DE3330411A1 - Piezo-wandler - Google Patents
Piezo-wandlerInfo
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München' VPA 83 P 1 6 2 2
Piezo-Wandler.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Piezo-Wandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
angegeben ist. ;
■ ;
• Ein Piezo-Wandler findet sowohl als Sender als auch als
Schwingungs-Aufnehmen bzw. -Empfänger, z.B. als Beschleunigungsmesser
u.dergl. verbreitete Anwendung. Dabei kann ein und derselbe Ultraschall-Wandler als· Sender un"d als
Empfänger benutzt seijn. Eine spezielle technische Anwendung solcher Ultraschall-Wandler ist die in einem Ultraschall-Echolot,
wie es z.B. !zur berührungslosen Entfernungsmessung verwendet wird. '
Die einfachste Ausf ührungs'f orm eines insbesondere für ein Echolot zu verwendenden Ultraschall-Wandlers ist eine
Scheibe aus piezoelektrischer Keramik. Titanat-Keramik und Titanat-Zirkonat-Keramik findet für piezoelektrische
Zwecke weite Verwendung. Je nach Zusammensetzung hat diese Keramik unterschiedliche Eigenschaften und insbesondere
ist Blei-Titanat-Kerämik wegen ihrer hohen Curie-Temperatur für die Verwendung bei hohen Umgebungstemperaturen
von Bedeutung.
Mit einer einfachen Keramikscheibe können allerdings in vielen Fällen die heutigen Anforderungen an einen derartigen
Piezo-Wandler nicht mehr befriedigt werden. Einerseits liegt dies daran, daß relativ hohe Schall-Leistung verlangt
wird. Andre Gründe hierfür sind hohe Präzision des
Bts 1 BIa / 19-8.1983
mittels eines solchen Wandlers zu erreichenden Meßergebnisses, sehr große Zuverlässigkeit und/oder lange Lebensdauer,
und zwar auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen wie Temperatur, mechanische Einflüsse, chemische Einwirkungen
und dergleichen.
Im Hinblick auf die vorgenannten Gesichtspunkte leistungsfähiger Piezo-Wandler bestehen heute im allgemeinen aus der
. .bereits erwähnten Keramikscheibe und einem diese Scheibe umgebenden Gehäuse. Dabei muß dieses Gehäuse den Bedingungen
genügen, die sich aus der Ultraschall-Aussendung, -Übertragung und/oder dem -Empfang ergeben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Piezo-Wandler mit Piezokeramikscheibe und Gehäuse anzugeben,
der insbesondere für hohe Umgebungstemperaturen verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Piezo-Wandler gemäß dem Patentanspruch
1 gelöst.
Die Erfindung beruht u.a. auf der Überlegung, daß bekanntermaßen weitverbreitet verwendete Klebung zur Montage der
Piezokeramikscheibe bei hohen Temperaturen bis zu z.B. 35O°C nicht mehr verwendbar ist. insbesondere muß auch dafür
Sorge getragen sein, daß Temperaturänderungen von Zimmertemperatur oder niedriger bis zu z.B. den erwähnten 35O°C
erhebliche Temperaturspannungen hervorrufen können, unter denen die Keramikscheibe unter keinen Umständen einen
Bruch erfahren darf. Die an sich bekannte Methode, die Keramikscheibe mit Druck anzupressen, erfordert ebenfalls
besondere Vorkehrungen, insbesondere dahingehend, daß vorhandene und/oder aufgrund von temperaturbedingten Formänderungen
entstehende Unebenheiten der Keramikscheibe
· "--■.■;-·-.;- ■ 333041
- H
83 P 1 δ 2 2 DE
bzw. zwischen Keramikscheibe und Gehäuse zuverlässig ausgeglicken werden müssen. Z.B. ist probeweise eine Goldfolie
von z.B. 10 bis 50μπι zwischen die Keraraikscheibe und
diejenige Gehäusefläche des Ultraschall-Wandlers gelegt
worden, an der diese Keramikscheibe mit Druck anliegt. Gold hat sich wegen seiner Duktilität für diesen Zweck als gut
geeignet erwiesen. . Insbesondere bei topfförmigem Gehäuse
spielt aber auch der: Montage-Aufwand eine Rolle, nämlich die
Goldfolie zwischen Keramik und Gehäusewand richtig zu plazieren. . . !
Eine der Erfindung gemäße Vereinfachung der Montage ist dadurch
erzielt, daß die Piezokeramikscheibe auf der nach Einbau im Gehäuse diesem Gehäuse zugewandten Fläche mit einer
Gold-Beschichtung versehen ist, die insbesondere 10 bis 50μπι
dick ist. Eine solche Schichtdicke reicht aus, um selbst temperaturbedingte Formänderungen der Keramikscheibe derart
auszugleichen, daß ganzflächig kein Spalt zwischen der Keramikscheibe und der gegenüberliegenden Gehäusewand auftreten
kann. Es sei darauf hingewiesen, daß selbst ganz geringe Spalte für die Ausbreitung einer akustischen Welle erhebliche
Auswirkungen haben.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolfolgenden,
anhand der Figur gegebenen Einzelbeschreibung zu einem Piezo-Wandler hervor.
Mit 1 ist der gesamte Piezo-Wandler bezeichnet. In dem'
Gehäuse 2 ist eine Keramikscheibe 3 aus Blei-Titanat vorhanden,
das eine Curie-Temperatur von 4900C hat. Zwischen
dieser Scheibe 3 und derjenigen Fläche 4 des Gehäuses 2; die dieser Scheibe 3 gegenüberliegt, ist die erfindungsgemäße
Schicht 5 aus z.B. Gold vorhanden. Diese Schicht 5 kann als die eine Elektrode verwendet werden. Auf der gegenüberliegenden
Fläche der Scheibe 3 ist die Gegenelektrode vorhanden .
' ζ " " 83 P 1δ2 2 DE
333Q41^
Eine solche Gold-Schicht kann insbesondere in der Weise
hergestellt sein, daß eine zunächst aufgebrachte Oberflächen-Metallisierung der Scheibe 3 mittels Einbrennmetall,
Metall-Aufstäubens, chemischem Vernickeln und dergleichen
nachfolgend galvanisch verstärkt wird. Zumindest für die
vorliegende Erfindung wird damit völlig ausreichendes mechanisches Anhaften der Gold-Schicht 5 an der Scheibe 3
erreicht. Mit 6 ist ein vorzugsweise metallener Stempel «... bezeichnet, der in einen Kontaktstift 7 übergeht. Eine ζ .B
als Tellerfeder ausgebildete Andruckeinrichtung ist mit 8
bezeichnet. Zwischen einer in das Gehäuse 2 einzuschraubenden Druckschraube 9 und der Tellerfeder 8 ist noch ein elektrisch
isolierendes Teil 10 eingefügt.
M.it 11 ist auf die Dichtungsfläche des Gehäuses hingewiesen,
mit der das Gehäuse 2 bzw. der Wandler 1 in die lediglich
als -Teilstück dargestellte Wand 12 eines Behälters dicht eingesetzt ist.
Eine wie dargestellte Ausführungsform ist z.B. dazu, geeignet,
einen in einem mit überhitztem Wasser gefüllten Hochdruckbehälter (von der das Teilstück 12 ein Anteil der Behälterwand
ist) wie angedeuteten Gegenstand 13 zu orten. Mit dem Pfeil 14 ist auf die Ultraschall-Strahlung hingew'iesen,
die von der Abstrahlfläche 15 des Gehäuses abgestrahlt
wird. Diese Fläche 15 dient im übrigen auch als Schalleintrittsfläche
für das zurückkehrende Ultraschall-Echosignal.
Es sei darauf hingewiesen, daß besonders günstige Ultraschall-Erzeugung,
-Abstrahlung und günstiger -Empfang dann erreicht werden kann, wenn die Dicke der Keramikscheibe 3
und des zwischen dieser Keramikscheibe 3 und der Fläche
-5- * S3 P ί 62 2 OE
vorhandenen Materials auf die Ultraschall-Wellenlänge abgestimmt bemessen ist. Es liegt dann ein Ultraschall-Koppelschwinger
vor. Ein wie erfindungsgemäßer Ultraschall-Wandler
ist 4.B. mit Erfolg als Echolot-Abstandsmesser verwendet worden, wobei der Abstand eines in einem
Kessel befindlichen Stabes gemessen worden ist und wobei das Wasser in diesem Kessel unter einem Druck von 16O bar
bei ca. 35O°C stand,
Gegenüber der versuchsweise durchgeführten Montage eines
wie dargestellten Ultraschall-Wandlers unter Verwendung einer bereits oben qrwähnten Gold-Folie hat sich die Montage
des erfxndungsgemaßen Ultraschall-Wandlers 1 mit. Gold-Beschichtung
5 auf der Keramikscheibe 3 als wesentlich einfächer und auch in cjer Verwendung überlegen erwiesen.
4 Patentansprüche
1 Figur
20
1 Figur
20
Claims (1)
- -*- S3 P 1 6 2 2 DE(i ·/ Piezo-Wandler (1), insbesondere für Ultraschall mit einer mit Elektroden versehenen Scheibe (3) aus Piezokeramik und mit einem Gehäuse (2), in dem die Scheibe (3) mit ihrer ·_ einen Fläche (31) praktisch'ohne Luftspalt mit einer entsprechenden Fläche (4) des Gehäuses gekoppelt ist, gekennzeichnet dadurch, •daß zwischen dieser Fläche (31) der Scheibe (3) ein duktiles Metall mit einem ausreichend hoch über der maximalen Verwendungstemperatur liegenden Schmelzpunkt angeordnet ist und daß dieses Metall als ganzflächige, an der Scheibe (3). anhaftende Beschichtung (5) vorliegt."2. Piezo-Wandler nach Anspruch 1, gekennzeich-. η e t , daß das Metall Gold -ist." ' '■ ■ 3· Piezo-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch , daß das Metall eine galvanisch verstärkte Schicht (5) ist.4. Piezo-Wandler nach Anspruch 1,2 oder 3, g e k e η nzeichnet dadurch , daß die Dicke der Schicht 10 bis 50μπι beträgt.
25
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833330411 DE3330411A1 (de) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | Piezo-wandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833330411 DE3330411A1 (de) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | Piezo-wandler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3330411A1 true DE3330411A1 (de) | 1985-03-14 |
Family
ID=6207241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833330411 Withdrawn DE3330411A1 (de) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | Piezo-wandler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3330411A1 (de) |
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- 1983-08-23 DE DE19833330411 patent/DE3330411A1/de not_active Withdrawn
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