超声流量计装置和超声流量计的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了布置用于测量液体流速的一种超声流量计装置，该装置包含：电路板（502，包含了一个电子电路）、第一超声换能器（506）以及与第一超声换能器和电子电路进行电气连接的第一导电通路（564）；其中，电路板是一个多层电路板，而第一导电通路（564）至少被部分布置在第一层（581）与第二层（582）之间。在另一个实例中，提供了分别基本覆盖了第一层（581）上表面和第二层（582）下表面的上导电层（586）和/或下导电层（588）。
【专利说明】超声流量计装置和超声流量计
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声流量计装置。该装置配备了一个多层电路板，且在该电路板上采用电气方式连接并固定了一个超声换能器。
【背景技术】
[0002]该超声流量计由以下部分组成:一台配有一个或多个超声换能器并用于发送和接收超声信号的装置，以及一个操作超声换能器用的电子电路。W02010/112030A1中描述了这种超声流量计装置的一个实例。这有利于提供经过进一步改良的装置。
实用新型内容
[0003]本发明涉及一种超声流量计装置。在本发明的一个实例中，提供了 一种超声流量计装置，该超声流量计装置被布置用于测量液体流速，该装置包含配备第一电气端子与第二电气端子的第一超声换能器；以及电路板，它可是至少由第一层与第二层构成的一个多层电路板；其中，电路板包含布置在电路板上、用于操作第一超声换能器的一个电子电路；以及与第一电气端子以及电子电路进行电气连接的第一导电通路；与第二电气端子进行电气连接的第二导电通路；其中，超声换能器是压电材料制成的单片体，它有一个表面与电路板第一部分的表面进行接触，并且该单片体通过下列方式被机械固定在电路板上:在第一电气端子与第一导电通路之间提供电气连接的导电固定方式和/或，在第二电气端子与第二导电通路之间提供电气连接的导电固定方式；其中，第一导电通路至少被部分布置在第一层与第二层之间。由于第一电气通路在结构上被第一层及第二层屏蔽，较为不易被外部电磁场的电磁干扰(EMI)影响，因此，可认为将第一导电通路至少部分布置在第一层与第二层之间的做法是一种改进。这可实现更高的数据质量。
[0004]第一导电通路可用于沿着平行于电路板平面的方向在第一层与第二层之间传导电流，并可通过一个或多个通孔(例如:微通孔)将第一导电通路连接到第一电气端子和/或电子电路上。
[0005]在示范性实例中，“导电固定方式”可理解为以下方式之一:焊料、导电胶合剂、导电夹。可使用这些不同类型的固定方式固定和连接第一超声换能器以及可能存在的相应第二超声换能器的第一及第二电气端子。
[0006]一般而言，“多层”电路板可理解成一种具有多个层(例如:第一层与第二层)的电路板。这几个层可平行布置。其中一个或多个层可具有电绝缘性。在特殊的实例中，多层电路板可由一块基板构成，该基板由多层印刷电路制成，并由多层绝缘材料对这些电路层进行隔离。
[0007]一般情况下，可认为该装置可能还包含第二个超声换能器；在该超声换能器中，对电子电路进行了进一步布置，以便同时运行第一及第二超声换能器。
[0008]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中:第一层的上表面具有远离第二层的表面法线，而第二层的下表面具有远离第一层的表面法线；此外，一个上导电层(例如:一个金属层)覆盖第一层上表面的绝大部分，并且/或者一个下导电层(例如一个金属层)覆盖第二层下表面的绝大部分。在一个具体实例中，上导电层与下导电层进行了电气连接(例如:通过边部或者通过穿过各层的一个或多个通孔进行电气连接)。针对外部电磁场，上导电层或下导电层对第一导电通路至少进行了部分屏蔽；否则，外部电磁场会穿透第一层和/或第二层，并对第一导电通路产生电气影响，从而可能反过来影响第一超声换能器与电子电路之间的信号，并降低数据质量。可认为上导电层和/或下导电层是一个实心层或者采用导电通路的连接网络(例如:电网)来实现。在一个具体实例中，上导电层和/或下导电层可起到法拉第笼的作用。
[0009]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中，由上导电层和/或下导电层提供第二导电通路，或者将第二导电通路连接到上导电层和/或下导电层上，从而使上导电层和/或下导电层实现了与第一超声换能器的第二电气端子的电气连接。通过这种方式，可将第二电气端子连接到相对稳定的电位上；该电位可有效地作为测量其它电压时采用的参考点，例如:即便在上导电层与下导电层都没有接地的情况下，该电位亦可有效地起到接地作用。
[0010]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中，上导电层和/或下导电层与电子电路的电气接地进行了电气连接。应注意:上导电层和/或下导电层可能会通过套管被另外连接到某个外部接地装置上。
[0011]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中，第一超声换能器包含了一个环绕式电极。“环绕式电极”可理解为边部延伸到换能器侧面或换能器另一侧的一个电极。其优势在于:可在超声换能器的同一侧提供第一与第二电气端子的电气通道。
`[0012]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中:电路板中的一个贯穿开口基本上围绕了邻近第一超声换能器的电路板第一部分，例如:在上述电路板第一部分四周围绕了至少180度、225度、270度、315度；此外，电路板第二部分用于按照机械方式将上述第一部分连接到电路板的剩余部分上；其中，第二部分横截面宽度小于第一超声换能器直径。这种做法的优势在于:电路板能够适应压电超声换能器元件的热膨胀及收缩。在某些实例中，可能会有电流通过第二部分从第一部分流动到剩余部分上。“第二部分横截面宽度”可理解为第二部分横截面在电路板平面中的距离；其中，该横截面与通过第二部分从电路板第一部分流动到剩余部分的电流的方向互相垂直。“第一超声换能器直径”可理解为在电路板平面中的直径，或者是非圆形换能器的相应特征长度。
[0013]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中，沿着第二部分从电路板第一部分到剩余部分的距离大于上述的第一超声换能器直径，例如--大1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍或10倍。较长的第二部分的优势在于它可为第一部分实现相对于剩余部分的更大移动自由。第二部分可是直线型、曲线型或分段直线型。非直线型第二部分的优势是:它可为第一部分的移动提供相对于剩余部分的更高自由度。
[0014]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中，第二部分包含了至少两个分段直线段，这两个直线段采用互成角度的方式进行布置。
[0015]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；该装置包含了:
[0016]-在第一电气端子与第一导电通路之间提供电气连接的导电固定方式
[0017]以及[0018]-在第二电气端子与第二导电通路之间提供电气连接的导电固定方式；
[0019]在该装置中，上述导电固定方式采用互相同心的方式进行布置。第一超声换能器的第一与第二电气端子可采用互相同心的方式进行设置，并且可将第一与第二电气端子布置在第一超声换能器的同一侧上。这就能够在为两个电气端子只使用一个换能器侧面的情况下，在简单的表面安装技术(SMT)安装过程中，实现超声换能器到电路板的完整电气连接。
[0020]在一个实例中，提供了一种超声流量计装置；在该装置中，至少有第一和/或第二层包含了一个或多个通孔，用于提供从至少第一和/或第二层的一侧到另一侧的电气接触。
[0021]在一个实例中，提供了一种超声流量计；该流量计被布置用于对流过测量管的液体流速进行测量；其中，该流量计包含了超声流量计装置。在一个实例中，流量计包含了:
[0022]一个外壳(在其内部布置了一个测量管)；且
[0023]在该装置中，相对于外壳，对超声流量计装置进行了布置；其中，外壳可采用金属(铜、不锈钢)或聚合物材料制成。
[0024]从下文中描述的实例中，可明显看出该发明的上述及其它情况、特性和/或优势，并且将根据这些实例进行相应解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]根据图纸，将只通过举例的方式，对该发明的实例进行描述，其中:
[0026]图1举例说明了一种超声流量计；
[0027]图2显示了图1中的超声流量计的横截面；
[0028]图3 —图4分别显示了在安装第一及第二超声换能器前超声流量计装置的透视图和顶视图；
[0029]图5 —图7显示了安装在如图3 —图4中所示超声流量计装置上的不同类型超声换能器。
【具体实施方式】
[0030]图1显示了超声流量计(101)的透视图:该流量计配备了一个聚合物流量计外壳(120)、一个适应液体流量的贯穿开口(114)、一个布置在内部的测量管(请参见图2中的203)以及一个作为超声流量计装置(100，由带有电子电路的电路板和压电超声换能器构成)的机械独立零件。
[0031]图2显示了图1所示流量计外壳的横截面；其中显示两个超声换能器(206)被安装在电路板(202)上，并且它们被布置用于通过测量管(203)的反射器在相互之间发送/接收超声信号。
[0032]图3是电路板(302)的透视图；其中，电路板(302)中的贯穿开口(340)基本上围绕了电路板(302)的第一部分(361)，而电路板的第二部分(362)用于按照机械方式将上述的第一部分(361)连接到电路板的剩余部分上。第二部分横截面宽度(362)小于第一超声换能器直径(306)。这种较小的第二部分宽度的优势是第二部分将具有灵活性，使得第二部分可围绕其端点进行弯曲，从而使第一部分能够相对于电路板的剩余部分进行稍微移动。第一部分(361)具有一个中心贯穿孔(330)。
[0033]图4是在安装第一及第二超声换能器前超声流量计装置的示意顶视图。该图显示了由电子电路(404)构成的电路板(402)、用于实现第一超声换能器上第一电气端子与电子电路(404)的电气连接的第一导电通路(464)、第一部分(461，由下列部分组成:用于实现第一电气端子与第一导电通路(464)电气连接的第一电极(471)以及用于实现第二电气端子与第二导电通路电气连接的第二电极(472))。第一电极(471)与第二电极(472)采用互相同心的方式进行布置。第一与第二电极是焊料轨道，可用作将换能器机械固定到电路板上的导电固定方式。此外，该图显示第一部分(461)具有一个中心贯穿孔(430)，并且围绕其边缘有一个贯穿开口( 440 )。贯穿开口( 440 )经过布置，使得连接第一部分(461)与电路板剩余部分的第二部分(462)具有分段线性；由于每个分段线性段都可围绕其端点进行弯曲，这就可允许第一部分(461)的位置可在更多的方向上有所变化。在第二部分具有曲线性的情况下(例如:第二部分具有螺旋形状)，也可达到这种类似优点。
[0034]图5 —图7显示了电路板(类似于图4中的电路板)平面中的横截面视图(沿着图4中所示截面A-A )。
[0035]图5显示了带有第一电气端子(509)与第二电气端子(507)的第一超声换能器(506)。该超声换能器包含了一个环绕式电极，因此第二电气端子(507)可有效地作为缠绕在换能器上的电极，从而可在与第一电气端子(509)相同的换能器侧面上提供电气可达性。此外，该图显示了由虚线(580)两侧分别显示的第一层(581)和第二层(582)构成的电路板(502)。第一导电通路(564)与第一电气端子(509)进行了电气连接，并且将第一导电通路(564)布置了在第一层(581)与第二层(582)之间。由基本覆盖了第一层上表面的上导电层(586)提供与第二电气端子(507)进行电气连接的第二导电通路。此外，下导电层(588)基本覆盖了第二层(582)的下表面。该图还显示了第一部分(561)，它包括:第一电极(571)、第二电极(572)、中心贯穿孔(530)以及围绕其边缘的贯穿开口(540)。图中还显示了第二部分(562)以及剩余部分(563)的一部分。在当前的实例中，焊料形式的导电固定方式，可分别通过第一电极(571)在第一电气端子(509 )与第一导电通路(564)之间以及通过第二电极(572)在第二电气端子(507)与第二导电通路之间采用机械方式固定和提供电气连接。
[0036]图6与图5类似，不同之处在于:超声换能器(606)包含了一个边部电极，因此第二电气端子(607)可有效地作为延伸到换能器一侧的电极，从而可在这一侧提供电气可达性。电气连接器(611)对第二电气端子(607)与上导电层(686)进行了电气连接。
[0037]图7与图5 —图6类似，不同之处在于:第二电气端子被设置在远离电路板的第一超声换能器侧面上；在图中，通过夹子(710)提供第二电气端子(707)与上导电层(786)之间的电气连接，而该夹子可用于对第一超声换能器(706 )进行机械固定。
[0038]在图4 一图7显示的实例中，对进出电子电路的信号进行传输的导电通路被设置在多层PCB (印刷电路板)内部，并且针对外部电磁场，由覆盖上下表面的导电接地层对该导电通路进行屏蔽。
[0039]虽然已经连同首选实例一起对本发明进行了描述，但这并不意味着会将该发明局限于本文中所提出的具体形式。确切地说，本发明的范围仅由附随的权利要求进行限定。在本节中提出的披露实例的某些具体细节，并不是为了进行限定，而是仅供用于解释，以便能够清晰而全面地理解本发明。然而，本领域的技术人员应当可容易理解:在未显著偏离本次披露的精髓及范围的情况下，本发明可能会在并不确切符合本文中所阐述细节的其它实例中得到实际应用。此外，在这种背景下以及为了简洁、明晰地进行表述，已经对众所周知的器具、电路和方法的详细描述进行了省略，以便避免出现不必要的细节和可能的混淆。
[0040]在权利要求中，术语“包含”并不排除存在其它元件或步骤。此外，虽然在不同权利要求中可能包括了不同特性，但这些可能是经过有利组合的特性，而包含在不同权利要求中并不暗示特性的某个组合不具有可行性和/或有利性。除此之外，单数描述并不排除复数。因此，“一个”、“一种”、“第一”、“第二”等描述并不排除复数。在权利要求中，包括了参考符号，但包含这些参考符号仅仅是为了实现明晰的说明，不应将其解释为对权利要求的范围进行限定。
【权利要求】
1.一种超声流量计装置(100):该超声流量计装置被布置用于测量液体流速，其特征在于，该装置包含: 配备第一电气端子(509)与第二电气端子(507)的第一超声换能器(506);以及电路板(502),它可是至少由第一层(581)与第二层(582)构成的一个多层电路板；其中，电路板(502)包含: -布置在电路板上、用于操作第一超声换能器(506)的一个电子电路(404);以及 -与第一电气端子以及电子电路进行电气连接的第一导电通路(564)； -与第二电气端子进行电气连接的第二导电通路； 其中，超声换能器(506)是压电材料制成的单片体,它有一个表面与电路板(502)第一部分(561)的表面进行接触，并且该单片体通过下列方式被机械固定在电路板上: -在第一电气端子与第一导电通路之间提供电气连接的导电固定方式(710) 和/或 -在第二电气端子与第二导电通路之间提供电气连接的导电固定方式； 其中，第一导电通路至少被部分布置在第一层与第二层之间。
2.根据权利要求1所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:第一层(581)的上表面具有远离第二层的表面法线；第二层(582)的下表面具有远离第一层的表面法线；上导电层(586)覆盖了第一层上表面的绝大部分，并且/或者下导电层(588)覆盖了第二层下表面的绝大部分。`
3.根据权利要求2所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:由上导电层(586 )和/或下导电层(588 )提供第二导电通路，或者将第二导电通路连接到上导电层(586 )和/或下导电层(588 )上ο
4.根据权利要求2或3中的任一项所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:上导电层(586)和/或下导电层(588)与电子电路(404)的电气接地进行了电气连接。
5.根据权利要求1所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:第一超声换能器包含了一个环绕式电极。
6.根据权利要求1所述的超声流量计装置，其特征在于，在该装置中:在第一电气端子与第一导电通路之间提供电气连接的导电固定方式和/或在第二电气端子与第二导电通路之间提供电气连接的导电固定方式至少包含了下列之一:焊料、导电胶合剂、导电夹。
7.根据权利要求1所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:第二电气端子(509)被设置在远离电路板(502)的第一超声换能器侧面上；在远离电路板(502)的第一超声换能器侧面上的第二电气端子与第二导电通路之间，提供了电气连接。
8.根据权利要求1所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:电路板(502)中的一个贯穿开口(540)基本上围绕了邻近第一超声换能器(506)的电路板(102)第一部分(561);电路板第二部分(562)用于米用机械方式将上述的第一部分连接到电路板的剩余部分上；其中第二部分横截面宽度小于第一超声换能器直径。
9.根据权利要求8所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:沿着第二部分(562)从电路板的第一部分(561)到剩余部分的距离大于上述的第一超声换能器直径。
10.根据权利要求8或9所述的超声流量计装置，其特征在于，在该装置中:第二部分(562)包含了至少两个分段直线段，这两个直线段采用互成角度的方式进行布置。
11.根据权利要求1所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，该装置包含: -在第一电气端子与第一导电通路之间提供电气连接的导电固定方式(710) 以及 -在第二电气端子与第二导电通路之间提供电气连接的导电固定方式； 在该装置中，上述导电固定方式采用互相同心的方式进行布置。
12.根据权利要求1所述的超声流量计装置(100)，其特征在于，在该装置中:至少有第一和/或第二层包含了一个或多个通孔， 用于提供从至少第一和/或第二层的一侧到另一侧的电气接触。
13.—种超声流量计(101)，该超声流量计被布置用于对流过测量管的液体流速进行测量；其特征在于，其中，该流量计包含了符合权利要求1的超声流量计装置(100)。
【文档编号】G01F1/66GK203519074SQ201320259942
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】S·T·尼尔森, A·斯卡勒贝克, P·S·劳尔森 申请人:卡姆鲁普股份有限公司