probleme in Folge auftretender Strömungsgeräusche. Die Auswertung des Empfangssignals kann jedoch entscheidend durch Schallintensität beeinträchtigt werden, die von der Rohrwand von z. B. sogar relativ weit entfernten Schallquellen herrührend übertragen wird. Um diese Körperschallübertragung zu minimieren, müssen die verwendeten Wandler, d. h. speziell der Empfangswandler, in dem Gerät bzw. in der Rohrwand so montiert sein, daß der Körper des Wandlers und die Rohrwand hinsichtlich akustischer Schallübertragung weitgehend voneinander isoliert sind. Einen weiteren Beitrag kann die wenigstens teilweise Verwendung von schalldämpfende Eigenschaft aufweisendem Material am Wandler erzielt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere für Massenprodukte geeignet, eine schallisolierte Halterung eines Festkörper-Wandlers in einem wie einschlägigen Gerät anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.

Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipbild eines einschlägigen Ultra­ schallmeßgerätes in Rohrform, an dessen das strömende Medium führendem Rohr zwei Ultraschallwandler 3 angebracht sind. Wie ersichtlich, befinden sich diese Ultraschallwandler 3 in schräg gerichtet in die Rohrwand eingesetzten Stutzen 1. Insbesondere bei Meßgeräten, die für die Messung solcher Gase vorgesehen sind, die nicht nach außen treten dürfen, sind entsprechende Abdichtungen an solchen Stellen vorzusehen, an denen das Gerät, z. B. zum Einsetzen oder Auswechseln der Wandler 3, zu öffnen ist.

Fig. 2 zeigt in einer Detaildarstellung einen solchen in Fig. 1 gezeigten, seitlichen Rohransatz-Stutzen 1 im Längsschnitt. Dieser Stutzen 1 ist der eigentliche Halter für den Wandler 3. Der schräg abgeschnittene, rohrförmige Stutzen 1 weist eine Stufe 2 auf. Das äußere Rohrende des Stutzen 1 ist mit einem Deckel 8 verschlossen, wobei ein Dichtring 7 in einer Nut 6 vorgesehen ist. Der Deckel 8 hat einen wie aus der Figur ersichtlichen Klemmring 5 als Ansatz. Dieser Klemmring 5 ist auf den Durchmesser der Stufe 2 des Stutzen 1 abgestimmt bemessen. Es ist ein O-Ring 4 aus Gummi oder einem vergleich­ bar dauerelastischen Material vorgesehen, der wie aus der Fig. 2 ersichtlich, plaziert ist. Dieser O-Ring 4 dient nicht nur einer weiteren Abdichtung, sondern er haltert den Wandler 3 im Stutzen 1. Die Stufe 2 bewirkt zusammen mit dem Klemmring 5 präzise Positionierung des O-Ringes 4 im Stutzen 1 und die Ringnut 9 im Wandler 3 sorgt für dessen exakte Positionierung gegenüber dem O-Ring 4.

Der Übersichtlichkeit halber sind die elektrischen Anschlüsse des Wandlers 3 weggelassen. Es können durch den Deckel 8 hin­ durchgeführte Leitungen oder auch seitlich in der Wand des Stutzen 1 vorgesehene Durchführungen sein. Diese Anschlüsse sind so auszubilden, daß sie ihrerseits keine nennenswerte Körperschallübertragung bewirken können, was z. B. durch die Verwendung von Anschlußlitzen gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Halterung des Wandlers 3 ist derart, daß Vorteile gegenüber einer in einer älteren Patentanmeldung P 38 32 947 (= GR 88 P 1653) beschriebenen Halterung eines Ultraschallwandlers erzielt sind. Mit der Erfindung ist ein Optimum einer schallisolierten Halterung mit einer linienhaften Pressung des O-Ringes 4 erreicht, wobei die Pressung auf den vorgesehenen zylinderförmigen Klemmring 5 zurückgeht. Bei der Erfindung liegt in dem parasitären Schwallweg eine (zweifache) Kantenauflage mit nur minimalem Flächenkontakt vor. Den eigentlichen gasdichten Abschluß bildet der zusätzliche Dichtring 7, der beim Anschrauben des Deckels 8 in die Nut 7 gepreßt wird und für dauerhaft zuverlässige Abdichtung sorgt.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich ein Körperschall­ pegel kleiner als -140 dB erreichen, der im Rauschen des Empfangssignals untergeht. Mit der Erfindung ist ein gasdichter Aufbau mit dennoch hoher akustischer Entkopplung und trotzdem exakt definierter Wandlerpositionierung erreicht.

Die anspruchsgemäße Zuordnung der Stufe 2 und des Ringes 5 zum Stutzen und der Nut 6 zum Wandlerkörper kann auch vertauscht sein, jedoch ist die erstere Anordnung an sich zu bevorzugen.

Claims (6)

1. Exakt positionierende, schallisolierte Halterung eines Ultraschallwandlers (3) in einem Stutzen (1) eines Ultra­ schall-Durchflußmessers (Fig. 1) gekennzeichnet durch

• - einen am Ort der Halterung des Ultraschallwandlers (3) im Stutzen (1) vorgesehenen O-Ring (4) aus dauerlastischem Material,
• - der positioniert ist zwischen:
• - einer Stufe (2) im Innern des Stutzen (1),
• - der Kante eines im Innern des Stutzen (1) und der Stufe (2) axial gegenüberliegend befindlichen Ringes (5) und
• - einer Nut (6), die sich in der Außenwand des Wandlers (3) befindet,
• - wobei die Stufe (2) und die Kante des Ringes (5) eine ring­ förmig umlaufende, unter einem Anpreßdruck stehende nur li­ nienhafte Berührung mit dem O-Ring (4) haben und
• - die Nut (7) eine dritte ringförmige Anlage für den O-Ring (4) bildet
• - und die linienhaften Berührungen und diese Anlage in der Nut (7) nach dem Prinzip einer 3-Punkt-Halterung zueinander ver­ teilt sind.

2. Halterung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen O-Ring (4) aus Gummi.

3. Halterung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Ring, der ein Klemmring (5) ist.

4. Halterung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Ring (5) als Teil eines Deckels (8) des Stutzen (1).

5. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch daß der Stutzen (1) mit einem Deckel (8) verschlossen ist.

6. Halterung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch daß zur Abdeckung von Stutzen (1) und Deckel (8) ein Dicht­ ring (7) vorgesehen ist.