超声换能器和超声流量计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的超声换能器和根据权利要求8的超声流量计。
【背景技术】
[0002]在超声换能器的安装领域，我们已知多种不同的布置和层顺序。
[0003]通用EP O 974 814 BI描述了带有支撑或接触区域的耦合元件，耦合元件具有凹口用来容纳压电元件。金属盘被布置在親合元件与压电元件之间。金属元件被粘在相对于支撑的斜面的平面上，其中的平面同时是凹口的底表面。为了使压电元件居中和稳固以防止其横向运动，金属盘具有从其水平面伸出的有角度的金属薄片元件。这样的构造已经证明了其根本价值，因为它的高温交变应力而使得其价值特别突出。然而，如果没有将压电元件平面放置在金属盘上，而是被支撑在有角度的金属薄片元件的弯曲边缘，就会出现测量误差和/或分布的超声信号。
【发明内容】
[0004]从EP O 974 814 BI出发，本发明的目的就是提供金属盘来降低对超声信号的破坏。
[0005]本发明通过提供具有权利要求1所列出的特征的超声换能器或提供具有权利要求8中所列出的特征的超声流量计来完成这项任务。
[0006]根据本发明，超声换能器包括具有第一凹口的耦合元件。
[0007]根据本发明，超声换能器的耦合元件具有第一凹口。第一凹口，例如，为设计成盲孔的倾斜钻孔。在其末端，凹口优选有底表面。这个底表面优选特别是平的，但是可以有开槽、冲压件等来增加表面，并且为待应用于底表面的罐封化合物提供更好的附着性。上面提到的第一凹口用作容纳压电元件。超声信号在由压电元件产生，并且可能通过其它中间层例如，金属盘，被传输到耦合元件之后，超声信号被馈入上面提到的底表面，尤其是垂直于底表面被馈入。
[0008]根据本发明，至少一个中间层被布置在压电元件和耦合元件之间。中间层包括金属盘O
[0009]根据本发明，金属盘具有保持元件，保持元件具有
[0010]a)第一部分，每一个第一部分都与金属盘在相同的水平面上，
[0011]并从金属盘的圆周径向伸出，以及
[0012]b)第二部分，每一个第二部分都接合第一部分，并从金属板的
[0013]水平面伸出并且和被连接到第一部分。
[0014]金属盘的保持元件的部分的分布减小了金属盘上压电元件倾斜的危险性，特别是在超声换能器的生产期间。
[0015]本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
[0016]保持元件可以有利地完成两个功能，以这种方式，它们在边缘侧上支撑凹口中的金属盘，并且还防止布置在金属盘上的压电元件的横向运动。
[0017]如果第二部分有两个表面和三个边缘表面，且边缘表面中的一个与金属盘一起形成90° (±5° )角，这将是有利的。边缘表面有利地作为抵靠相应保持部分的压电元件的侧向停止件。
[0018]面向压电元件的第二部分上的边缘表面特别的特征是伸出。当压电元件被放置在金属盘上，例如，在装配期间，这个伸出可以以特别有利的方式防止压电元件的倾斜。
[0019]或者或另外，指向压电元件的一个边缘表面或是第二部分的所述边缘表面的部分可以向压电元件倾斜，以这种方式在所述边缘表面或所述边缘表面的部分与金属盘或与金属盘平行的平面之间形成小于90°的角，特别在70-85°之间。这个版本还允许金属盘上压电元件的改进的装配。
[0020]如果每个偏移180°的两个保持元件具有处在穿过盘的中心的公共线上的、在第一和第二部分之间的过渡部分的弯曲的边缘，则其是在生产期间的有效的过程。这意味着为了成形金属盘，需要更少的折弯处理，因为保持元件的两个第二部分总是在一次折弯处理中形成。
[0021]为了允许理想的，特别是无回声的，金属盘与耦合体的连接，λ/4适应层可以被布置在金属盘与耦合元件之间。这个连接到目前为止由胶组成。与厚度为0.02-0.2_的典型胶层形成对比，以上提到的适应层的厚度对应于适应层材料中超声信号波长的四分之一，其中取决于带宽上的声学要求，适应层厚度还可以偏离这个值±25%。
[0022]参照本发明，超声换能器被用在根据传输时间差测量原理工作的超声流量计中。具有测量管的、用来确定测量介质的流速或体积流量的相应的超声流量计具有至少两个超声换能器，为了实现测量的目的，根据权利要求1，两个超声换能器被沿测量管的长度布置，其中每一个超声换能器具有带有接触区域的耦合体，在接触区域处，产生的超声信号可以被传输进测量管或测量介质，或是在那里被接收。
【附图说明】
[0023]下面，基于附图中的一些实施例示例，对本发明的主题进行了详细描述。它们示出:
[0024]图1为根据本发明，用在超声换能器中的金属盘的第一实施例变形的透视图；
[0025]图1a为带有压电元件的金属盘的详细视图；
[0026]图2为带有压电元件的金属盘的顶视图；
[0027]图2a为带有压电元件的金属盘的详细视图；
[0028]图3为根据本发明，用在超声换能器中的金属盘的第二实施例变形的侧视图；
[0029]图3a为带有压电元件的金属盘的详细视图；
[0030]图3b为带有压电元件的金属盘的详细视图；
[0031]图4为带有压电元件的金属盘的顶视图；
[0032]图5为金属盘在超声换能器中的定位；
[0033]图6为在EP O 974 814 BI中已知的超声换能器的剖视图；
[0034]图7为用在EP O 974 814 BI中的金属盘的顶视图；
[0035]图8为用在EP O 974 814 BI中的金属盘的侧视图；和
[0036]图8a为图8的侧视图的详细视图。
【具体实施方式】
[0037]图6示出了在EP O 974 814 BI中一般地已知和描述的超声换能器1，其公开通过引用完全并入本发明。
[0038]超声换能器I具有压电元件2和金属盘4的布置。超声换能器还有耦合元件3。这个耦合元件3也经常被称为耦合体。耦合元件经常被设计成楔形，因此被专家称之为耦合楔形。
[0039]耦合元件在示例性实施例中也被设计为耦合楔形。在下文中，会详细说明耦合元件的形式和功能。
[0040]耦合元件的基本形状是带有壳表面和两个底表面的圆筒形。两个底表面中的一个是有角度的。
[0041]与已知的耦合元件相比，本发明的耦合元件具有倾斜的钻孔形状的特殊凹口5，压电元件2可以被固定在其中。
[0042]例如，本发明示例实施例中设置在耦合元件3中的凹口 5，是带有圆形底部区域的圆筒形凹陷，在图6中被压电元件2和金属盘4所覆盖。然而，取决于压电元件的形状，也可以考虑其它的几何形状，如立方体凹陷和诸如此类的形状。例如，那些凹陷和/或凹口的底部区域被设计为正方形或矩形。在凹口的底部区域，主要的部分，即，由压电元件产生的超过50%的超声信号会被引入到耦合元件。同时，凹口底部区域的角度定义了到测量介质的进入角。
[0043]因此在任一情况下，凹口 5有至少一个底部区域，至少在被耦合元件限制的部分优选有一个边缘区域。
[0044]金属盘4有面向耦合元件3的下表面4.2和面向压电元件的上表面4.1。例如，为此，下表面粘接到耦合元件3和/或底部区域。
[0045]基于图7和图8，将会更加详细地描述已知的金属盘4的形状。
[0046]金属盘4有三个金属薄片部分6，在金属盘4上以每个大约120°角彼此偏移。金属薄片部分6与金属盘4设置在相同水平面上，并从金属盘4的圆周外围径向伸出。它们被用作金属盘到边缘或是到凹口 5的边缘的间隔物，这样金属盘就会处于凹口 5的中心。
[0047]另外金属盘4有使保持元件7定位和压电元件2居中的特征。这三个保持元件7每个以大约120°角彼此偏移。它们有两个表面7.1、7.2和三个边缘表面7.3、7.4、7.5。保持元件7从金属盘4的水平面弯曲。它们弯向金属盘的方向，并且定义大约90°的弯曲角度α。然而，就图8而论，可以看到由金属薄片部分的表面7.2和金属盘4的上表面4.1构成的弯曲角度α并不是理想的90°，而是比90°大，例如92°。
[0048]理想的90°弯曲角度在产品中难以实现。如同图8a所示，因此有可能发生压电元件2不是被金属盘4的下表面4.1支撑，而是被倾斜的保持元件7支撑。在压电元件2和金属盘4之间产生的腔体8可以部分地处于0.2mm到0.5mm的范围，而这是测量误差的原因。
[0049]图1示出了根据本发明的超声换能器中的金属盘14和压电元件12，图1示出的超声换能器避免了上述类型的测量误差的产生。金属盘有上表面14.1和下表面14.2，压电元件通过诸如耦合润滑脂的适应性材料，直接或间接地被放置在上表面上。
[0050]通过保持元件17的新设计可以解决这个问题。
[0051]图6-8中的金属薄片部分6和保持元件7的功能在单独的保持元件17中进一步结合在一起。
[0052]为此目的，保持元件17具有与金属盘14在相同的水平面和从金属盘14的圆周径向伸出的第一部分18。
[0053]此外，保持元件17有伸出金属盘水平面的第二部分19。第二部分19有两个表面19.1和19.2，以及三个边缘表面19.3、19.4和19.5。
[0054]在这里，第二部分19的边缘表面19.3优选与金属盘14的上表面14.1形成了 90°的角β。然而，这是仅为一个示例实施例。为第二部分选择的不同形状也可以用来创建不同的边缘表面。
[0055]第二部分19优选有伸出20，它从第二部分19的边缘表面19.3沿压电元件2的方向伸出。
[0056]保持元件17 —方面使得金属盘处于凹口的中心，另一方面也在金属盘14自身上定位压电元件12，使其处于金属盘14的中心。这样保持元件17就承担了紧凑的双重功能，即如图6-8所示的金属盘的金属薄片部分6和保持元件7的功能。
[0057]金属盘的成形可以采用适合量产的过程一一特别是打孔或激光处理和折弯。
[0058]如图2所示，保持元件17被设置成沿