JPH09511570A - 超音波変換器の保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 超音波流量計においては超音波変換器間の音響短絡が特に問題となる。この短絡は、超音波信号が測定管の壁を通って送信変換器から受信変換器へ伝播し測定管内の媒体の影響を受けないことを意味する。さらに、超音波変換器を取巻くガス路のシールも問題である。このような問題を解決するために、超音波変換器（１１）はエラストマ成形体（１７）を被せられる。その場合、外縁部（１８）から出発して、がいし形変成器として形成された超音波変換器（１１）の外套面（１６）の２５％〜６０％がエラストマ成形体（１７）によって覆われる。この場合、超音波変換器（１１）への保持装置の接触は最小となり、音響的に静かな領域でのみ行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 超音波変換器の保持装置 本発明は、外套面と、外套面高さと、外径と、超音波放射方向とは反対側の外 縁部とを備え、がいし形変成器として形成された超音波変換器を保持するための 保持装置に関する。 この種の保持装置はドイツ連邦共和国特許第３９４１６３４号公報によって公 知である。この装置においては流量計内に超音波変換器を音響絶縁して正確に位 置決めする保持手段としてＯリングが使用されている。このＯリングは３点保持 方式に基づいて分配配置された線状接触部の間に設けられている。線状接触部の うち１つは溝の形態で変換器を保持する。 その際に使用される流量測定装置の詳細を図２に基づいて説明する。この図に 示されたガス及び液体の流速を測定するための流量測定装置は、主として、通流 する媒体用の流れ管路を形成し矩形断面を有する測定管から構成されている。測 定管の側壁の１つには、流れ方向に位置をずらせて、２つの短管が斜めに取付け られており、その短管内に２つの超音波変換器が保持されている。 両超音波変換器は交互に送信変換器及び受信変換器として順次作動するように なっている。送信変換器として作動する超音波変換器は超音波信号を測定管内へ 送信し、また受信変換器として作動する超音波変換器は媒体と測定管路内の媒体 流速とによって修正され測定管の内壁で３回反射してｗ状の超音波路を通過した 後の超音波信号を受信する。 この超音波流量測定装置において特に問題となることは超音波変換器間の音響 短絡である。音響短絡とは、超音波信号が測定管の壁を通って送信変換器から受 信変換器へ伝播し、測定管内の媒体の影響を受けないことを意味する。このよう な信号が受信変換器によって受信され、接続された電子回路によって評価される と、流れに関する情報が含まれないことになる。このような信号が“真正な”信 号に混合されると、流れに関する情報は大きく乱される。この問題の解決策は測 定管と変換器との接触を最小にすることによって短絡信号を最小にすることにあ る。 超音波流量測定装置におけるもう一つの問題は超音波変換器を取巻くガス路も しくは流れ管路のシールである。多くの構成例においては、図２に示されている ように媒体と超音波変換器との直接的な接触が形成されることが必要である。測 定管に対する変換器のシールは変換器保持装置のもう一つの課題になり得る。 本発明の課題は、上述した問題を回避するか又は少なくとも障害とならない程 度に減少させることができるように、測定管内に超音波変換器を保持するための 保持装置を改善することにある。 この課題は本発明によれば、超音波変換器がエラストマ成形体を被せられ、こ の超音波変換器の外縁部から出発して超音波変換器の外套面の２５％〜６０％が エラストマ成形体によって覆われることによって解決される。 本発明の有利な実施態様は請求項２乃至７に記載されている。 本発明による保持装置はシールのために必要な測定管との最小接触を有する。 超音波変換器への保持装置の接触は音響的に静かな領域でエラストマ成形体を介 して行われる。また保持装置の形状は、全温度範囲に亘って測定管の円筒壁とエ ラストマ成形体の側壁との間に接触が生じないように規定される。 次に、本発明の実施形熊を図面に基づいて詳細に説明する。 図１は測定管の壁破断部内に配置された超音波変換器保持装置を示し、 図２は公知の流量測定装置の基本配置を示す。 図１は、測定管１４又は図２に示すようにこの測定管に一体的に取付けられた 短管の円筒孔１３内に、がいし形変成器として形成された超音波変換器１１、１ ２を保持するための本発明による保持装置を示す。 超音波変換器は、主として、円筒状ケーシング１１と、このケーシング１１の 空所内の底部に位置する圧電セラミック板１２と、この圧電セラミック板１２を 電気的に接続するため外部へ導かれるリード線１５とから構成されている。 超音波変換器１１、１２の外套面１６は後方側に、すなわち図１において上側 に位置する領域で円筒状に成形されたエラストマ成形体１７を密着して被せられ ており、その場合このエラストマ成形体１７は超音波変換器の外縁部１８を越え て延び、外套面１６は後方側が外套面全体の高さ１９の２５％〜６０％の範囲で 覆われている。エラストマ成形体１７は外縁部１８に対して平行でかつ外套面の 高さ１９の少なくとも１０％の距離にて平坦状に終了し、ここに保持フランジ２ ０が結合されている。 保持フランジ２０は円筒孔１３の直径より大きく形成され、円筒孔１３の外側 の段部２１に支持されている。別の側では保持フランジ２０の上に、中心孔２３ を有する円板状保持板２２が取付けられており、保持板の直径はケーシング１１ の外径２６より少なくとも小さくてはいけない。中心孔２３を通って超音波変換 器１１、１２のリード線１５が外部へ導かれている。 エラストマ成形体１７の超音波放射方向側の側面すなわち図１において下側へ 向く面２４は、縁部が丸くされているか又は角度α＝４５°±１５°にて斜めに カットされている。この斜めカットは被覆物の固有振動の伝播を、従って測定管 の壁への固有振動の伝達を阻止する。 超音波変換器１１、１２が突入している測定管１４の円筒孔１３の直径、もし くは図２に示されているように測定管１４に一体的に取付けられた短管の円筒孔 １３の直径は、あらゆる作動状態において、例えば全ての作動温度範囲に亘って 円筒壁２７とエラストマ成形体１７との接触が確実に回避されるように大きく形 成されている。 エラストマ成形体１７のエラストマは０℃より小さいか又はそれに等しいガラ ス転移点と、２５〜７０のショア硬度とを有している。さらに、このエラストマ は超音波変換器１１、１２の作動周波数範囲において音響減衰作用を生ずるよう に選定されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジーベンハール、トーマス ドイツ連邦共和国 デー−96257 レトウ イツツ アウシユトラーセ 10 (72)発明者 メクル、トーマス ドイツ連邦共和国 デー−96450 コブル ク ピルグラムスロート 59

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外套面（１６）と、外套面高さ（１９）と、外径（２６）と、超音波放射方 向とは反対側の外縁部（１８）とを備えがいし形変成器として形成された超音波 変換器（１１、１２）を保持するための保持装置において、超音波変換器（１１ 、１２）はエラストマ成形体（１７）を被せられ、この超音波変換器（１１、１ ２）の外縁部（１８）から出発して超音波変換器（１１、１２）の外套面（１６ ）の２５％〜６０％がエラストマ成形体（１７）によって覆われることを特徴と する超音波変換器の保持装置。 ２．超音波変換器（１１、１２）は外縁部（１８）を越えて後方へ延びるエラス トマ成形体（１７）に、取付面（２５）が外縁部（１８）に対して外套面の高さ （１９）の１０％〜３０％の距離を有する平面に位置する保持フランジ（２０） を備えていることを特徴とする請求項１記載の保持装置。 ３．保持フランジ（２０）には、外径（２６）より小さくない直径を持つ円形切 欠（２３）を有する保持板（２２）が結合されていることを特徴とする請求項１ 又は２記載の保持装置。 ４．エラストマ成形体（１７）の超音波放射方向側の面（２４）は外縁部が丸く されているか又は斜めにカットされていることを特徴とする請求項１乃至３の１ つに記載の保持装置。 ５．エラストマ成形体（１７）の面（２４）の斜めのカットは４５°±１５°の 範囲の角度を有することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の保持装置。 ６．超音波変換器（１１、１２）はその保持フランジ（２０）によって測定管（ １４）の円筒孔（１３）として構成された壁切欠内に保持され、その場合円筒孔 （１３）の直径と、被覆体としてエラストマ成形体（１７）を備えた超音波変換 器（１１、１２）の幅とは、作動状態においてエラストマ成形体（１７）が円筒 孔（１３）の円筒壁（２７）に接触しないように設定されていることを特徴とす る請求項１乃至５の１つに記載の保持装置。 ７．エラストマ成形体（１７）のエラストマは０℃より小さいか又はそれに等し いガラス転移点を有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の保持装 置。 ８．エラストマ成形体（１７）は２５〜７０の範囲のショア硬度を有することを 特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の保持装置。