JP5665765B2 - 流体媒体に使用するための超音波変換器 - Google Patents
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Description
本発明は、公知の超音波変換器から出発する。この公知の超音波変換器は、たとえばプロセスエンジニアリングまたは自動車分野、特に内燃機関の吸気ポートおよび/または排気ポートにおける超音波流量計において、体積流量測定または質量流量測定のために使用することができる。典型的には、超音波を流体媒体(ガスおよび/または液体)に発することができるだけでなく、超音波を受信することもできる超音波変換器が使用される。通常、超音波信号はエミッタから、流動する流体媒体を通って受信器に伝送され、超音波信号の伝搬時間、伝搬時間差または位相またはこれらの測定量を組み合わせたものが測定される。超音波信号には、流体媒体の流れによって影響が与えられる。伝搬時間に与えられる影響の程度から、流体媒体の流速を推測することができる。たとえば超音波流量計に使用することができるこのような形式の超音波変換器の一例が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102007010500号明細書に開示されている。同明細書に開示された構成は、本発明の範囲内で本発明により変更することもできる。このような形式の超音波変換器によって、たとえば内燃機関のシステム制御装置の内部で空気量信号を導き出すことができる。
本発明に係る超音波変換器によれば、該超音波変換器が、少なくとも圧電性の変換器素子と、該圧電性の変換器素子と前記流体媒体との間の振動結合を助成するための少なくとも1つの整合体と、さらに、圧電性の変換器素子と整合体との間に挿入された、熱的な応力を減少させるための少なくとも1つの補償体、特に少なくとも1つの中間層とを有しており、該補償体が、圧電性の変換器素子の熱膨張率と整合体の熱膨張率との間に位置する熱膨張率を有しており、補償体が、少なくとも一種類の均質なかつ/または巨視的に少なくとも十分に等方性の材料、特に材料混合物を含有している。
本発明の実施の形態を図面に示し、以下に詳しく説明する。
112 圧電性の変換器素子
114 接続コンタクト
116 整合体
118 補償体
120 曲線
122 曲線
124 曲線
126 曲線
128 曲線
130 曲線
132 減衰エレメント
134 遮断エレメント
136 型
138 位置決めエレメント
A 載着面
R 案内・係止フック
Claims (25)
- 流体媒体に使用するための超音波変換器(110)において、該超音波変換器(110)が、少なくとも1つの圧電性の変換器素子(112)と、該圧電性の変換器素子(112)と前記流体媒体との間の振動結合を助成するための少なくとも1つの整合体(116)と、さらに、圧電性の変換器素子(112)と整合体(116)との間に挿入された、熱的な応力を減少させるための少なくとも1つの補償体(118)とを有しており、該補償体(118)が、圧電性の変換器素子(112)の熱膨張率(CTEPiezo)と整合体(116)の熱膨張率(CTEAnpass)との間に位置する熱膨張率(CTEZwischen)を有しており、補償体(118)が、少なくとも一種類の均質なかつ/または巨視的に少なくとも十分に等方性の材料を含有しており、前記材料が、材料混合物であり、補償体(118)が、前記材料混合物を含有しており、該材料混合物が、少なくとも一種類の母材と少なくとも一種類の充填材とを含有していることを特徴とする、流体媒体に使用するための超音波変換器。
- 補償体(118)が、中間層である、請求項1記載の超音波変換器。
- 補償体(118)の熱膨張率(CTEZwischen)と圧電性の変換器素子(112)の熱膨張率(CTEPiezo)との間の差が、整合体(116)の熱膨張率(CTEAnpass)と補償体(118)の熱膨張率(CTEZwischen)との間の差よりも小さく設定されている、請求項1または2記載の超音波変換器。
- 補償体(118)が、20ppm/Kよりも小さい熱膨張率(CTEZwischen)を有している、請求項1から3までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 補償体(118)が、15ppm/Kよりも小さい熱膨張率(CTEZwischen)を有している、請求項4記載の超音波変換器。
- 整合体(116)が、20ppm/Kよりも大きい熱膨張率(CTEAnpass)を有している、請求項1から5までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 補償体(118)が、少なくとも0.5mmの層厚さを有している、請求項1から6までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 補償体(118)が、少なくとも1.0mmの層厚さを有している、請求項7記載の超音波変換器。
- 補償体(118)が、少なくとも1.5mmの層厚さを有している、請求項7または8記載の超音波変換器。
- 前記母材が、架橋プロセスによって硬化可能なかつ/または硬化させられる少なくとも一種類の材料を含有している、請求項1記載の超音波変換器。
- 前記材料が、エポキシ樹脂である、請求項10記載の超音波変換器。
- 前記充填材が、以下の材料:すなわち、石英;セラミック材料;シリケート;繊維材料:の少なくとも1つを含有している、請求項1記載の超音波変換器。
- 前記石英が、石英粉である、請求項12記載の超音波変換器。
- 前記繊維材料が、炭素繊維材料である、請求項12記載の超音波変換器。
- 超音波変換器(110)が、さらに、圧電性の変換器素子(112)と整合体(116)および/または補償体(118)との間の相対的な位置を決めるための少なくとも1つの位置決めエレメント(138)を有している、請求項1から14までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 補償体(118)が、少なくとも1つの成形部材を有しており、該成形部材が、圧電性の変換器素子(112)および/または整合体(116)に結合されるようになっている、請求項1から15までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 前記成形部材が、ディスクである、請求項16記載の超音波変換器。
- 前記成形部材が、圧電性の変換器素子(112)および/または整合体(116)に、材料接続的な結合を介して結合されるようになっている、請求項16記載の超音波変換器。
- 前記成形部材が、圧電性の変換器素子(112)および/または整合体(116)に、圧電性の変換器素子(112)の熱膨張率(CTEPiezo)と整合体(116)の熱膨張率(CTEAnpass)との間に位置する熱膨張率(CTEKleb)を有する接着剤を用いた接着によって結合されるようになっている、請求項18記載の超音波変換器。
- 前記接着剤が、補償体(118)の材料と少なくとも部分的に同一である、請求項19記載の超音波変換器。
- 前記成形部材が、プラスチック材料の成形部材および/またはガラスの成形部材および/またはセラミックスの成形部材を有している、請求項16から20までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 前記成形部材が、エポキシ樹脂ディスクである、請求項21記載の超音波変換器。
- 整合体(116)が、補償体(118)を製造するための注型法の型として、補償体(118)を少なくとも部分的に取り囲んでいる、請求項1から22までのいずれか1項記載の超音波変換器。
- 請求項1から23までのいずれか1項記載の超音波変換器(110)を製造するための方法において、補償体(118)を全体的にまたは部分的に注型法によって形成することを特徴とする、超音波変換器を製造するための方法。
- 前記注型法が、射出成形法および/またはトランスファ成形法および/または消失型を用いた直接注型法および/または消失型を用いた注型法である、請求項24記載の方法。
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