由整体式聚合物结构形成的超声波流量计壳体的制作方法

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计壳体和涉及一种包括壳体的超声波流量计。特别地，本发明涉及一种具有聚合物壳体的超声波流量计。

背景技术：

用于计算水、热、冷气、气体等的消耗量的基于超声波的流量计通常具有金属的流动部分，该金属的流动部分具有形成流道的贯穿孔。具有用于容纳电子部件的腔的隔室或壳体附接到所述流道。所述壳体用于保护电子部件，例如控制所述超声波换能器的测量电路，和任何附加电子设备，例如用于计算消耗量的计算电路，用于显示代表所述消耗量的数值的显示器，用于为所述电子部件供电的电池，无线电通信模块等。

流量计的制造包括许多制造步骤。为了提供成本适宜地制造的流量计，必需控制所述制造方法以限制包含的步骤数量。

国际专利申请WO2009/129885 A1公开了一种超声波测量装置，其包括基于聚合物的测量管和壳体，其中，所述壳体注射模制到所述测量管上以用无密封和无缝的方式连接它们。虽然这个装置可能比基于金属测量管的流量计制造更简单，尽管如此，它也遇到需要许多模制步骤以便制造所述组件的问题。

技术实现要素：

可以看出，本发明的目的在于提供一种超声波流量计，它能够用有限数量的步骤制造和组装。

在第一方面中，本发明提供一种超声波流量计壳体，它的形式为铸成一件的整体式聚合物结构。所述整体式结构包括流管和与所述流管分开的腔，其中，所述流管限定贯穿的直流区段，其布置成在入口和出口之间的流体通道，并且所述流动区段壁的一部分是所述腔的内表面的一部分，从而所述流动区段和腔具有共用的壁面积；

其中，所述腔布置成容纳

-至少一个超声波换能器，在所述共用的壁面积；以及

-测量电路，其可操作地连接到所述至少一个超声波换能器，以便允许测量所述流体的流动速率。

根据本发明的具有壳体的流量计能够用比现有计量器减少数量的步骤制造，因为只有单一步骤用于形成整体式聚合物结构。本发明依赖的洞察力是流量计壳体具有直流区段，所述直流区段以它的壁的一部分是所述腔的内部的一部分的方式与腔分开，所述流量计能够一方面在单一步骤中铸造，并且另一方面能够提供适于容纳流量计的所有必需部件的壳体。

在一个普通实施例中，所述共用面积可包括通到所述流管的开口以便将超声波换能器安装到所述开口，从而提供与流动的流体直接接触。这种安装需要在所述换能器和开口之间流体紧密密封，以阻止流体从所述流动区段流到所述腔中。有利地，在有利的实施例中，所述流管和腔利用防水壁分开，并且所述至少一个超声波换能器布置成利用所谓匹配层原则将超声波信号从所述腔通过所述共用面积中的壁传递到所述流动区段中。在这个实施例中，所述超声波换能器简单地定位成与所述共用面积接触，避免任何密封装置。藉此移除任何获得流体密封的组件所必需的步骤，以及提供所述流体密封的组件所需要的任何零件。所述匹配层原则例如在公开的专利申请EP 2 037 231中进一步公开了。

有利地，所述腔设有只有单一的开口，它布置有用盖密封连接的装置。这样，设置在所述腔的封装空间中的任何电子设备能够仅利用单一密封结构与环境封闭隔开。而且，因为所述流动区段可以用所述共用壁/所述流动区段的内表面密封，这个单一密封将密封所述封装空间与所述流量计放置于其中的周围环境条件，但不阻止所述流动的流体。

在第二方面中，本发明涉及一种包括根据本发明第一方面的壳体的超声波流量计。

应当理解的是，如在所述第一方面所提及的，相同的优点和等同实施例适用于所述第二方面。

所述第一和第二方面的进一步有利的实施例在实施例的说明中公开。

在实施例中，所述超声波流量计可以是收费流量计的一部分，例如水表、气体流量计、量热计或冷气计。所述流量计可以是法定计量器，即遵从规章要求的流量计。这种规章要求可以是要求测量的精度。

附图说明

下面将参考附图，仅以实例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1A和1B例示流量计壳体的实施例；

图2例示超声波流量计的实施例的分解视图；

图3A和图3B例示处于组装状态的图2的水表；

图4例示具有插入到流管中的测量管元件的流量计壳体；以及

图5A和5B以未组装的透视图(图5A)和组装的横截面视图(图5B)的形式例示模制模具。

具体实施方式

图1A和1B例示流量计壳体10的实施例，在图1A中以透视图的形式显示，在图1B中以剖视图的形式显示。

所述壳体设置为铸成一件的聚合物结构。所述壳体包括第一壁1，如图1B中最佳所示，它形成直流道2或流管，其形式为在开口3和4之间，即入口3和出口4之间，的贯穿开口。入口和出口的横截面面积沿着所述流道平行。这个第一壁1优选具有以适当尺寸朝向端部3、4的圆形外截面以装配到连接管线。所述端部区段通常设有螺纹部分9，然而可以使用其他类型的连接方式。第二壁5形成具有开口7的腔6。第一和第二壁共用一个共用壁面积8，它是所述流动区段的一部分和所述腔的内表面的一部分。所述共用壁面积，尤其在指定支持所述超声波换能器的面积中，与从所述入口流到所述出口的流动方向平行。虽然所述流量计壳体的贯穿实施例在图1A和1B中进行了例示，但应该理解所述流量计壳体能够以许多方式成形以适应关于外部尺寸和要容纳在所述腔内的部件的尺寸和形状的限制。

图2例示超声波流量计的实施例的分解视图，所述超声波流量计的形式为基于根据本发明实施例的流量计壳体10的水表。

单一单元壳体10，尤其是腔6，布置成容纳至少一个超声波换能器，在这里是两个换能器20，和电路板21，电路板21包括可操作地连接到所述换能器的测量电路，用于测量流过流道2的流体的流动速率。所例示的水表是紧凑型计量器，除所述换能器和测量电路外，它在腔6中还具有许多另外的电子部件，如下面将讨论的。

所述流管壁，即所述流管和腔的共用面积8，包括两个凹下的面积22，用于容纳超声波换能器20(还参见图1A)。所述凹下的面积是指定接收所述换能器的面积。在支持所述换能器的面积中，可能在所述面积应具有保证足够强度的厚度的约束下，所述壁的厚度调整成适当的厚度以保证所述超声波换能器发射的超声波穿过所述壁传递。所述面积因而可以是凹下、突出或者所述整个共用面积可以设有适当的壁厚。在实施例中，所述壁的厚度匹配所述换能器发射的超声波的多个半波长或多个波长。在不需要重新加工的条件下，所述需要的壁厚能够设置成与所述壳体的模制相联系。此外，所述换能器以声学上的方式联接所述壁，通常利用联接材料，例如一层黏胶或油脂或其他适当材料。

在组装状态下，超声波换能器20利用固定构件，例如金属夹或钎焊(未显示)，优选以机械方式和电的方式连接到电路板21。所述壳体的这种形式因而支持包括所述超声波换能器和测量电路(和可能的其他部件)的分开单元的安装，所述超声波换能器和测量电路(和可能的其他部件)在所述流量计最终组装之前能够进行组装和测试。

在所例示的实施例中，两个超声波换能器20布置在电路板21的匹配开口23中。这些开口用于使所述换能器关于所述电路板及关于所述流管，相对于彼此进行定位。

电路板21还包括附接到所述底部侧的电池24和附接到上部侧的一组终端25。电池24适当附接，以便当组装时，在围绕所述腔的流管对称地布置的伸长的空间100中(参见图1A和1B)，装配在流管2的每一侧上。这种伸长的空间的设置为具有容纳在所述腔内部的电池的紧凑的电池供电的流量计准备空间。

所述流量计还包括支撑元件26，用于在组装时将换能器20按压到流管2的壁的表面上。设置穿过所述支撑元件和穿过所述电路板的孔，用于利用螺钉(未显示)固定在所述壳体中形成的相应固定结构27。支撑元件26能够用印刷电路板，用聚合板，例如在压力模具铸造方法中形成，或者用金属板，形成。

在所例示的实施例中，除用于操作所述换能器的测量电路外，电路板21还包括计算电路，它布置成基于如用所述测量电路确定的流动速率计算流体的消耗量。这种计算电路还可以用分开的机构设置。

所述流量计还包括显示元件28，在这里布置在电路板的上部侧，布置有一组终端以接合终端25。

螺纹顶部部分29与顶部罩200一起布置成形成盖，以便与所述壳体接合，在所述壳体的外周缘上具有相应的螺纹203。所述顶部罩在所述显示元件前面具有透明部分。柔性O形环201用于提供在顶部罩200和腔6的开口之间提供防水的封装空间，藉此提供防水腔6。

优选地，共用面积8包括平坦的区段。这个平坦的区段是有利的，因为它能够用作电子部件的放置或支持表面，尤其是用于控制所述换能器的测量电路的放置或支持表面。所述共用面积优选在与所述腔的开口的平面相平行的平面内是平坦的。

在所例示的实施例中，所有部件都以成层的方式设置，并且都能够通过将下一层安装在上一层来简单地安装。这个成层的结构利用用作共同放置表面的平坦的共用面积支撑。这样，所述壳体的结构便于非常高度自动化地组装。

在所述腔内部还可以设置附加电路、部件或元件，例如用于对所述计量器远距离读数的无线电通信单元，和/或其他类型的无线通信装置，包括任意天线或传递装置。在这方面，所述壳体的材料优选用对所选择的通信信号透明，尤其对无线电信号透明，的材料制成。

图3A和图3B例示处于已经组装状态的图2的水表。图3A例示剖视图，显示所述壳体的腔内的部件，图3B例示从外侧观察的封闭的水表。

在所例示的实施例中，所述计量器设置了非常简单的结构，仅需要罩或盖以防水地装配到所述开口上，从而为所述腔内部的元件提供有效的潮气密封。

在替代实施例中，盖未设置为罩的形式。而是，所述腔可以填充有铸塑材料以封闭所述腔内部的元件。

图4例示类似于图1B的流量计壳体，除了测量管元件40插入到流管2之外。

在这里所示类型的流量计中，所述超声波换能器设置在所述流管的壁的平坦区段上的同一平面中，在这里在凹口22中。在这个实施例中，所述超声波信号被从第一换能器沿着垂直于流动方向的方向引入到所述流管中，然后从反射器表面42反射，以沿着在这里用测量管43限定的测量区段前进，被第二反射器反射，最后被所述第二换能器探测。

为了在所述流管中正确地布置测量管元件或超声波反射器装置，所述流量计壳体可以在所述流管内部设有一个或更多个突出或缺刻以与所述测量管元件或反射器装置相接合。在图1B中例示突出101，而在图2中，缺刻设置为切口202的形式。

作为测量管元件的替代，所述整体式聚合物结构的贯穿开口的内侧可以成形为限定所述测量管。此外，作为反射器装置的替代，所述贯穿开口的内侧也能够形成(例如铸造)适当的形状，使得所述贯穿开口的内侧形成反射器装置。

在所例示的流量计中，不测量流动的流体的温度。为了提供能量计量器，即能够测量能量的消耗量的流量计，需要进行温度测量。为了便于这种测量，所述流量计可以包括温度传感器，它安装成感测所述贯穿开口内侧的流体的温度，例如利用金属袋(metal pocket)铸造在所述整体式聚合物结构中，或者利用其他适当的方式。

合适选择聚合物以保证良好地屏蔽湿气或者其他不需要的成分入侵到所述腔内部，例如形式为穿过所述流管的壁渗透的水或者形式为从周围环境穿过所述腔壁渗透的湿气。尽管如此，聚合物不是完全不透水的。虽然聚合物壳体对许多应用提供充分地屏蔽水，湿气禁止装置可以设置在所述腔的内部，例如形式为围绕所述测量电路和/或计算电路的至少一部分铸造的材料，或者例如湿气禁止气体，或例如湿气吸收凝胶。在替代方式中，对穿过所述聚合物渗透到所述腔中的潮气的抵抗能力可以利用施加到所述流管和/或腔内表面的涂层或箔膜提高。

适用于所述壳体的合适聚合材料的实例是：PPS、PES、PS混合物，或PA12，PA12除提供低湿气渗透性外，它的强度还足够高以便使它在管线安装中刚性地安装它时不因施加到所述结构的机械力而折断。在进一步的实施例中，所述聚合材料可以是复合材料，即基于聚合物和例如碳、玻璃等的另一种类型的材料。

所例示的流量计是用电池供电的，然而，基本上防水的电连接器可以布置在所述腔壁中或盖中以形成电连接，从而将电能供给到所述腔中的一个或更多个电能消耗元件。电连接器还可以用于在布置在所述腔内的电路和外侧之间传送数据，例如所述电连接器可以联接到在外部布置的计算电路。

图5A以透视图的方式例示可以用于注射模制方法以模制流量计壳体的铸造模具或模。所述模具包括两个半部分50，51、一个底部52和三个芯部：两个侧芯53,54和一个顶芯55。这种类型的模具能够用于将所述聚合物结构制造为整体式结构，不需要附加的制造步骤以便用作工作超声波流量计的壳体。既然所述流量计壳体的所有元件能够通过外部搁板50-52和芯部53-55的组合形成，通过具有包括位于所述入口和出口之间的直流区段的壳体，并且通过具有位于所述腔和流管之间的共用壁面积，所述壳体能够在单一步骤中铸造。

图5B例示处于组装状态的图5A的铸造模具的横截面。所述横截面是沿着线56获得的。

如所看到的，在组装状态中，注射通道57提供进入根据本发明实施例的流量计壳体的凹陷(negative)58的路径。

虽然已经结合具体实施例描述了本发明，但无论如何都不应理解为本发明限制于所显示的实例。本发明能够用任何适当的方式实施；并且本发明的保护范围根据所附的权利要求书进行解释。权利要求中的任何附图标记不应理解为限制所述保护范围。