超声波流量计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用超声波发送接收器的超声波流量计，该超声波发送接收器用于向流体中发送超声波或者接收在流体中传播的超声波。
【背景技术】
[0002]以往，作为用于这种超声波流量计的超声波发送接收器，公开了一种如图4所示的结构的超声波发送接收器(例如，参照专利文献I)。
[0003]下面，使用图4对以往的超声波发送接收器的结构进行说明。图4是表示以往的超声波发送接收器的安装于流路的状态的图。
[0004]如图4所示，以往的超声波发送接收器68由有顶筒状的外壳63、压电体64以及保持部66构成，其中，在该保持部66中一体地形成有减振体65和振动传递抑制体67。外壳63具有顶部60、侧壁部61以及从侧壁部61向外侧延伸的支承部62。压电体64被固定于外壳63的顶部60的内壁面。减振体65以覆盖并紧密贴合在外壳63的侧壁部61的外周的方式进行设置，用于抑制由压电体64的振动引起的侧壁部61的振动。保持部66对外壳63的支承部62进行保持。另外，保持部66的振动传递抑制体67 —般包括防振性高的柔软的材料，用于将外壳63防振地安装于流路69的安装部69a。而且，超声波发送接收器68在流路69中通过传感器按压件70压紧于保持部66的振动传递抑制体67，并通过螺钉71被固定。由此，测量流路69中的流体的流量。
[0005]在此，在将上述结构的超声波发送接收器用于超声波流量计的情况下，用不同的部件来构成保持部66的振动传递抑制体67和超声波发送接收器68。因此，需要使振动传递抑制体67紧密贴合地安装于超声波发送接收器68。但是，为了将柔软的振动传递抑制体67均匀地安装于超声波发送接收器68，在调整上需要一定时间，因此在量产性方面存在问题。
[0006]另外，有时由于振动传递抑制体67的安装精度的偏差而导致本来应该发挥功能的振动传递抑制体67不充分地发挥功能。因此，成为流量测量时的测量噪声的混响噪声以及振动传递到流路69。其结果，存在壳体传播噪声增大、流体的流量的测量精度下降的情况。
[0007]并且，在通过传感器按压件70向流路69安装超声波发送接收器68的情况下，螺钉71的紧固扭矩有时有偏差。由此，超声波发送接收器68的振动传递到流路69。其结果，壳体传播的噪声有可能增大，流体的流量的测量精度有可能下降。
[0008]专利文献:日本特开2001-159551号公报
【发明内容】
[0009]为了解决上述问题，本发明的超声波流量计具备:流路，被测量流体在该流路中流通；超声波发送接收器，其具有固定于金属板的一个面的声匹配体和固定于另一个面的压电体；绝缘性减振构件，其形成为以排除声匹配体的方式覆盖金属板；超声波发送接收器的安装部，其设置于流路；以及固定构件，其用于将超声波发送接收器固定于安装部。而且，固定构件具有超声波发送接收器的按压部和在按压部的外周隔着规定的空间以悬臂梁状设置的延伸部，超声波发送接收器经由延伸部而被固定于安装部。
[0010]由此，延伸部作为避免将超声波发送接收器的振动直接传递到流路的衰减部而发挥功能，在对被测量流体进行测量时减少振动的壳体传播。并且，能够通过延伸部确保超声波发送接收器的安装位置的位置精度。其结果，能够实现一种能高精度地测量流量的流量测量装置。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的实施方式的超声波流量计的流动方向的截面图。
[0012]图2A是表示本发明的实施方式的超声波发送接收器以及向流路的安装结构的立体图。
[0013]图2B是图2A的2B-2B线截面图。
[0014]图3是本发明的实施方式的固定构件的截面图。
[0015]图4是表示以往的超声波发送接收器的安装状态的图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。
[0017](实施方式)
[0018]图1是本发明的实施方式的超声波流量计的流动方向的截面图。
[0019]如图1所示，本实施方式的超声波流量计至少包括具有两个开口部4的流路3和设置于开口部4的超声波发送接收器5、6等。流路3是使作为被测量流体的气体等流体从一方的开口端I向另一方的开口端2流通的配管。流路3的开口部4被设置为相对于流路3倾斜且彼此相向，来传播要发送和接收的超声波。超声波发送接收器5、6在开口部4的向外的延长线上相向地设置。
[0020]并且，本实施方式的超声波流量计具备超声波传播时间测量电路7和运算部8。超声波传播时间测量电路7测量在相向的一对超声波发送接收器5、6之间传播的超声波的传播时间。运算部8基于由超声波传播时间测量电路7测量出的传播时间来运算流体的流量。
[0021]下面，参照图1来具体地说明如上述那样构成的超声波流量计中的被测量流体的流量和流速的测量方法。
[0022]此外，图1所示的LI示出了从配置在上游侧的超声波发送接收器5向超声波发送接收器6传播的超声波的传播路径。另一方面，图1所示的L2示出了从配置在下游侧的超声波发送接收器6向超声波发送接收器5传播的超声波的传播路径。
[0023]在此，将流经流路3的流体的流速设为V，将超声波在流体中传播的速度设为C，将流体的流动方向与超声波的传播方向所成的角度设为Θ。
[0024]此时，在将超声波发送接收器5设为发送侧、将超声波发送接收器6设为接收侧的情况下，用以下的式(I)表示从超声波发送接收器5发出的超声波脉冲到达超声波发送接收器6为止的传播时间tl。
[0025]tl = L/(C+Vcos θ )(I)
[0026]另外，在将超声波发送接收器6设为发送侧、将超声波发送接收器5设为接收侧的情况下，用以下的式(2)表示从超声波发送接收器6发出的超声波脉冲到达超声波发送接收器5为止的传播时间t2。
[0027]t2 = L/(C-Vcos Θ )(2)
[0028]而且，如果从传播时间tl的式⑴和传播时间t2的式⑵去除流体的声速C，则得到以下的式(3)。
[0029]V = L/2cos Θ (l/tl_l/t2)(3)
[0030]此时，如根据式(3)所判明那样，如果超声波发送接收器5与超声波发送接收器6之间的距离L和角度Θ已知，则能够使用由超声波传播时间测量电路7测量出的传播时间tl和传播时间t2来求出流体的流速V。
[0031]而且，运算部8如果根据需要对上述那样求出的流速V乘以流路3的截面积S和校正系数K，则能够根据以下的式(4)求出流量Q。
[0032]Q = KXSXV(4)
[0033]根据以上说明，能够使用本实施方式的超声波流量计测量流体的流量Q0
[0034]下面，使用图2A和图2B来详细地说明作为本实施方式的要点的超声波发送接收器的向流路的安装结构以及超声波发送接收器的构造。此外，下面以超声波发送接收器5为例进行说明，但显然超声波发送接收器6也为相同的情况。
[0035]图2A是本实施方式的安装到流路的超声波发送接收器的立体图。图2B是图2A的2B-2B线截面图。
[0036]如图2A和图2B所示，超声波发送接收器5至少包括声匹配体9c、金属板9a、压电体％、绝缘性减振构件11以及两个引线10等。声匹配体9c例如通过粘接剂被粘接固定于金属板9a的一个面(与在流路3内流通的流体相向的面)。另一方面，压电体9b例如通过粘接剂、导电糊剂被粘接固定于金属板9a的另一个面。一方的引线10同没有与金属板9a粘接的压电体9b的电极电连接。另一方的引线10经由金属板9a与粘接于金属板9a的压电体9b的电极电连接。此外，例如利用焊料、导电糊剂等进行压电体9b与引线10的接合以及金属板9a与引线10的接合。此时，在接合部中使用了粘接剂的情况下，金属板9a与压电体9b的电极以欧姆接触的方式电连接。
[0037]例如用热固性树脂填充玻璃的中空球体的间隙并进行固化来构成声匹配体9c。此外，也可以将声匹配体9c设为在陶瓷多孔体的声波放射面形成有声膜的结构。此时，以λ/4 (λ:超声波的波长)的厚度来调整设置声匹配体9c。由此，能够高效地将超声波传播到被测量流体。
[0038]金属板9a例如由铁、不锈钢、黄铜、铜、销、镀镍钢板等中的任一个构成，但如果是金属材料，则也可以是其它材料。
[0039]关于压电体％，如果是示出压电性的材料，则可以是任意的压电材料，但特别优选的是钛酸钡或者锆钛酸铅等材料。
[0040]另外，绝缘性减振构件11形成为覆盖压电体9b的外周。同时，绝缘性减振构件11形成为覆盖金属板9a与流路3的抵接面以及压电体9b的安装侧的金属板9a。由此，绝缘性减振构件11与金属板9a和压电体9b形成一体，并施加了固定强度的粘合力。
[0041]本实施方式的超声波发送接收器5如上述那样构成。
[0042]而且，超声波发送接收器5如图2B所示那样隔着绝缘性减振构件11被固定于流路抵接面3a，该流路抵接面3a设置于由流路3的开口部4形成的安装部3b。此时，通过利用以下要详细说明的固定构件13向流路3的开口部4的流路抵接面3a进行压缩，来向流路3的安装部3b固定超声波发送接收器5。
[0043]另外，超声波发送接收器5设置有没有形成绝缘性减振构件11的未形成部14。而且，在未形成部14处金属板9a露出。
[0044]下面，使用图3来详细地说明上述固定构件13的构造和结构。
[0045]图3是本实施方式的固定构件13的截面图。
[0046]如图3所示，固定构件13包括:固定构件主体13a ;按压部18，其被压紧于超声波发送接收器