CN103968902A - 超声波换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声波换能器，具体而言，涉及一种作为超声波流量测量仪的主要部件的超声波换能器，带有换能器壳体和换能元件，其中，换能器壳体具有超声窗、壳管和壳体凸缘，且换能元件或者设置在壳管的面对应测量其流量率的介质的端部处，或者设置在壳管的背对应测量其流量率的介质的端部处，并且其中，超声波换能器可借助于壳体凸缘固定到换能器支架处，且为此换能器壳体的壳体凸缘可借助于壁螺栓和防松螺母夹紧到换能器支架的支架凸缘与配对凸缘之间。根据本发明的超声波换能器由此改善，即换能器壳体的壳体凸缘在其面对配对凸缘的侧部处具有这样的外轮廓，其允许在壳体凸缘没有倾斜的情况下靠着换能器壳体的壳体凸缘夹紧配对凸缘。

Description

超声波换能器
技术领域
本发明涉及一种作为超声波流量测量仪的主要部件的超声波换能器(Ultraschallwandler)，带有换能器壳体和换能元件，其中，换能器壳体具有超声窗(Ultraschallfenster)、壳管(Gehäuserohr)和壳体凸缘，且换能元件或者设置在壳管的面对应测量其流量率的介质的端部处，或者设置在壳管的背对应测量其流量率的介质的端部处，并且其中，超声波换能器可借助于壳体凸缘固定到换能器支架处，且为此换能器壳体的壳体凸缘可借助于夹紧螺栓和防松螺母夹紧到换能器支架的支架凸缘与壳体凸缘之间。
背景技术
在工业中，测量技术、控制技术、调节技术和自动化技术特别重要。这尤其适用于为控制技术、调节技术和自动化技术的基础的测量技术。测量技术的重要领域为流量测量技术(参见Dr. sc. nat. Otto Fiedler教授1992年10月在慕尼黑由R. Oldenbourg出版社出版的文献“Strömungs- und Durchflußmeßtechnik(流体和流量测量技术)”的全面的描述)。对于流量测量技术而言，特别重要的(参见“Strömungs- und Durchflußmeßtechnik”，出处同上)是根据机械工作原理的流量测量***，尤其浮子式流量测量仪和科氏流量测量仪、热式流量测量仪、磁感应式流量测量仪以及超声波流量测量仪。
在超声波流量测量仪中充分利用如下效应，即在在测量管中输送的介质中使介质的输送速度与声信号的传播速度相叠加。当朝声信号的方向上输送介质时，声信号相对于测量管的测得的传播速度因此大于在静止的介质中的传播速度，而当与声信号的方向相反地输送介质时，声信号相对于测量管的速度小于在静止的介质中的速度。由于拖曳效应(Mitführeffekt)，声信号在发声器与声接收器(发声器和声接收器为超声波换能器)之间的运行时间取决于介质相对于测量管且因此相对于超声波换能器(即相对于发声器和声接收器)的输送速度。
此外，在本发明所基于的现有技术中，超声波换能器可借助于其壳体凸缘固定到换能器支架处。为此将壳体凸缘夹紧到换能器支架的支架凸缘与配对凸缘之间，更确切地说借助于夹紧螺栓和防松螺母来夹紧。
尤其当应测量其流量率的介质具有很高的温度(特别是处在高压下)时，那时超声波换能器在换能器支架处的固定必须满足很高的要求，固定还尤其必须以加压下不渗透的方式实现。在此不可防止：如图1显示的那样，在拧紧夹紧螺栓时配对凸缘经受拱弯；以及同样如图1显示的那样，配对凸缘的拱弯引起换能器壳体的壳体凸缘的拱弯。与此相联系的是换能器壳体的壳体凸缘的特别的负荷，以及设置在换能器壳体的壳体凸缘与换能器支架的支架凸缘之间的密封圈的特别的负荷。
发明内容
因此，本发明的目的在于对本发明所基于的超声波换能器进行如此设计和改进使得不再出现之前呈现出的问题。
根据本发明的超声波换能器(在其中，解决了之前导出且呈现的问题)首先且主要以此为特征：换能器壳体的壳体凸缘在其面对配对凸缘的侧部处具有这样的外轮廓，其允许在壳体凸缘没有倾斜的情况下夹紧配对凸缘。因此，根据本发明设法可实现配对凸缘的在靠着换能器壳体的壳体凸缘夹紧该配对凸缘时出现的拱弯，而在此换能器壳体的壳体凸缘对于拱弯的配对凸缘而言不必“软化”。换而言之，即必须设法可在这样的区域中实现配对凸缘的在靠着换能器壳体的壳体凸缘夹紧该配对凸缘时出现的拱弯，在换能器壳体的壳体凸缘的该区域中不存在材料。
之前已经概括性地阐述的具体地由此实现，即壳体凸缘在其面对配对凸缘的侧部处具有阶梯状的或切成斜面的外轮廓。
特别有利的是根据本发明的超声波换能器的一种这样的实施方式，在其中，换能器壳体的壳体凸缘在其面对配对凸缘的侧部处具有倒圆的外轮廓。优选地，壳体凸缘的外轮廓在其面对配对凸缘的侧部处具有这样的外轮廓，其带有允许配对凸缘在壳体凸缘的倒圆的外轮廓处滚动的圆角半径。
附图说明
现在具体存在设计和改进根据本发明的超声波换能器的各种不同的可行性方案。为此参照从属于专利权利要求1的专利权利要求和紧接着结合附图说明的且在附图中示出的实施例。其中：
图1显示了属于现有技术的超声波换能器，
图2显示了根据本发明的超声波换能器的第一实施例，
图3显示了根据本发明的超声波换能器的第二实施例，
图4显示了根据本发明的超声波换能器的优选的第三实施例，以及
图5显示了根据本发明的超声波换能器的在图4中示出的实施例，其中，夹紧螺栓被拧紧，即处在夹紧状态中。
具体实施方式
图1如上面进一步阐述的那样显示了一种属于现有技术的超声波换能器，而图2至5显示了根据本发明的超声波换能器。
对于示出的所有超声波换能器而言适用的是其相应为此外未示出的超声波流量测量仪的主要部件且具有换能器壳体1和换能元件2。换能器壳体1具有超声窗3、壳管4和壳体凸缘5。
在附图显示的所有的超声波换能器中，换能元件2相应设置在壳管4的面对应测量其流量率的介质的端部处。与此相反，换能元件2可设置在壳管4的背对应测量其流量率的介质的端部处。超声波换能器(在其中，换能元件设置在壳管的背对应测量其流量率的介质的端部处)的一种这样的实施方式例如在德国专利文献198 12 458中进行了说明和示出。对此，何时和为什么选择这种实施方式可参照上述公开的文献。
如所有的附图显示的那样，超声波换能器借助于壳体凸缘5固定在换能器支架6处。为此，换能器壳体1的壳体凸缘5借助于夹紧螺栓9和防松螺母10夹紧到换能器支架6的支架凸缘7与配对凸缘8之间。
由图1可得悉本发明所基于的问题。通过借助于夹紧螺栓9和防松螺母10靠着换能器壳体1的壳体凸缘5夹紧配对凸缘8出现配对凸缘8的拱弯。配对凸缘8的拱弯还已经直接引起换能器壳体1的壳体凸缘5的拱弯。由此如在图1中表明的那样引起换能器壳体1的壳体凸缘5的很高的负荷，但还引起设置在换能器壳体1的壳体凸缘5与换能器支架6的支架凸缘7之间的密封圈11的很高的负荷。
现在，根据本发明提供换能器壳体1的壳体凸缘5在其面对配对凸缘8的侧部处具有这样的外轮廓12，其允许在壳体凸缘5没有倾斜的情况下夹紧配对凸缘8。
对于根据图2的实施例而言，换能器壳体1的壳体凸缘5在其面对配对凸缘8的侧部处具有阶梯状的外轮廓12。在根据图3的实施例中，换能器壳体1的壳体凸缘5在其面对配对凸缘8的侧部处具有切成斜面的外轮廓12。
图4和5显示了根据本发明的超声波换能器的一种完全特别优选的实施例。在该实施例中，壳体凸缘5在其面对配对凸缘8的侧部处具有倒圆的外轮廓12。在此，设置在壳体凸缘5的面对配对凸缘8的侧部处的倒圆的外轮廓12具有允许配对凸缘8在壳体凸缘5的外轮廓12处滚动的圆角半径。
如果比较根据本发明的超声波换能器的在图4和5中示出的实施例与在图1中示出的属于现有技术的超声波换能器，那么根据本发明已经达到了什么立即变得很明显，即避免了换能器壳体1的壳体凸缘5的特别的负荷，以及避免了设置在换能器壳体1的壳体凸缘5与换能器支架6的支架凸缘7之间的密封圈11的特别的负荷。

Claims (5)

1. 一种作为超声波流量测量仪的主要部件的超声波换能器，带有换能器壳体(1)和换能元件(2)，其中，所述换能器壳体(1)具有超声窗(3)、壳管(4)和壳体凸缘(5)，并且所述换能元件(2)或者设置在所述壳管(4)的面对应测量其流量率的介质的端部处，或者设置在所述壳管(4)的背对应测量其流量率的介质的端部处，并且其中，所述超声波换能器可借助于所述壳体凸缘(5)固定在换能器支架(6)处，并且为此所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)可借助于壁螺栓(Wandschraube)(9)和防松螺母(10)夹紧到所述换能器支架(6)的支架凸缘(7)与配对凸缘(8)之间，其特征在于，所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)在其面对所述配对凸缘(8)的侧部处具有这样的外轮廓(12)，其允许在所述壳体凸缘(5)没有倾斜的情况下靠着所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)夹紧所述配对凸缘(8)。
2. 根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)在其面对所述配对凸缘(8)的侧部处具有阶梯状的外轮廓(12)。
3. 根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)在其面对所述配对凸缘(8)的侧部处具有切成斜面的外轮廓(12)。
4. 根据权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)在其面对所述配对凸缘(8)的侧部处具有倒圆的外轮廓(12)。
5. 根据权利要求4所述的超声波换能器，其特征在于，所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)的外轮廓(12)具有允许所述配对凸缘(8)在所述换能器壳体(1)的壳体凸缘(5)的外轮廓(12)处滚动的圆角半径。
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