JP2004286763A - Ultrasonic transducer and ultrasonic flow measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器およびこの超音波送受波器を用いた計測装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic transducer for transmitting and receiving an ultrasonic pulse, and a measuring device using the ultrasonic transducer.
従来この種の超音波送受波器は、図9に示されているように、リード線41を圧電体42の電極面43に半田付けすることにより電気的接続を行っていた(特許文献1参照)。
しかしながら、従来の超音波送受波器の電気的接続方法では半田付けを行うため、(1)熱的負荷による圧電特性劣化、(2)半田付けした場所や半田量による周波数特性の変動(3)半田による環境負荷等の課題を有していた。 However, in the conventional method of electrically connecting ultrasonic transducers, since soldering is performed, (1) deterioration of piezoelectric characteristics due to thermal load, (2) fluctuation of frequency characteristics due to soldering place and amount of solder (3) It had problems such as environmental load due to solder.
本発明は、上記課題を解決するために、圧電体の一方の電極面と外部電極部とを導電性ゴムからなる弾性体を用いて電気的に接続するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention electrically connects one electrode surface of a piezoelectric body to an external electrode portion using an elastic body made of conductive rubber.
上記発明によれば、例えば導電性を有する弾性体を挟んで加圧するなど、電気的接続に導電性ゴムを用いるため、圧電体に対し熱的負荷を与えず、弾性体は半田に比べ柔らかく音響インピーダンスも小さいので機械的な負荷が小さく圧電体の特性変動が抑えられ、超音波送受波器の特性の均一化を図ることが可能となる。特に一対の超音波送受波器を用いる超音波流量計などの計測装置では、一対の超音波送受波器の特性が一致させやすくなり、計測精度が向上できる。さらに半田を用いないため、環境への負荷も低減できる。 According to the above invention, since conductive rubber is used for electrical connection, for example, by pressing an elastic body having conductivity, the thermal load is not applied to the piezoelectric body, and the elastic body is softer and more acoustic than solder. Since the impedance is also small, the mechanical load is small and the fluctuation in the characteristics of the piezoelectric body is suppressed, so that the characteristics of the ultrasonic transducer can be made uniform. In particular, in a measuring device such as an ultrasonic flowmeter using a pair of ultrasonic transducers, the characteristics of the pair of ultrasonic transducers can be easily matched, and the measurement accuracy can be improved. Further, since no solder is used, the load on the environment can be reduced.
本発明は、送受信特性が向上し、この超音波送受波器を超音波流れ計測装置に用いると高精度な計測が行える。 According to the present invention, transmission / reception characteristics are improved, and high-precision measurement can be performed by using this ultrasonic transducer in an ultrasonic flow measuring device.
本発明の実施の形態は、超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、対向する2つの面に電極面を有する圧電体と、前記圧電体の一方の電極面を接続する天部を有する有天筒状ケースと、前記有天筒状ケースの天部の前記圧電体とは対向する面に設けられた整合層と、前記圧電体に電気信号を伝達するための端子を有し、有天筒状ケースに接続固定された端子板と、前記圧電体の他方の電極面と前記端子との間に挟持され、これら両者を電気的に接続する導電性ゴムからなる弾性体と、前記弾性体が横方向へ移動することを防止するための移動防止手段とを備え、前記弾性体は圧電体の他方の電極面に面接触状態で弾着するようにしたため、半田による周波数特性の変動や環境負荷を低減できる。 An embodiment of the present invention is directed to an ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic pulses, comprising a piezoelectric body having electrode surfaces on two opposing surfaces, and a top portion connecting one electrode surface of the piezoelectric body. Having a cylindrical case having, a matching layer provided on a surface facing the piezoelectric body of the top part of the cylindrical case, and a terminal for transmitting an electric signal to the piezoelectric body, A terminal plate connected and fixed to the heavenly cylindrical case, an elastic body made of conductive rubber sandwiched between the other electrode surface of the piezoelectric body and the terminal, and electrically connecting the two; Movement prevention means for preventing the elastic body from moving in the lateral direction, and the elastic body is configured to be elastically attached to the other electrode surface of the piezoelectric body in a surface contact state, so that the frequency characteristic fluctuation due to soldering is provided. And environmental load can be reduced.
弾性体は移動防止手段により移動が防止されている。したがって、この弾性体の移動に伴う断線などの発生がなく、信頼性が向上できる。具体的には、端子板に設けた凹部の内側に弾性体を位置させるものとか、端子板に設けた突起部の内側に弾性体を位置させることが考えられる。 The elastic body is prevented from moving by the movement preventing means. Accordingly, there is no disconnection or the like due to the movement of the elastic body, and the reliability can be improved. Specifically, it is conceivable that the elastic body is located inside the concave portion provided on the terminal plate, or the elastic body is located inside the protrusion provided on the terminal plate.
弾性体は、導電部の周囲を取り囲むように絶縁部を配置した構成、導電部と絶縁部とを層状に交互に配置するとともに、絶縁部が最外周層に位置するように構成すれば、電気絶縁性を大いに高めることができる。 The elastic body has a configuration in which insulating portions are arranged so as to surround the periphery of the conductive portion, the conductive portions and the insulating portions are alternately arranged in layers, and if the insulating portion is configured to be located in the outermost layer, electric Insulation can be greatly improved.
そして、前記した超音波送受波器を被測定流体が流れる流量測定部に少なくとも一対配置し、これら超音波送受波器間の超音波伝播時間をもとに被測定流体の流速およびまたは流量を計測するようにすれば、高精度の流速およびまたは流量の計測が可能となる。 Then, at least one pair of the above-mentioned ultrasonic transducers is arranged in the flow rate measuring part through which the fluid to be measured flows, and the flow velocity and / or flow rate of the fluid to be measured is measured based on the ultrasonic propagation time between these ultrasonic transducers. By doing so, highly accurate measurement of the flow velocity and / or flow rate becomes possible.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお図面中で同一符号を付しているものは同一なものであり、詳細な説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, components denoted by the same reference numerals are the same components, and a detailed description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
図1は本発明の一実施の形態の超音波流量計を示すブロック図である。図1において、1は被測定流体が流れる流量測定部、2、3は流量測定部に対向して配置され超音波を送受信する超音波送受波器、4は超音波送受波器を駆動する駆動部、5は送受信する超音波送受波器を切り替える切替回路、6は超音波パルスを検知する受信検知回路、7は超音波パルスの伝搬時間を計測するタイマ、8はタイマの出力より流量を演算する演算部、9は駆動回路とタイマに制御信号を出力する制御部である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic flowmeter according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a flow rate measuring unit through which a fluid to be measured flows, 2 and 3 denote ultrasonic transducers that are disposed opposite to the flow measuring unit and transmit and receive ultrasonic waves, and 4 denotes a drive that drives the ultrasonic transducer. 5, a switching circuit for switching the ultrasonic transducer for transmission and reception, 6 a reception detection circuit for detecting the ultrasonic pulse, 7 a timer for measuring the propagation time of the ultrasonic pulse, and 8 for calculating the flow rate from the output of the timer And a control unit 9 for outputting a control signal to the drive circuit and the timer.
まず動作、作用について説明する。非測定流体を例えばLPガス、超音波送受波器2、3の駆動周波数を約500kHzとする。制御部9では駆動部4に送信開始信号を出力すると同時に、タイマ7の時間計測を開始させる。駆動部4は送信開始信号を受けると超音波送受波器3を駆動し、超音波パルスを送信する。送信された超音波パルスは流量測定内を伝搬し超音波送受波器2で受信される。受信された超音波パルスは超音波送受波器2で電気信号に変換され、受信検知回路6に出力される。受信検知回路6では受信信号の受信タイミングを決定し、タイマ7を停止させ、演算部8で伝搬時間t1を演算する。
First, the operation and operation will be described. The non-measurement fluid is, for example, LP gas, and the driving frequency of the ultrasonic transducers 2 and 3 is about 500 kHz. The control unit 9 outputs a transmission start signal to the drive unit 4 and at the same time causes the
引き続き切替回路5で駆動部4と受信検知回路6に接続する超音波送受波器2、3を切り替え、再び制御部9では駆動部4に送信開始信号を出力すると同時に、タイマ7の時間計測を開始させる。伝搬時間t1の測定と逆に、超音波送受波器2で超音波パルスを送信し、超音波送受波器3で受信し、演算部8で伝搬時間t2を演算する。
Subsequently, the
ここで、超音波送受波器2と超音波送受波器3の中心を結ぶ距離をL、LPガスの無風状態での音速をC、流量測定部1内での流速をV、非測定流体の流れの方向と超音波送受波器2,3の中心を結ぶ線との角度をθとすると、伝搬時間t1、t2は、(数1)(数2)で示される。(数1)(数2)より被測定流体の音速Cを消去して、流速Vを求めると(数3)が得られる。Lは既知であるのでt1とt2を測定すれば流速Vが求められる。 Here, the distance connecting the centers of the ultrasonic transducer 2 and the ultrasonic transducer 3 is L, the sound velocity of the LP gas in a windless state is C, the flow velocity in the flow measuring unit 1 is V, Assuming that the angle between the direction of the flow and the line connecting the centers of the ultrasonic transducers 2 and 3 is θ, the propagation times t1 and t2 are represented by (Equation 1) and (Equation 2). When the sound velocity C of the fluid to be measured is eliminated from (Equation 1) and (Equation 2) and the flow velocity V is obtained, (Equation 3) is obtained. Since L is known, the flow velocity V can be obtained by measuring t1 and t2.
t1=L/C+Vcosθ (1)
t2=L/C−Vcosθ (2)
V=L/2cosθ[(1/t1)−(1/t2)] (3)
ただしt1とt2の時間差は流速Vが遅いときには極めて小さく、正確に計測することは困難である。そこで一般的には測定をN回繰り返して平均化する手法や、シングアラウンド法を用いて伝搬時間t1、t2の測定精度を向上させ、流速Vの精度を高めている。この流速Vと流量測定部1の面積をS、補正係数をKとすれば、流量Qは(数4)で演算できる。
t1 = L / C + Vcos θ (1)
t2 = L / C−Vcos θ (2)
V = L / 2 cos θ [(1 / t1) − (1 / t2)] (3)
However, the time difference between t1 and t2 is extremely small when the flow velocity V is slow, and it is difficult to measure accurately. Therefore, generally, the measurement accuracy of the propagation times t1 and t2 is improved by using a method of averaging by repeating the measurement N times or the sing-around method, and the accuracy of the flow velocity V is increased. If the flow velocity V and the area of the flow measurement unit 1 are S and the correction coefficient is K, the flow Q can be calculated by (Equation 4).
Q=KSV (4)
次に超音波流量計に用いる超音波送受波器について示す。超音波流量計において流量の測定精度を向上させるためには、一対の超音波送受波器の特性が一致しているほうが好ましい。しかし一般的な電気的接続方法であるリード線をハンダ付けする方法を用いると、熱的影響や付着するハンダ量によって超音波送受波器の周波数特性や送受信感度に影響を与えることがある。そこで、周波数特性や送受信感度のばらつきを少なくするため図2に示す構成の超音波送受波器を用いる。図2において、超音波送受波器10は電極面12および電極面13を有する圧電体11、整合層14、SUS製の有天筒状のケース15、導電性を有する弾性体16、2本の端子17および端子18を有する端子板19で構成される。なお、電極面12および電極面13は1辺が約7.6mmの正方形で、整合層14は直径が約11mm、ケース15の天部付近の直径は約11mmとする。
Q = KSV (4)
Next, an ultrasonic transducer used for an ultrasonic flowmeter will be described. In order to improve the measurement accuracy of the flow rate in the ultrasonic flowmeter, it is preferable that the pair of ultrasonic transducers have the same characteristics. However, when a method of soldering lead wires, which is a general electrical connection method, is used, the frequency characteristics and the transmission / reception sensitivity of the ultrasonic transducer may be affected by thermal effects and the amount of solder to be attached. Therefore, in order to reduce variations in frequency characteristics and transmission / reception sensitivity, an ultrasonic transducer having the configuration shown in FIG. 2 is used. In FIG. 2, an
まず整合層14と圧電体11の電極面12は厚さ0.2mmのSUS製のケース15の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面12とケース15の電気的接続もとることができる。次に導電性を有する弾性体16(例えばシリコン系ゴムからなる導電ゴム)を圧電体11の電極面13と端子板19の端子17で挟んで加圧し、この状態で端子板19の外周付近23とケース15の外周付近24を電気溶接により接続する。なお端子板19の外周部21と中心部22は例えば鉄製で、外周部21には端子18、中心部22には端子17が設けられており、外周部21と中心部22はガラス20で電気的に絶縁されている。この結果、電極面13と端子17は電気的に接続され、電極面12は外部電極を兼ねたケース15、端子板19の外周部21を介して端子18に電気的に接続される。
First, the matching
以上のように構成した超音波送受波器10では、圧電体11に対し熱的影響や機械的な負荷を与えないため、圧電体11、ケース12、整合層14の特性や寸法を管理すれば、特性のバラツキが低減でき、特性が一致した一対の超音波送受波器を容易に得ることが可能となる。この結果、超音波流量計の測定精度が向上できる。さらにリード線を用いないため断線による不良が低減でき、ハンダによる環境負荷を低減することもできる。
In the
なお本実施の形態では弾性体16にシリコン系ゴムからなる導電ゴムを用いるとしたが、導電性を有する弾性体であればNBRゴムや液晶ポリマ等の他の弾性材料でも構わない。また非測定流体をLPガスとしたが、都市ガスや空気などの気体や水などの液体でも構わない。超音波送受波器2、3の周波数を500kHzとしたが、500kHz以外の非測定流体の計測に適した周波数を選択して構わない。また超音波送受波器2,3を流れの方向に対して斜めに配置するとしたが、流れに対して平行に配置しても構わないし、流量測定部1の内壁面の反射を利用する位置に配置しても構わない。また外周部21と中心部22はガラス20で電気的に絶縁されているとしたが、絶縁体であればガラス以外の材料でもよく、例えばエポキシ樹脂のような樹脂でも構わない。また圧電体11を有天筒状のケース15の天部に接着固定するとしたが、上記条件に限定されるわけでなく、ケース15は有天筒状以外の形状でも構わないし、流量測定部1の外壁面に接着などにより配置しても構わない。またケース15を超音波を送受信する方向に用いているが、送受信する方向と対向する方向に用いても構わない。また超音波送受波器2、3を超音波流量計に用いるとしたが、探傷用の超音波送受波器、医療用の超音波プローブ、測距用の超音波送受波器、水中用の超音波ソナーなどに用いても構わない。さらにケース15と端子板19で構成される空間を乾燥した窒素や不活性ガスで置換すると、電極面12、13の酸化や弾性体の劣化が防止でき、さらに信頼性が向上できる。
In the present embodiment, conductive rubber made of silicon rubber is used for the
(実施の形態2)
次に実施の形態2について、図面を参照しながら説明する。図3は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。25は超音波送受波器で、電極面12および電極面13を有する圧電体11、整合層14、ケース15、2本の端子17および端子18を有する端子板19、端子18と端子17を電気的に絶縁するためのガラス20で、以上は図2の構成と同様なものである。図2の構成と異なるのは、導電性を有する弾性体26および弾性体27を用いて圧電体11の2つの電極面12および電極面13の電気的接続をそれぞれ行った点である。なお、超音波流量計の動作、作用は(実施の形態1)と同様なので省略する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a sectional view of the ultrasonic transducer according to the present embodiment.
圧電体11の電極面12とケース15の電気的接続を接着でなく、導電性を有する弾性体26を用いた超音波受波器25の組み立て方法の一例を示す。まず、整合層14は厚さ0.2mmのSUS製ケース15の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いて接着固定する。次にケース15の内側に導電性を有する弾性体26(例えばシリコン系ゴムからなる導電ゴム)を配置し、圧電体11の電極面12が弾性体26と接触するように配置する。次に弾性体27(例えばシリコン系ゴムからなる導電ゴム)を圧電体11の電極面13に接触するように配置する。弾性体27と端子板19の端子中心部22で挟んで加圧し、この状態で端子板19の外周付近23とケース15の外周付近24を電気溶接により接続する。なお端子板19の外周部21と中心部22は例えば鉄製で、外周部21には端子18、中心部22には端子17が設けられており、外周部21と中心部22はガラス20で電気的に絶縁されている。この結果、電極面13と端子17は電気的に接続され、電極面12は外部電極を兼ねたケース15、端子板19の外周部21を介して端子18に電気的に接続される。
An example of a method of assembling an
以上のように構成した超音波送受波器25では、圧電体11の電極面12とケース15の電気的接続を接着でなく、弾性体26および弾性体27を用いた加圧接続にしたため、接着剤の厚みのばらつきによる周波数特性や送受信感度のばらつきが低減できるので、さらに高精度な計測が可能となる。
In the
なお本実施の形態では弾性体26および弾性体27にシリコン系ゴムからなる導電ゴムを用いるとしたが、導電性を有する弾性体であればNBRゴムや液晶ポリマ等の他の弾性材料でも構わない。
In this embodiment, conductive rubber made of silicon rubber is used for the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3について、図面を参照しながら説明する。図4は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。28は超音波送受波器で、電極面12および電極面13を有する圧電体11、整合層14、ケース15、導電性を有する弾性体16で、以上は図2の構成と同様なものである。図2の構成と異なるのは、2本の端子17および端子18を有する端子板29に、前記弾性体16が横方向へ移動することを防止する手段として凹部30を設けている点である。なお超音波流量計の動作、作用は(実施の形態1)と同様なので省略する。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view of the ultrasonic transducer according to the present embodiment.
まず端子板29の構成を示す。端子板29の外周部21と中心部22は例えば鉄製で、端子板29の中心付近に凹部30が形成されるよう外周部21よりも中心部22の厚みは薄い。外周部21と中心部22はガラス20で電気的に絶縁されており、外周部21とガラス20の厚みはほぼ同じとする。外周部21には端子18、中心部22には端子17を設ける。
First, the configuration of the
以上のように構成した端子板29を用いた超音波送受波器28の組み立て方法の一例を示す。まず整合層14と圧電体11の電極面12は厚さ0.2mmのSUS製のケース15の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面12とケース15の電気的接続も行う。次に凹部30に導電性ゴムから成る弾性体16を落としこむように配置し、この弾性体16を電極面13と中心部22で挟んで加圧し、この状態で端子板29の外周付近23とケース15の外周付近24を電気溶接により接続する。
An example of an assembling method of the
以上のように構成した超音波送受波器28では、弾性体16が横方向へ移動することを凹部30で防止しているため、弾性体16の移動による接触不良を防止することができるため信頼性が向上する。さらに、弾性体16を端子板29の凹部30に落としこむように配置するため、端子板29を固定する際に弾性体16の移動が防止されるため、組立てが容易になる。
In the
なお本実施の形態では外周部21とガラス20の厚みをほぼ等しくするとしたが、弾性体16により外周部21と中心部22が電気的に短絡しないのであれば厚みをほぼ等しくする必要はない。また、外周部21よりも中心部22の厚みを薄くして凹部30を形成するとしたが、中心部22に凹部を設けても構わない。
In the present embodiment, the thickness of the outer
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4について、図面を参照しながら説明する。図5は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。31は超音波送受波器で、電極面12および電極面13を有する圧電体11、整合層14、ケース15、導電性を有する弾性体16で、以上は図2の構成と同様なものである。図2の構成と異なるのは、2本の端子17および端子18を有する端子板32に、前記弾性体16が横方向へ移動することを防止する手段として突起部33を設けている点である。なお超音波流量計の動作、作用は(実施の形態1)と同様なので省略する。
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a sectional view of the ultrasonic transducer according to the present embodiment.
まず、端子板32の構成を示す。端子板32の外周部21と中心部22は例えば鉄製で、外周部21と中心部22はガラス20で電気的に絶縁されており、ガラス20は端子板32に突起部33が形成されるよう外周部21および中心部22よりも厚みは厚い。外周部21には端子18、中心部22には端子17を設ける。
First, the configuration of the
以上のように構成した端子板32を用いた超音波送受波器31の組み立て方法の一例を示す。まず整合層14と圧電体11の電極面12は厚さ0.2mmのSUS製ケース15の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面12とケース15の電気的接続も行う。次に端子板32の突起部33の内側に導電性ゴムから成る弾性体16を配置し、この弾性体16を電極面13と中心部22で挟んで加圧し、この状態で端子板32の外周付近23とケース15の外周付近24を電気溶接により接続する。
An example of an assembling method of the
以上のように構成した超音波送受波器31では、弾性体16が横方向へ移動することを突起部33で防止しているため、弾性体16の移動による接触不良を防止することができるため信頼性が向上する。さらに、弾性体16を端子板32の突起部33に落としこむように配置するため、端子板32を固定する際に弾性体16の移動が防止されるため、組立てが容易になる。
In the ultrasonic wave transmitter /
なお本実施の形態ではガラス20に突起部33を形成するとしたが、中心部22の外周に突起部を設けて、中心部22と外周部21とを絶縁しても構わない。
Although the
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5について、図面を参照しながら説明する。図6は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。34は超音波送受波器で、電極面12および電極面13を有する圧電体11、整合層14、ケース15、2本の端子17および端子18を有する端子板19で、以上は図2の構成と同様なものである。図2の構成と異なるのは、導電性を有する弾性体35に導電部36と絶縁部37を設けている点である。なお超音波流量計の動作、作用は(実施の形態1)と同様なので省略する。
(Embodiment 5)
まず導電性を有する弾性体35の構成について図面を参照しながら説明する。図7は導電性を有する弾性体35の断面図である。導電部36は例えば導電性を有するシリコン系ゴムで、導電部36の周囲を取り囲むように例えば絶縁性を有するシリコン系ゴムから成る絶縁部37が配置されている。
First, the configuration of the conductive
以上のように構成した弾性体35を用いた超音波送受波器34の組み立て方法の一例を示す。まず整合層14と圧電体11の電極面12は厚さ0.2mmのSUS製のケース15の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面12とケース15の電気的接続も行う。次に導電性を有する弾性体35を圧電体11の電極面13と端子板19の中心部22で挟んで加圧し、この状態で端子板19の外周付近23とケース15の外周付近24を電気溶接により接続する。なお端子板19の外周部21と中心部22は例えば鉄製で、外周部21には端子18、中心部22には端子17が設けられており、外周部21と中心部22はガラス20で電気的に絶縁されている。この結果、電極面13と端子17は電気的に接続され、電極面12は外部電極を兼ねたケース15、端子板19の外周部21を介して端子18に電気的に接続される。
An example of an assembling method of the
以上のように構成した超音波送受波器34では、電気的接続に用いる弾性体35の外周付近には絶縁部37を備えているため、組み立て工程で弾性体35の位置にずれが生じても2つの外部電極が電気的に短絡することを防止できるので、電気的な短絡による不良が低減でき、組み立ても容易になる。さらに信頼性も向上する。
In the
なお本実施の形態では、材料について導電部36にはシリコン系ゴムからなる導電ゴムとしたが、導電性を有する弾性体であればNBRゴムや液晶ポリマ等の他の弾性材料でも構わない。また、絶縁部37には絶縁性を有するシリコン系ゴムとしたが、その他の絶縁材料でも構わない。また導電性を有する弾性体35の構成を、導電部36の周囲を絶縁部37で囲んでいる構成としたが、図8の弾性体38に示すように導電層39と絶縁層40を層状に交互に配置して弾性を保持するように構成しても構わない。さらに図8に示すように、弾性体38の最外層を絶縁層39とすればガラス20の厚みを外周部21の厚みより薄くしても2つの外部電極が電気的に短絡することを防止できる。
In the present embodiment, the
また実施の形態1〜5では、ケース15に整合層14を配置しているが、非測定流体によっては整合層14を設ける必要がない。またケース15をSUS製としたが、SUS以外の鉄、アルミ、しんちゅう、銅などの金属でも構わないし、表面に電極を設けたエポキシなどの樹脂でも構わない。また端子板の外周部21、中心部22は鉄製としたが、鉄以外のSUS、アルミ、しんちゅう、銅などの金属でも構わないし、表面に電極を設けたエポキシなどの樹脂でも構わない。また端子板の外周付近23とケースの外周付近24を電気溶接するとしたが、電気溶接以外の溶接でも、接着でも構わない。
Further, in the first to fifth embodiments, the
以上の説明から明らかなように次の効果が得られる。 As is clear from the above description, the following effects can be obtained.
(1)超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、対向する2つの面に電極面を有する圧電体と、前記圧電体に電気信号を伝達するための外部電極部を備え、圧電体の一方の電極面と前記外部電極部は導電性ゴムからなる弾性体を用いて電気的に接続するため、半田による熱的負荷を与えないので周波数特性が一致し、さらに環境負荷の低減された一対の超音波送受波器を得ることができる。 (1) An ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic pulses, comprising: a piezoelectric body having electrode surfaces on two opposing surfaces; and an external electrode unit for transmitting an electric signal to the piezoelectric body. The one electrode surface and the external electrode portion are electrically connected using an elastic body made of conductive rubber, so that no thermal load due to solder is applied, so that the frequency characteristics match, and the environmental load is further reduced. A pair of ultrasonic transducers can be obtained.
(2)2つの外部電極部を備え、圧電体の一方の電極面と一方の前記外部電極部は導電性ゴムからなる弾性体を用いて電気的に接続し、前記圧電体の他方の電極面と他方の前記外部電極部は接着により電気的に接続するため、半田による熱的負荷を与えないので周波数特性が一致し、さらに環境負荷の低減された一対の超音波送受波器を得ることができる。 (2) Two external electrode portions are provided, and one electrode surface of the piezoelectric body is electrically connected to one of the external electrode portions using an elastic body made of conductive rubber, and the other electrode surface of the piezoelectric body is provided. And the other external electrode portion are electrically connected by bonding, so that a thermal load due to solder is not applied, so that the frequency characteristics match, and furthermore, it is possible to obtain a pair of ultrasonic transducers with reduced environmental load. it can.
(3)2つの外部電極部を備え、圧電体のそれぞれの前記電極面とそれぞれの前記外部電極部は導電性ゴムを用いて電気的に接続するため、半田による環境負荷が低減され、さらに接着剤の厚みのばらつきによる周波数特性や送受信感度の変動が低減されるので高精度な計測が可能な超音波送受波器を得ることができる。 (3) Since two external electrode portions are provided, and each of the electrode surfaces of the piezoelectric body and each of the external electrode portions are electrically connected by using a conductive rubber, an environmental load due to solder is reduced, and further, adhesion is achieved. Fluctuations in frequency characteristics and transmission / reception sensitivity due to variations in the thickness of the agent are reduced, so that an ultrasonic transducer capable of high-accuracy measurement can be obtained.
(4)圧電体の電極面と外部電極部は導電性ゴムを挟んで加圧することにより電気的に接続するため、半田による熱的負荷を与えないので周波数特性の変動が低減でき、組み立ての容易な超音波送受波器を得ることができる。 (4) Since the electrode surface of the piezoelectric body and the external electrode portion are electrically connected to each other by pressing with a conductive rubber therebetween, a thermal load due to solder is not applied, so that fluctuations in frequency characteristics can be reduced and assembly is easy. A simple ultrasonic transducer can be obtained.
(5)電気的に分離された2つの端子を有する端子板を備え、2つの前記端子はそれぞれの外部電極部と電気的に接続するため、リード線を用いた外部装置との接続が容易な超音波送受波器を得ることができる。 (5) A terminal plate having two terminals that are electrically separated is provided, and the two terminals are electrically connected to respective external electrode portions. Therefore, connection to an external device using a lead wire is easy. An ultrasonic transducer can be obtained.
(6)前記端子板に、導電性ゴムが横方向へ移動することを防止するための移動防止手段を設けるため、導電性ゴムの移動による断線が防止できるので信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。 (6) Since the terminal plate is provided with a movement preventing means for preventing the conductive rubber from moving in the lateral direction, disconnection due to the movement of the conductive rubber can be prevented, so that a highly reliable ultrasonic transducer is provided. Can be obtained.
(7)前記移動防止手段は端子板に設けた凹部であり、前記凹部の内側に導電性ゴムと一方の外部電極部を設けるため、凹部に導電性ゴムを落とし込むように配置すれば導電性ゴムが横方向へ移動することによる接触不良を防止できるので信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。さらに導電性ゴムの移動が防止されるので組み立ての容易な超音波送受波器を得ることができる。 (7) The movement preventing means is a concave portion provided in the terminal plate. Since the conductive rubber and one external electrode portion are provided inside the concave portion, the conductive rubber is disposed so as to drop the conductive rubber into the concave portion. This can prevent poor contact due to the lateral movement of the antenna, so that a highly reliable ultrasonic transducer can be obtained. Further, since the movement of the conductive rubber is prevented, an ultrasonic transducer that can be easily assembled can be obtained.
(8)前記移動防止手段は端子板に設けた突起部であり、突起の内側に導電性ゴムと一方の外部電極部を設けるため、導電性ゴムの移動が防止されるように突起部を配置すれば、導電性ゴムが横方向へ移動することによる接触不良を防止できるので信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。さらに導電性ゴムの移動が防止されるので組み立ての容易な超音波送受波器を得ることができる。 (8) The movement preventing means is a protrusion provided on the terminal plate. Since the conductive rubber and one of the external electrode portions are provided inside the protrusion, the protrusion is arranged so as to prevent the conductive rubber from moving. By doing so, it is possible to prevent poor contact due to the lateral movement of the conductive rubber, so that a highly reliable ultrasonic transducer can be obtained. Further, since the movement of the conductive rubber is prevented, an ultrasonic transducer that can be easily assembled can be obtained.
(9)前記導電性ゴムと絶縁性を有する絶縁部を備え、前記絶縁部により2つの外部電極が電気的に短絡することを防止するため、信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。 (9) It is possible to obtain a highly reliable ultrasonic transducer in which an insulating portion having an insulating property with the conductive rubber is provided and two external electrodes are prevented from being electrically short-circuited by the insulating portion. it can.
(10)導電性ゴムと絶縁部とは層状に交互に配置され、両側の最外層は絶縁層であるため、絶縁部により2つの外部電極が電気的に短絡することを防止するため電気的な短絡による不良が防止できるので、組み立ての容易な信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。 (10) Since the conductive rubber and the insulating portion are alternately arranged in layers and the outermost layers on both sides are insulating layers, an electrical connection is made to prevent two external electrodes from being electrically short-circuited by the insulating portion. Since a failure due to a short circuit can be prevented, a highly reliable ultrasonic transducer that is easy to assemble can be obtained.
(11)少なくとも1つの外部電極部は折り曲げを有するため、外部電極を固定する場所の自由度が向上し超音波送受波器の組立てが容易な超音波送受波器を得ることができる。 (11) Since at least one external electrode portion has a bend, the degree of freedom in fixing the external electrode is improved, and an ultrasonic transducer that can be easily assembled with the ultrasonic transducer can be obtained.
(12)超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、2対の電極面を有する圧電体と、有天筒状のケースと、前記圧電体に電気信号を伝達するための外部電極部を備え、前記有天筒状のケースの天部に圧電体の一方の電極面を接合し、前記圧電体の他方の電極面と前記外部電極部とは導電性ゴムを用いて電気的に接続するものである。 (12) In an ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic pulses, a piezoelectric body having two pairs of electrode surfaces, a heavenly cylindrical case, and an external electrode unit for transmitting an electric signal to the piezoelectric body And bonding one electrode surface of a piezoelectric body to a top portion of the cylindrical case, and electrically connecting the other electrode surface of the piezoelectric body to the external electrode portion using conductive rubber. Is what you do.
(13)被測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設けられた実施形態1から12のいずれかに記載の1対の超音波送受波器と、一方の前記超音波送受波器を駆動する駆動部と、他方の前記超音波送受波器に接続され超音波パルスを検知する受信検知部と、前記超音波パルスの伝搬時間を測定し流量を求める演算部を有するため、一対の超音波送受波器の特性が一致させやすくなり、計測精度の高い超音波流量計を得ることができる。 (13) A flow rate measurement unit through which the fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic transducers according to any one of Embodiments 1 to 12 provided in the flow rate measurement unit, and one of the ultrasonic transducers A driving unit, and a reception detection unit connected to the other ultrasonic transducer for detecting an ultrasonic pulse, and a calculation unit for measuring the propagation time of the ultrasonic pulse and calculating the flow rate, so that a pair of The characteristics of the ultrasonic transducer can be easily matched, and an ultrasonic flowmeter with high measurement accuracy can be obtained.
本発明は、送受信特性が向上し、超音波流れ計測装置などに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has improved transmission / reception characteristics and is useful for an ultrasonic flow measurement device and the like.
1 流量測定部
2,3 超音波送受波器
4 駆動部
10 超音波送受波器
11 圧電体
12,13 圧電体電極面
14 整合層
15 ケース
16 弾性体
17,18 端子
19 端子板
25 超音波送受波器
26,27 弾性体
28 超音波送受波器
29 端子板
31 超音波送受波器
32 端子板
34 超音波送受波器
35 弾性体
36 導電部
37 絶縁部
38 弾性体
39 導電層
40 絶縁層
42 圧電体
43 電極面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow rate measurement part 2, 3 Ultrasonic transducer 4
Claims (6)
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