金属盘的外圆周有90°的偏移。取决于保持元件17的数量，沿金属盘14的圆周的保持元件17的一般规则分布是优选的。例如，如果使用3个保持元件，120°的偏移是优选的。
[0059]图3示出了带有其它保持元件17a的根据本发明的超声换能器的金属板24的另一个优选的实施例变形。
[0060]然而，与图1-2相比，第二部分21的边缘表面21.5向压电元件22倾斜，造成边缘表面朝向压电元件22。关于图2中的伸出20，这使得可以防止压电元件在金属板上的横向运动。图3、3a和3b的示例实施例中的倾斜边缘表面21.5的小支撑区域和图2的示例实施例中的伸出20有利地减小了声脉冲在金属盘边缘表面的任何传输。另外，装配期间压电元件倾斜的危险性也减小了。
[0061]图5和图6示出了根据本发明的超声换能器，其带有如图3和图4描绘的凹口和金属盘14，并且其上放置有压电元件22。
[0062]在耦合元件23中包含了凹口 25。后者是圆筒状的。凹口有边缘表面和在本示例实施例中被压电元件22和其下的金属盘24所隐藏的后底部区域。在底部区域，主要的部分，即，超过50%的由压电元件产生的超声信号被引入耦合元件。同时，底部区域的角度定义了到测量介质的进入角。
[0063]耦合元件有接触区域33，基本已知的一种方式是，其上由压电元件产生的超声信号被传输到测量介质或超声流量计的测量管中。
[0064]在特别优选的示例实施例中，在金属盘24和耦合元件23之间设置了罐封材料的λ /4适应层26。这种具有在金属盘和耦合体的声波阻抗之间的声波阻抗的材料有利地防止了任何超声信号回声。金属盘特别优选地处于停止件27之上。
[0065]作为选择，但是较不优选的实施例变形会将金属盘粘接到親合体。
[0066]耦合体23可以由高温热塑性材料构成，例如，可以用商品名为Ultem 1000的未填充聚醚酰亚胺(PEI)。
[0067]从图5中可以看出，耦合元件可以有利地在它的外圆周上有径向槽来容纳O形环，以便牢固地封住在容器的钻孔或流量计的测量管中的超声换能器。根据本发明，超声换能器也可以被这样处理。
[0068]就如开始所述，例如，超声换能器可以被插进含有流动的测量介质(粉末、液体、气体、蒸汽)且其体积流量和/或流速待被测量的超声流量计的测量管中。为实现此目的，两个超声换能器彼此间隔一定距离被插进、放置在或夹在测量管上，并可选的切换为超声发射器和超声接收器。
[0069]通常，如上所述，每一个超声换能器都有带有接触区域23a的耦合体23，在接触区域23a上，由压电元件22产生的超声信号被从耦合体23进入测量管或测量介质地传输或接收。
[0070]例如，发送的信号的传输时间差允许根据基本已知的原理电子计算流速和/或体积流量。
[0071]压电元件可以被成形为盘，而且优选由陶瓷压电材料构成，例如PZT-5标准软陶
bL.0
[0072]金属盘的厚度优选至多等于由金属盘中的压电元件所发射的超声信号波长的四分之一。后者优选由纯铝构成。然而，它也可以由钛、不锈钢、黄铜或铅或合金构成。
[0073]最合适的罐封化合物特别是液体固化环氧树脂。可以使用密集地填充有铝氧化物的环氧树脂，铝氧化物可以超过环氧树脂重量的50%，甚至可以达到环氧树脂重量的70% _80%。作为罐封化合物的替代物，熔胶可以被用来连接金属盘与耦合体。它们在比传感器操作温度和固化高的温度下被引入，或者它们由混合有与超声波长相比较小的颗粒的永久弹性的罐封化合物构成。这还可以减小热应力。
[0074]各个层和组件的顺序遵循超声信号的阻抗梯度，直到超声信号离开超声换能器。
[0075]超声换能器的相应的层和组件的阻抗用MKS单位标明如下:
[0076]压电元件:Z= 18-30MRayl ；
[0077]金属盘(铝盘){I =小于18MRayl，特别地10_17MRayl ；
[0078]适应层和/或罐封化合物(填充有Al2O3的环氧树脂):5_9MRayl，特别地6.5-7.5MRayl ；
[0079]PEI 耦合元件:小于 4MRayl，特别地 2.5-3.5MRayl。
[0080]由于更加适应的阻抗过渡，可以达到提高超声信号的信号强度的优势。
[0081]另外，层顺序也造成了在组件的顺序中关于热膨胀系数的梯度，这允许超声换能器承受改进的温度变化连续性，这样，在材料层没有遭受高拉伸力或高剪应力的情况下，测量可以在更高温度的范围内进行。
[0082]除了保持元件17或20，示例实施例中的金属板优选还具有定位部分30，其啮合在圆筒形凹口 25的边缘侧上的自由区域31中并且用作凹口 25内的金属盘14的抗扭保护。
[0083]附图标记列表
[0084]I超声换能器
[0085]2压电元件
[0086]3親合元件
[0087]4金属盘
[0088]5 凹口
[0089]6金属板
[0090]7保持元件
[0091]7.1 表面
[0092]7.2 表面
[0093]7.3边缘表面
[0094]7.4边缘表面
[0095]7.5边缘表面
[0096]8 腔体
[0097]12压电元件
[0098]14金属盘
[0099]14.1 表面
[0100]14.2 表面
[0101]17保持元件
[0102]18保持元件17的第一部分
[0103]19保持元件17的第二部分
[0104]19.1 表面
[0105]19.2 表面
[0106]19.3边缘表面
[0107]19.4边缘表面
[0108]19.5边缘表面
[0109]20 伸出
[0110]17a保持元件
[0111]21保持元件17a的第二部分
[0112]22压电元件
[0113]23耦合元件23a接触区域
[0114]24金属盘
[0115]25 凹口
[0116]26适应层27停止件
[0117]30定位元件31自由空间
[0118]32径向槽K弯曲边缘
【主权项】
1.一种超声换能器，包括:带有第一凹口(25)的耦合元件(23)， 其中所述第一凹口(25)用于容纳将超声信号引入所述耦合元件(23)的压电元件(12，22)，其中中间层被设置在所述压电元件(22)与所述耦合元件(23)之间， 包括:金属盘(14，24)； 其特征在于， 所述金属盘(14，24)具有保持元件(17，17a)， a)具有第一部分(18)，每一个第一部分(18)都与所述金属盘(14，24)在相同的水平面上，并从所述金属盘(14，24)的圆周径向伸出，以及 b)具有第二部分(19，21)，每一个第二部分(19，21)都与所述第一部分(18)接合并从所述金属板(14，24)的水平面伸出并被连接到所述第一部分(18)。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述保持元件(17，17a)在边缘侧上支撑所述凹口(25)中的所述金属盘(14，24)，并且，所述保持元件(17，17a)防止位于所述金属盘(14，24)上的压电元件(12，22)的任何横向运动。3.根据权利要求1或2所述的超声换能器，其特征在于，所述第二部分(19)具有两个表面(19.1，19.2)和三个边缘表面(19.3，19.4，19.5)，其中所述边缘表面之一(19.5)与所述金属板(14) 一起构成90° (±5° )的角(β)。4.根据任一前述权利要求所述的超声换能器，其特征在于，指向所述压电元件(12)的所述第二部分(19)的边缘表面(19.5)包括伸出(20)。5.根据任一前述权利要求所述的超声换能器，其特征在于，指向所述压电元件(22)的一个边缘表面(21.5)或所述第二部分(21)的所述边缘表面的部分朝向所述压电元件(22)倾斜，以此方式在所述边缘表面或所述边缘表面的所述部分与所述金属盘(22)或与之平行的平面之间形成的角(β)小于90°，特别在70-85°之间。6.根据任一前述权利要求所述的超声换能器，其特征在于，彼此偏离180°的两个保持元件(17，17a)的特征为在第一和第二部分(18，19，21)之间的过渡部分处的弯曲的边缘(K)，所述弯曲的边缘(K)遵循贯穿于所述金属盘(14，24)中心的公共线。7.根据任一前述权利要求所述的超声换能器，其特征在于，λ/4适应层(26)被布置在所述金属盘(14，24)与所述耦合体(23)之间。8.—种超声流量计，用来确定测量介质的流速或体积流量，具有测量管和沿所述测量管的长度布置的至少两个根据权利要求1所述的超声换能器，每个超声换能器具有带接触区域(23a)的耦合体(23)，在所述接触区域(23a)处，产生的超声信号可以被传输到所述测量管或所述测量介质，或是在那里被接收。
【专利摘要】本发明涉及超声换能器。超声换能器包括具有第一凹口的耦合元件，第一凹口用来放置压电元件，压电元件将超声信号馈入耦合元件；在压电元件与耦合元件之间放置了包括金属盘的中间层，金属盘包括保持元件，(a)带有第一部分的每一个保持元件平置在与金属盘相同的平面上，并从金属盘的圆周径向伸出，并且(b)带有与第一部分邻接的第二部分的每一个保持元件从金属板的平面伸出并被连接到第一部分。
【IPC分类】G10K11/02, B06B1/06, G01F1/66
【公开号】CN105190254
【申请号】CN201480025033
【发明人】阿希姆·维斯特, 安德里亚斯·贝格尔
【申请人】恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年4月22日
【公告号】DE102013104544A1, DE102013104544A8, DE102013104544B4, EP2992303A1, US20160103005, WO2014177411A1