ES2923555T3 - Soporte de célula piezoeléctrica de un transductor ultrasónico - Google Patents
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Abstract
Soporte de celda piezoeléctrica de transductor ultrasónico, que comprende una cara frontal (21) en la que se forman: - un primer hombro (23) que define una superficie de soporte (25) y un fondo de una cavidad central (26) rodeada por la superficie de soporte, un celda piezoeléctrica que se puede colocar sobre la superficie de apoyo; - medios de sujeción (30) y medios de posicionamiento angular de la celda piezoeléctrica sobre la superficie de apoyo; y una cara posterior que comprende una superficie inclinada que confiere a la parte superior del soporte (20) un primer espesor inferior a un segundo espesor de la parte inferior del soporte. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Soporte de célula piezoeléctrica de un transductor ultrasónico
La invención se refiere al campo de los transductores ultrasónicos y, en particular, a los transductores ultrasónicos integrados en contadores de fluidos por ultrasonido.
Antecedentes de la invención
Cuando se diseña un contador de fluidos, se asegura obviamente que el rendimiento de la parte metrológica del contador de fluidos, obtenido mientras el contador de fluidos está en funcionamiento, “en el campo”, es similar al obtenido durante la calibración del contador de fluidos en la fábrica.
Por lo tanto, hay que tener en cuenta los numerosos factores que pueden perturbar la medición, o incluso falsearla por completo. Estos factores incluyen las condiciones ambientales del contador de fluidos en funcionamiento y, en particular, la temperatura del fluido y la presión del fluido aplicada a la parte metrológica.
En el caso de un contador de fluidos por ultrasonido que comprende transductores ultrasónicos equipados cada uno con una célula piezoeléctrica, el control del montaje de la célula piezoeléctrica es fundamental para garantizar la solidez de la parte metrológica.
Con referencia a la figura 1, un transductor ultrasónico convencional 1 de medidor de fluidos está montado en una disposición denominada “horizontal”. El transductor ultrasónico 1 comprende una carcasa 2 que tiene un fondo 3 y una pared interior vertical 4 que se extiende perpendicularmente al fondo 3. El montaje consiste en aplicar el adhesivo 5 en el fondo 3 de la carcasa 2, presionar la cara delantera de la célula piezoeléctrica 6 contra el fondo 3 de la carcasa 2, y aplicar durante el pegado una fuerza vertical sobre el soporte 7 (o respaldo) de la célula piezoeléctrica 6 para fijar la célula piezoeléctrica 6 contra el fondo 3 de la carcasa 2.
Hoy en día, el montaje horizontal está bien establecido.
Sin embargo, se prevé, con referencia a la figura 2, colocar la cara delantera de la célula piezoeléctrica 9 de un transductor ultrasónico 10 no contra el fondo 11 de la carcasa 12, sino contra una superficie de la pared interna vertical 13 de la carcasa 12. Esto se denomina montaje “vertical”. Entonces es muy complicado aplicar una fuerza horizontal sobre el soporte 14 durante el pegado, especialmente porque la anchura 1 de la carcasa 12 puede ser muy pequeña (típicamente 1 cm).
La calidad del acoplamiento entre la célula piezoeléctrica 9 y la pared interior vertical 13 es muy importante en el caso del montaje vertical. En efecto, la presión del agua que se ejerce contra la pared exterior vertical 15 tiende a levantar la célula piezoeléctrica 9 de la pared interior vertical 13. Un deterioro del acoplamiento da lugar a una caída del nivel de la señal, o incluso a una pérdida total de la señal en el caso de que la célula piezoeléctrica 9 se desprenda completamente de la pared interior vertical 13.
Por supuesto, la optimización del acoplamiento no debe ir en detrimento de la precisión de las mediciones. Se sabe que, para garantizar rendimientos de medición estables en función de la temperatura, es necesario seleccionar cuidadosamente los materiales de todos los elementos que constituyen el transductor ultrasónico 10, y en particular el material o los materiales utilizados para fabricar el soporte 14. La impedancia acústica del soporte 14 debe ser lo más estable posible en función de la temperatura. El material óptimo para garantizar esta estabilidad de la impedancia acústica es el aire porque, debido a la gran diferencia de impedancia entre la célula piezoeléctrica 9 y el aire, la energía transmitida en el aire es casi nula, tanto si la temperatura es de 5 °C como de 70 °C. Toda la energía producida por la célula piezoeléctrica 9 se transmite así al agua. Sin embargo, un soporte compuesto únicamente por aire no garantizaría rendimientos de medición estables en función de la presión del fluido aplicada contra la pared exterior vertical 15 de la carcasa 11 del transductor ultrasónico 10.
Además, debe garantizarse que el montaje de los componentes del transductor ultrasónico sea repetible para asegurar una buena reproducibilidad de los rendimientos de la medición entre diferentes transductores.
Con referencia a la figura 3, esta cuestión es especialmente importante en el caso en que la célula piezoeléctrica 16 comprenda un primer electrodo 17 y un segundo electrodo 18 de tipo envolvente. Un primer cable eléctrico se suelda al primer electrodo 17 y un segundo cable eléctrico se suelda al segundo electrodo 18. La forma del campo acústico depende de la posición de la soldadura que, por lo tanto, debe ser controlada y repetible.
En la figura 4, se muestra las posiciones angulares de las células piezoeléctricas 19 de los dos transductores ultrasónicos de un primer contador, y las posiciones angulares de las células piezoeléctricas 20 de los dos transductores ultrasónicos de un segundo contador. Se puede ver que, cuando las posiciones angulares son diferentes, los campos acústicos son diferentes y los rendimientos de la medición también son potencialmente diferentes.
El documento CN 206469925 U divulga un soporte de célula piezoeléctrica de transductor ultrasónico de la técnica anterior.
Objeto de la invención
La invención se refiere a un soporte de célula piezoeléctrica que permite realizar un montaje fácil y repetible de una célula piezoeléctrica en un transductor ultrasónico, en particular, en el caso de montaje vertical, y realizar mediciones estables en función de la temperatura y la presión aplicada por el fluido.
Síntesis de la invención
Para lograr este propósito, se propone un soporte de célula piezoeléctrica para un transductor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 1.
Cuando la célula piezoeléctrica está montada en el soporte y mantenida en posición por los medios de sujeción, el borde de la célula piezoeléctrica se coloca contra la superficie del soporte y la cavidad central, llena de aire, está cerrada por una parte central de la célula piezoeléctrica. Por lo tanto, las mediciones realizadas por un transductor ultrasónico que integra la célula piezoeléctrica y el soporte son estables tanto en temperatura como en presión. Los medios de posicionamiento angular de la célula piezoeléctrica sobre la superficie del soporte aseguran que la posición de las soldaduras sea la misma en cada montaje de un soporte y una célula piezoeléctrica, haciendo que dicho montaje sea perfectamente repetible.
La superficie inclinada y la diferencia de espesor entre las partes superior e inferior del soporte facilitan en gran medida el montaje vertical de la célula piezoeléctrica, especialmente en una carcasa estrecha.
Se propone, además, un soporte como el que se acaba de describir, en el que la parte inferior del soporte lleva una superficie inferior del mismo para su colocación en un fondo de una carcasa de un transductor ultrasónico.
También se proporciona un soporte como el que se acaba de describir, en el que la superficie de apoyo y una superficie exterior delantera de la cara delantera del soporte forman un segundo hombro en la cara delantera del soporte, en donde los medios de retención de posición comprenden al menos un saliente formado en una pared interior del soporte que se extiende entre la superficie exterior delantera y la superficie de apoyo.
También se propone un soporte como el que se acaba de describir, en el que la superficie de apoyo está dispuesta para alojar una célula piezoeléctrica de sección cuadrada o rectangular.
Además, se propone un soporte como el descrito con anterioridad, que está hecho de un material plástico.
Además, se propone un soporte como el descrito con anterioridad, que está hecho de un material metálico.
Se propone, además, un conjunto que comprende una célula piezoeléctrica y un soporte como el descrito con anterioridad, estando la célula piezoeléctrica montada sobre la superficie del soporte y cerrando la cavidad central que está llena de aire.
También se propone un transductor ultrasónico que comprende una carcasa que define un alojamiento, una célula piezoeléctrica y un soporte como se ha descrito con anterioridad, estando la célula piezoeléctrica montada en el soporte, estando la célula piezoeléctrica y el soporte posicionados en la carcasa.
Se propone, además, un transductor ultrasónico como el descrito con anterioridad, en el que la carcasa tiene un fondo y una pared interior que se extiende desde el fondo de la carcasa, estando la célula piezoeléctrica y el soporte dispuestos en la carcasa de forma que la célula piezoeléctrica se coloca contra la pared interior de la carcasa.
Se propone, además, un transductor ultrasónico como el descrito con anterioridad, en el que la pared interior de la carcasa está inclinada en un ángulo comprendido entre 45° y 90° con respecto al fondo de la carcasa.
También se propone un contador de fluidos por ultrasonido que comprende un primer transductor ultrasónico y un segundo transductor ultrasónico como se ha descrito con anterioridad.
También se propone un contador de fluidos por ultrasonido como el descrito con anterioridad, que comprende un conducto dentro del cual puede circular un fluido, en donde una primera carcasa del primer transductor ultrasónico y una segunda carcasa del segundo transductor ultrasónico se extienden dentro del conducto desde una primera superficie y una segunda superficie de una pared interior del conducto, respectivamente, en donde una primera célula piezoeléctrica del primer transductor ultrasónico y una segunda célula piezoeléctrica del segundo transductor ultrasónico están situadas y orientadas de forma opuesta y paralela entre sí.
También se proporciona un contador de fluidos por ultrasonidos como el descrito con anterioridad, en el que un primer eje longitudinal de la primera carcasa y un segundo eje longitudinal de la segunda carcasa están inclinados con respecto a la primera superficie interna y la segunda superficie interna, respectivamente, en un ángulo de entre 45° y 90°.
También se propone un contador de fluidos por ultrasonidos como el descrito anteriormente, en el que el primer transductor ultrasónico y el segundo transductor ultrasónico se colocan de forma que una primera posición del primer transductor ultrasónico tiene un primer desplazamiento hacia un lado de un plano que comprende un eje longitudinal central del conducto, y de forma que una segunda posición del segundo transductor ultrasónico tiene un segundo desplazamiento hacia el otro lado de dicho plano.
Se propone, además, un procedimiento de montaje de un transductor ultrasónico como el descrito con anterioridad, que comprende las etapas de:
- montar la célula piezoeléctrica en la superficie de apoyo del soporte;
- aplicar un adhesivo a una primera superficie de una pared interior de la carcasa y/o a una cara delantera de la célula piezoeléctrica;
- insertar la célula piezoeléctrica y el soporte en la carcasa del transductor, de modo que la parte inferior del soporte se apoye en el fondo de la carcasa y que la célula piezoeléctrica quede presionada contra la primera superficie de la pared interior de la carcasa;
- introducir una herramienta en la carcasa entre una segunda superficie de la pared interior de la carcasa, situada frente a la primera superficie, y la cara trasera del soporte, de modo que la herramienta se deslice sobre la superficie inclinada del soporte desde la porción superior hasta la porción inferior del soporte, y presione así la célula piezoeléctrica contra la primera superficie de la pared interior de la carcasa.
La invención se entenderá mejor a la luz de la siguiente descripción de una implementación particular no limitante de la invención.
Breve descripción de los dibujos
Se hará referencia a los dibujos adjuntos, entre los que:
[Fig. 1] la figura 1 representa un transductor ultrasónico montado en un montaje horizontal;
[Fig. 2] la figura 2 representa un transductor ultrasónico montado en un montaje vertical;
[Fig. 3] la figura 3 representa una célula piezoeléctrica que comprende electrodos envolventes;
[Fig. 4] la figura 4 representa las células piezoeléctricas de dos contadores de fluidos;
[Fig. 5] la figura 5 es una vista en perspectiva de una cara delantera de un soporte de célula piezoeléctrica según la invención;
[Fig. 6] la figura 6 es una vista en perspectiva de la parte trasera del soporte;
[Fig. 7] la figura 7 es una vista en perspectiva de una cara delantera del soporte sobre el que se monta una célula piezoeléctrica;
[Fig. 8] la figura 8 es una vista en perspectiva de una parte superior del soporte sobre el que está montada la célula piezoeléctrica;
[Fig. 9] la figura 9 es una vista en sección transversal del soporte y de la célula piezoeléctrica, en un plano perpendicular a las caras de la célula piezoeléctrica;
[Fig. 10] la figura 10 representa los pasos de un procedimiento de montaje del transductor ultrasónico;
[Fig. 11] la figura 11 es una vista en sección transversal esquemática, en un plano vertical, de un conducto y dos transductores ultrasónicos de un contador de agua;
[Fig. 12] la figura 12 es una vista similar a la figura 11, pero desde arriba.
Descripción detallada de la invención
Con referencia a las figuras 5 a 9, un soporte de célula piezoeléctrica según la invención 20 comprende una cara delantera 21 y una cara trasera 22.
La cara delantera 21 comprende un primer hombro 23 y un segundo hombro 24.
El primer hombro 23 define una superficie de apoyo 25, un fondo de una cavidad central 26, y una primera pared interna 27 que se extiende perpendicularmente desde el fondo de la cavidad central 26 hasta la superficie de apoyo 25. La cavidad central 26 está delimitada por el fondo y por la primera pared interior 27.
La superficie de apoyo 25 tiene forma anular y rodea la cavidad central 26.
La superficie de apoyo 25, una superficie exterior delantera 28 y una segunda pared interior 29 forman el segundo hombro 24. La segunda pared interior 29 se extiende perpendicularmente desde la superficie de apoyo 25 hasta la superficie exterior delantera 28. La superficie exterior delantera 28 rodea la superficie de apoyo 25.
El fondo de la cavidad central 26, la superficie de apoyo 25 y la superficie exterior delantera 28 son superficies coaxiales, paralelas entre sí, y están dispuestas en este orden sucesivamente desde el fondo de la cavidad central 26 hacia el exterior del soporte 20.
El soporte 20 comprende además dos protuberancias 30 que se extienden radialmente, a lo largo de su longitud, desde la segunda pared interior 29 hacia la superficie de apoyo 25. Cada saliente 30 tiene la altura de la segunda pared interior 29 y tiene una longitud sustancialmente menor que la anchura de la superficie de apoyo 25.
La cara trasera 22 comprende una superficie inclinada 32 que da a una porción superior 33 del soporte 20 un primer espesor E1 menor que un segundo espesor E2 de una porción inferior 34 del soporte 20.
La porción inferior 34 del soporte 20 comprende una cara inferior 35 del soporte 20 que es una superficie plana. La porción inferior 34 del soporte 20 también comprende una superficie plana posterior 36 situada en la cara trasera 22, y que es perpendicular a la cara inferior 35. La intersección entre la cara inferior 35 y la superficie plana posterior 36 forma un borde inferior posterior 37 del soporte 20.
La superficie inclinada 32 de la cara trasera 22 se extiende desde la superficie plana posterior 36 hasta una pared lateral externa superior 39 de la porción superior 33 del soporte 20. La pared lateral externa superior 39 tiene una forma redondeada hacia el exterior del soporte 20. La pared lateral externa superior 39 está, por tanto, situada frente a la superficie inferior 35. La inclinación de la superficie inclinada 32, es decir, el ángulo entre la superficie inclinada 32 y la superficie plana posterior 36, está comprendida entre 5° y 85°, ventajosamente entre 35° y 55°.
Un agujero 40, en forma de ranura, está formado en una porción central de la pared lateral externa superior 39 del soporte 20. El orificio 40 se extiende desde la superficie de apoyo 25 hasta la superficie exterior delantera 28 (y, por lo tanto, se abre al exterior), y pasa a través de la pared lateral exterior superior 39 para abrirse en una ranura 41 que se extiende radialmente a través de la superficie de apoyo 25 entre los dos salientes 30.
Se observa que la porción superior 33 del soporte 20 está empotrada en la pared lateral externa superior 39, a ambos lados de la parte central en la que se forma el agujero 40. Estas hendiduras hacen que el espesor del material que forma el soporte 20 sea sustancialmente el mismo en una gran parte del soporte 20. Esto es particularmente ventajoso durante la fabricación del soporte 20 cuando éste se fabrica mediante una técnica de moldeo por inyección.
En este caso, el soporte 20 es de plástico, por ejemplo, de PPS, PEEK, PPO o PA. El soporte 20 también puede ser de metal, por ejemplo, de acero inoxidable, latón o bronce.
Una célula piezoeléctrica 50 está montada en la superficie de apoyo 25. Más concretamente, los bordes de una cara trasera 51 de la célula piezoeléctrica 50 se aplican contra la superficie de apoyo 25. La célula piezoeléctrica 50 tiene la forma de una pastilla: tiene una sección circular y un espesor que es significativamente menor que su radio. Cuando la célula piezoeléctrica 50 está montada en el soporte 20, la célula piezoeléctrica 50 y la cavidad central 26 son coaxiales.
El diámetro de la célula piezoeléctrica 50 es ligeramente inferior al diámetro exterior de la superficie de apoyo 25. La célula piezoeléctrica 50 suele tener un diámetro comprendido entre 2 mm y 50 mm.
El soporte 20 comprende medios para sujetar la célula piezoeléctrica 50 en la superficie de apoyo 25. Los medios de sujeción comprenden aquí los dos salientes 30. La suma del diámetro de la célula piezoeléctrica 50 y de la longitud de los salientes 30 es muy próxima al diámetro exterior de la superficie de apoyo 25, de modo que, cuando la célula piezoeléctrica 50 está montada en la superficie de apoyo 25, se apoya radialmente contra los salientes 30 que la mantienen inmóvil.
El soporte 20 comprende además medios para posicionar angularmente la célula piezoeléctrica 50 en la superficie de apoyo 25. Los medios de posicionamiento angular comprenden aquí un paso para los cables eléctricos 52 soldados a los electrodos de la célula piezoeléctrica 50. El paso comprende el orificio 40 que atraviesa la pared lateral externa superior 39 de la porción superior 33 del soporte 20, así como la ranura 41. Los medios de posicionamiento angular también incluyen los propios cables eléctricos 52.
Así, cuando la célula piezoeléctrica 50 está montada en el soporte 20, los cables eléctricos 52 se introducen en el agujero 40 y, debido a la pequeña anchura del agujero 50, que es sustancialmente igual al diámetro de los cables 52, los cables 52 y el agujero 40 permiten centrar la célula piezoeléctrica 50 y mantenerla en una posición angular fija. Se controla la orientación de los cables 52 y, por lo tanto, la posición de las juntas de soldadura, lo que permite una mejor reproducibilidad entre diferentes productos.
Cuando la célula piezoeléctrica 50 está montada en el soporte 20, los bordes de la célula piezoeléctrica 50 se colocan en la superficie de apoyo 25, lo que garantiza una muy buena estabilidad de las mediciones en función de la presión del agua.
Además, cuando la célula piezoeléctrica 50 está montada en el soporte 20, cierra la cavidad central 26 que está llena de aire.
Esta cavidad central llena de aire 26 permite que la célula piezoeléctrica 50 vibre libremente y garantiza un rendimiento acústico estable entre una temperatura baja (por ejemplo, 0 °C) y una temperatura alta (por ejemplo, 70 °C).
Se sabe que la distribución de la energía producida por la célula piezoeléctrica 50 obedece a una ley de Gauss, es decir, la mayor parte de la energía se genera desde una parte central de la célula piezoeléctrica 50. De este modo, el hecho de que los bordes de la célula piezoeléctrica 50 estén colocados sobre la superficie de apoyo 25 no penaliza el rendimiento de la célula piezoeléctrica 50.
A continuación se describe un procedimiento de montaje del transductor ultrasónico que comprende un soporte 20 según la invención, con referencia a la figura 10.
En primer lugar, se sueldan los cables eléctricos 52 a los electrodos de la célula piezoeléctrica 50 (paso E1). A continuación, la célula piezoeléctrica 50 se monta en el soporte 20, con los cables eléctricos 52 insertados en el agujero 40 (paso E2).
El transductor ultrasónico 60 está formado por una carcasa 61 que incluye una carcasa longitudinal 62.
La carcasa 62 comprende un fondo 63 y una pared interior vertical 64 que se extiende desde el fondo 63 de la carcasa 62 perpendicularmente al fondo 63. Una gota de adhesivo 65 se aplica a una primera superficie de la pared interior vertical 64 de la carcasa 62 (y/o a la cara delantera de la célula piezoeléctrica 50). A continuación, la célula piezoeléctrica 50 y el soporte 20 se introducen en la carcasa 62, de modo que la cara inferior 35 de la porción inferior 34 del soporte 20 se apoya en la parte inferior 63 de la carcasa 62 y de modo que la cara delantera de la célula piezoeléctrica 50 se presiona contra la pared interior vertical 64 de la carcasa 62 (paso E3).
A continuación, se introduce una herramienta 68 en la carcasa 62 entre una segunda superficie de la pared interior vertical 64 de la carcasa 62, que es opuesta a la primera superficie, y el lado posterior 22 del soporte, de modo que la herramienta se desliza sobre la superficie inclinada 32 desde la porción superior 33 del soporte 20 hacia la porción inferior 34. La inserción de la herramienta 68 se ve así facilitada por la diferencia de espesor entre la porción superior 33 y la porción superior 34, que se debe a la superficie inclinada 32.
La herramienta 68 presiona así la célula piezoeléctrica 50 contra la primera superficie de la pared interior vertical 64 de la carcasa 62 generando una fuerza F perpendicular a la superficie inclinada 32 de la cara trasera 22 del soporte 20 (paso E4).
Ventajosamente, la propia herramienta comprende una superficie inclinada 69 que tiene un ángulo de inclinación igual o cercano al ángulo de inclinación de la superficie inclinada 32 del soporte 20.
A continuación, la carcasa 61 del transductor ultrasónico 60 se llena de resina 70. La herramienta 68 utilizada para insertar y pegar el soporte 20 puede o no permanecer en su lugar en la carcasa 61 del transductor ultrasónico 60 durante (y por lo tanto después) el llenado de resina (paso E5).
Se pueden añadir ranuras a la superficie de la pared interior vertical 64 de la carcasa 62 del transductor ultrasónico 60 para mejorar la adhesión de la resina a esta pared interior, que suele ser de plástico. Esto mejora el sellado del transductor ultrasónico 60 y la resistencia a la presión del agua.
Alternativamente, se pueden añadir agujeros a la herramienta 68 utilizada para insertar y pegar el sustrato para mejorar la adhesión de la resina. Esto refuerza la parte posterior de la célula piezoeléctrica del transductor ultrasónico, mejorando así la resistencia a los impactos y a la presión del agua.
Se describe ahora, con referencia a las figuras 11 y 12, cómo un primer transductor ultrasónico 81 y un segundo transductor ultrasónico 82 están integrados en el contador de agua ultrasónico 80.
El primer transductor ultrasónico 81 y el segundo transductor ultrasónico 82 actúan sucesivamente como emisor y receptor de las señales de medición de ultrasonidos Su, que recorren un camino de longitud definida L en la tubería 83. La velocidad del agua que fluye a través de la tubería 83 del contador de agua ultrasónico 80 se estima a partir de estas señales de medición ultrasónicas Su.
Tanto el primer transductor ultrasónico 81 como el segundo transductor ultrasónico 82 están montados
sobresaliendo en el conducto desde una pared interior del conducto 83.
En la figura 11, se muestra que tanto el primer transductor ultrasónico 81 como el segundo transductor ultrasónico 82 se extienden desde una primera superficie y una segunda superficie de una porción superior de la pared interior del conducto 83, respectivamente, pero sería posible otra configuración. Por ejemplo, el primer transductor ultrasónico 81 podría extenderse desde una primera superficie de la porción superior de la pared interior del conducto 83 y el segundo transductor ultrasónico desde una segunda superficie de la porción inferior de la pared interior del conducto 83.
Por lo tanto, la primera carcasa 84 del primer transductor ultrasónico 81 y la segunda carcasa 85 del segundo transductor ultrasónico 82 se extienden ambas dentro del conducto 83.
Aquí se puede observar que la primera carcasa 84 y la segunda carcasa 85 están colocadas verticalmente, lo que explica el interés del montaje vertical de la célula piezoeléctrica y del soporte. Así, un primer eje longitudinal Y1 de la primera carcasa 85 y un segundo eje longitudinal Y2 de la segunda carcasa 86 están ambos inclinados con respecto a la primera superficie de la porción superior de la pared interior del conducto 83 y la segunda superficie de la porción superior de la pared interior del conducto 83, respectivamente, por un ángulo igual a 90°. Este ángulo puede ser diferente y, por ejemplo, estar comprendido entre 45° y 90°.
En la figura 12, se observa que el primer transductor ultrasónico 81 y el segundo transductor ultrasónico 82 no están alineados a lo largo de un eje longitudinal central X del conducto 83. En su lugar, puede verse que el primer transductor ultrasónico 81 y el segundo transductor ultrasónico 82 están colocados de tal manera que una primera posición del primer transductor ultrasónico 81 tiene un primer desplazamiento A1 hacia un lado de un plano que comprende el eje longitudinal central X del conducto 83, y de tal manera que una segunda posición del segundo transductor ultrasónico 82 tiene un segundo desplazamiento A2 hacia el otro lado del plano. Aquí, el plano es un plano vertical, pero podría ser un plano horizontal o uno inclinado con cualquier inclinación.
Se puede observar en la figura 12 que la primera célula piezoeléctrica 87 del primer transductor ultrasónico 81 y la segunda célula piezoeléctrica 88 del segundo transductor ultrasónico 82 están situadas y orientadas de forma opuesta y paralela entre sí, optimizando así la recepción de las señales de medición ultrasónicas Su.
Se observa aquí que la frecuencia de una célula piezoeléctrica está ventajosamente comprendida entre 1 MHz y 4 MHz cuando el fluido es agua, y entre 100 kHz y 500 kHz cuando el fluido es un gas. En la aplicación descrita aquí, el fluido es agua y la frecuencia de cada una de la primera célula piezoeléctrica 87 y la segunda célula piezoeléctrica 88 es igual a 2 MHz.
Por supuesto, la invención no se limita a la forma de realización descrita, sino que abarca cualquier variante que entre en el ámbito de la invención, tal como se define en las reivindicaciones.
Se ha visto aquí que el soporte según la invención es muy ventajoso en el caso de un “montaje vertical”, es decir, en el caso en que la célula piezoeléctrica se monta contra una pared interior de una carcasa perpendicular al fondo de dicha carcasa. Esta pared interior podría estar inclinada hacia el fondo de la carcasa con un ángulo diferente, por ejemplo, comprendido entre 45° y 90°.
La célula piezoeléctrica no tiene necesariamente una sección circular, sino que puede tener una sección diferente, por ejemplo, cuadrada o rectangular.
Los medios de sujeción pueden ser diferentes a los mostrados aquí.
El contador de fluidos en el que están integrados los transductores ultrasónicos no es necesariamente un contador de agua, sino que puede ser un contador para un fluido diferente, por ejemplo un contador de gas o de petróleo. Por supuesto, los materiales utilizados para fabricar el soporte pueden ser diferentes de los mencionados.
En el contador de agua, la trayectoria de longitud definida L es una trayectoria recta. Sin embargo, se puede utilizar cualquier tipo de trayectoria de longitud definida, posiblemente con reflector(es), espejos, etc.
Claims (16)
1. Soporte de célula piezoeléctrica para un transductor ultrasónico, que comprende una cara delantera (21) sobre la que se forman:
- un primer hombro (23) que define una superficie de apoyo (25) y un fondo de una cavidad central (26) rodeada por la superficie de apoyo, estando dicha superficie de apoyo (25) configurada para soportar los bordes de una cara trasera de una célula piezoeléctrica (50);
- medios de sujeción (30) de la célula piezoeléctrica sobre dicha superficie de apoyo;
en donde el soporte se caracteriza porque comprende:
- un orificio (40) formado a través de dicho primer hombro y configurado para proporcionar un pasaje para los cables eléctricos de la célula piezoeléctrica;
- y una cara trasera (22) que comprende una superficie plana e inclinada (32) con respecto a la cara delantera, lo que confiere a una primera porción (33) situada en un primer extremo del soporte (20) un primer espesor (E1) entre la cara delantera y la cara trasera inferior a un segundo espesor (E2) entre la cara delantera y la cara trasera de una segunda porción (34) situada en un segundo extremo del soporte (20) opuesto al primer extremo.
2. Soporte de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la segunda porción (34) del soporte comprende una cara (35) del soporte destinada a ser colocada en un fondo (63) de una carcasa (62) de un alojamiento de un transductor ultrasónico.
3. Soporte de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la superficie de apoyo (25) y una superficie exterior delantera (28) de la cara delantera del soporte forman un segundo hombro (24) en la cara delantera del soporte, comprendiendo los medios de retención de posición al menos un saliente (30) formado en una pared interior (29) del soporte que se extiende entre la superficie exterior delantera (28) y la superficie de apoyo (25).
4. Soporte de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la superficie de apoyo está dispuesta para alojar una célula piezoeléctrica de sección circular.
5. Soporte de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la superficie de apoyo está dispuesta para alojar una célula piezoeléctrica de sección cuadrada o rectangular.
6. Soporte de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el soporte está fabricado de un material plástico.
7. Soporte de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el soporte está fabricado de un material metálico.
8. Conjunto que comprende una célula piezoeléctrica (50) y un soporte (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la célula piezoeléctrica está montada sobre la superficie de apoyo (25) y cierra la cavidad central (26) que está llena de aire.
9. Transductor ultrasónico (60) que comprende un alojamiento (61) que define una carcasa (62), una célula piezoeléctrica (50) y un soporte (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la célula piezoeléctrica está montada en el soporte, estando posicionados la célula piezoeléctrica y el soporte en la carcasa (62).
10. Transductor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la carcasa comprende un fondo (63) y una pared interior (64) que se extiende desde el fondo de la carcasa, estando dispuestos la célula piezoeléctrica y el soporte en la carcasa de forma que la célula piezoeléctrica se coloque contra la pared interior (64) de la carcasa.
11. Transductor ultrasónico de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la pared interior de la carcasa está inclinada en un ángulo comprendido entre 45° y 90° con respecto al fondo de la carcasa.
12. Contador de fluidos por ultrasonido que comprende un primer transductor ultrasónico (81) y un segundo transductor ultrasónico (82) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11.
13. Contador de fluidos por ultrasonido de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende un conducto (83) dentro del cual puede circular un fluido, una primera carcasa (84) del primer transductor ultrasónico y una segunda carcasa (85) del segundo transductor ultrasónico que se extienden dentro del conducto (83), respectivamente, desde una primera superficie y una segunda superficie de una pared interior del conducto, en donde una primera célula piezoeléctrica (87) del primer transductor ultrasónico y una segunda célula piezoeléctrica (88) del segundo transductor ultrasónico están situadas y orientadas de forma opuesta y paralela entre sí.
14. Contador de fluidos por ultrasonido de acuerdo con la reivindicación 13, en donde un primer eje longitudinal (Y1) de la primera carcasa y un segundo eje longitudinal (Y2) de la segunda carcasa están inclinados con respecto a la primera superficie interior y a la segunda superficie interior, respectivamente, por un ángulo comprendido entre 45° y 90°.
15. Contador de fluidos por ultrasonido de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el primer transductor ultrasónico (81) y el segundo transductor ultrasónico (82) están colocados de forma que una primera posición del primer transductor ultrasónico tenga un primer desplazamiento (A1) hacia un lado de un plano que comprende un eje longitudinal central (X) del conducto, y de forma que una segunda posición del segundo transductor ultrasónico presente un segundo desplazamiento (A2) hacia el otro lado de dicho plano.
16. Procedimiento de montaje de un transductor ultrasónico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende los pasos de:
- montaje de la célula piezoeléctrica (50) en la superficie de apoyo (25) del soporte;
- aplicación de un adhesivo a una primera superficie de una pared interior de la carcasa y/o a una cara delantera de la célula piezoeléctrica;
- introducción de la célula piezoeléctrica y el soporte en la carcasa del transductor, de manera que la segunda porción (34) del soporte se apoye en el fondo de la carcasa y que la célula piezoeléctrica (50) quede presionada contra la primera superficie de la pared interior de la carcasa;
- introducción de una herramienta (68) en la carcasa entre una segunda superficie de la pared interior de la carcasa, situada frente a la primera superficie, y la cara trasera (22) del soporte, de modo que la herramienta se deslice sobre la superficie inclinada (32) del soporte desde la primera porción (33) hasta la segunda porción (34) del soporte, y presione así la célula piezoeléctrica contra la primera superficie de la pared interior (64) de la carcasa.
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