JP2004286763A - 超音波送受波器および超音波流れ計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は超音波送受波器の構成により特性の均一な超音波送受波器を得ることができ、その結果一対の超音波送受波器の特性が一致することにより超音波流量計の計測精度の向上を実現する。
【解決手段】圧電体１１の電極面１３から外部電極への電気的接続を半田付けで行わず、導電性を有する弾性体１６を用いることにより、圧電体１１への熱的負荷による周波数特性の変動が低減できるため、特性の均一な超音波送受波器を得ることができ、一対の超音波送受波器を用いる超音波流量計の計測精度を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器およびこの超音波送受波器を用いた計測装置に関するものである。

従来この種の超音波送受波器は、図９に示されているように、リード線４１を圧電体４２の電極面４３に半田付けすることにより電気的接続を行っていた（特許文献１参照）。
登録実用新案第３０１４８０１号公報

しかしながら、従来の超音波送受波器の電気的接続方法では半田付けを行うため、（１）熱的負荷による圧電特性劣化、（２）半田付けした場所や半田量による周波数特性の変動（３）半田による環境負荷等の課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するために、圧電体の一方の電極面と外部電極部とを導電性ゴムからなる弾性体を用いて電気的に接続するものである。

上記発明によれば、例えば導電性を有する弾性体を挟んで加圧するなど、電気的接続に導電性ゴムを用いるため、圧電体に対し熱的負荷を与えず、弾性体は半田に比べ柔らかく音響インピーダンスも小さいので機械的な負荷が小さく圧電体の特性変動が抑えられ、超音波送受波器の特性の均一化を図ることが可能となる。特に一対の超音波送受波器を用いる超音波流量計などの計測装置では、一対の超音波送受波器の特性が一致させやすくなり、計測精度が向上できる。さらに半田を用いないため、環境への負荷も低減できる。

本発明は、送受信特性が向上し、この超音波送受波器を超音波流れ計測装置に用いると高精度な計測が行える。

本発明の実施の形態は、超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、対向する２つの面に電極面を有する圧電体と、前記圧電体の一方の電極面を接続する天部を有する有天筒状ケースと、前記有天筒状ケースの天部の前記圧電体とは対向する面に設けられた整合層と、前記圧電体に電気信号を伝達するための端子を有し、有天筒状ケースに接続固定された端子板と、前記圧電体の他方の電極面と前記端子との間に挟持され、これら両者を電気的に接続する導電性ゴムからなる弾性体と、前記弾性体が横方向へ移動することを防止するための移動防止手段とを備え、前記弾性体は圧電体の他方の電極面に面接触状態で弾着するようにしたため、半田による周波数特性の変動や環境負荷を低減できる。

弾性体は移動防止手段により移動が防止されている。したがって、この弾性体の移動に伴う断線などの発生がなく、信頼性が向上できる。具体的には、端子板に設けた凹部の内側に弾性体を位置させるものとか、端子板に設けた突起部の内側に弾性体を位置させることが考えられる。

弾性体は、導電部の周囲を取り囲むように絶縁部を配置した構成、導電部と絶縁部とを層状に交互に配置するとともに、絶縁部が最外周層に位置するように構成すれば、電気絶縁性を大いに高めることができる。

そして、前記した超音波送受波器を被測定流体が流れる流量測定部に少なくとも一対配置し、これら超音波送受波器間の超音波伝播時間をもとに被測定流体の流速およびまたは流量を計測するようにすれば、高精度の流速およびまたは流量の計測が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお図面中で同一符号を付しているものは同一なものであり、詳細な説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態の超音波流量計を示すブロック図である。図１において、１は被測定流体が流れる流量測定部、２、３は流量測定部に対向して配置され超音波を送受信する超音波送受波器、４は超音波送受波器を駆動する駆動部、５は送受信する超音波送受波器を切り替える切替回路、６は超音波パルスを検知する受信検知回路、７は超音波パルスの伝搬時間を計測するタイマ、８はタイマの出力より流量を演算する演算部、９は駆動回路とタイマに制御信号を出力する制御部である。

まず動作、作用について説明する。非測定流体を例えばＬＰガス、超音波送受波器２、３の駆動周波数を約５００ｋＨｚとする。制御部９では駆動部４に送信開始信号を出力すると同時に、タイマ７の時間計測を開始させる。駆動部４は送信開始信号を受けると超音波送受波器３を駆動し、超音波パルスを送信する。送信された超音波パルスは流量測定内を伝搬し超音波送受波器２で受信される。受信された超音波パルスは超音波送受波器２で電気信号に変換され、受信検知回路６に出力される。受信検知回路６では受信信号の受信タイミングを決定し、タイマ７を停止させ、演算部８で伝搬時間ｔ１を演算する。

引き続き切替回路５で駆動部４と受信検知回路６に接続する超音波送受波器２、３を切り替え、再び制御部９では駆動部４に送信開始信号を出力すると同時に、タイマ７の時間計測を開始させる。伝搬時間ｔ１の測定と逆に、超音波送受波器２で超音波パルスを送信し、超音波送受波器３で受信し、演算部８で伝搬時間ｔ２を演算する。

ここで、超音波送受波器２と超音波送受波器３の中心を結ぶ距離をＬ、ＬＰガスの無風状態での音速をＣ、流量測定部１内での流速をＶ、非測定流体の流れの方向と超音波送受波器２，３の中心を結ぶ線との角度をθとすると、伝搬時間ｔ１、ｔ２は、（数１）（数２）で示される。（数１）（数２）より被測定流体の音速Ｃを消去して、流速Ｖを求めると（数３）が得られる。Ｌは既知であるのでｔ１とｔ２を測定すれば流速Ｖが求められる。

ｔ１＝Ｌ／Ｃ＋Ｖｃｏｓθ （１）
ｔ２＝Ｌ／Ｃ−Ｖｃｏｓθ （２）
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ［（１／ｔ１）−（１／ｔ２）］ （３）
ただしｔ１とｔ２の時間差は流速Ｖが遅いときには極めて小さく、正確に計測することは困難である。そこで一般的には測定をＮ回繰り返して平均化する手法や、シングアラウンド法を用いて伝搬時間ｔ１、ｔ２の測定精度を向上させ、流速Ｖの精度を高めている。この流速Ｖと流量測定部１の面積をＳ、補正係数をＫとすれば、流量Ｑは（数４）で演算できる。

Ｑ＝ＫＳＶ （４）
次に超音波流量計に用いる超音波送受波器について示す。超音波流量計において流量の測定精度を向上させるためには、一対の超音波送受波器の特性が一致しているほうが好ましい。しかし一般的な電気的接続方法であるリード線をハンダ付けする方法を用いると、熱的影響や付着するハンダ量によって超音波送受波器の周波数特性や送受信感度に影響を与えることがある。そこで、周波数特性や送受信感度のばらつきを少なくするため図２に示す構成の超音波送受波器を用いる。図２において、超音波送受波器１０は電極面１２および電極面１３を有する圧電体１１、整合層１４、ＳＵＳ製の有天筒状のケース１５、導電性を有する弾性体１６、2本の端子１７および端子１８を有する端子板１９で構成される。なお、電極面１２および電極面１３は１辺が約７．６ｍｍの正方形で、整合層１４は直径が約１１ｍｍ、ケース１５の天部付近の直径は約１１ｍｍとする。

まず整合層１４と圧電体１１の電極面１２は厚さ０．２mmのＳＵＳ製のケース１５の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面１２とケース１５の電気的接続もとることができる。次に導電性を有する弾性体１６（例えばシリコン系ゴムからなる導電ゴム）を圧電体１１の電極面１３と端子板１９の端子１７で挟んで加圧し、この状態で端子板１９の外周付近２３とケース1５の外周付近２４を電気溶接により接続する。なお端子板１９の外周部２１と中心部２２は例えば鉄製で、外周部２１には端子１８、中心部２２には端子１７が設けられており、外周部２１と中心部２２はガラス２０で電気的に絶縁されている。この結果、電極面１３と端子１７は電気的に接続され、電極面１２は外部電極を兼ねたケース１５、端子板１９の外周部２１を介して端子１８に電気的に接続される。

以上のように構成した超音波送受波器１０では、圧電体１１に対し熱的影響や機械的な負荷を与えないため、圧電体１１、ケース１２、整合層１４の特性や寸法を管理すれば、特性のバラツキが低減でき、特性が一致した一対の超音波送受波器を容易に得ることが可能となる。この結果、超音波流量計の測定精度が向上できる。さらにリード線を用いないため断線による不良が低減でき、ハンダによる環境負荷を低減することもできる。

なお本実施の形態では弾性体１６にシリコン系ゴムからなる導電ゴムを用いるとしたが、導電性を有する弾性体であればNBRゴムや液晶ポリマ等の他の弾性材料でも構わない。また非測定流体をLPガスとしたが、都市ガスや空気などの気体や水などの液体でも構わない。超音波送受波器２、３の周波数を５００ｋHzとしたが、５００ｋHz以外の非測定流体の計測に適した周波数を選択して構わない。また超音波送受波器２，３を流れの方向に対して斜めに配置するとしたが、流れに対して平行に配置しても構わないし、流量測定部１の内壁面の反射を利用する位置に配置しても構わない。また外周部２１と中心部２２はガラス２０で電気的に絶縁されているとしたが、絶縁体であればガラス以外の材料でもよく、例えばエポキシ樹脂のような樹脂でも構わない。また圧電体１１を有天筒状のケース１５の天部に接着固定するとしたが、上記条件に限定されるわけでなく、ケース１５は有天筒状以外の形状でも構わないし、流量測定部１の外壁面に接着などにより配置しても構わない。またケース１５を超音波を送受信する方向に用いているが、送受信する方向と対向する方向に用いても構わない。また超音波送受波器２、３を超音波流量計に用いるとしたが、探傷用の超音波送受波器、医療用の超音波プローブ、測距用の超音波送受波器、水中用の超音波ソナーなどに用いても構わない。さらにケース１５と端子板１９で構成される空間を乾燥した窒素や不活性ガスで置換すると、電極面１２、１３の酸化や弾性体の劣化が防止でき、さらに信頼性が向上できる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。図３は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。２５は超音波送受波器で、電極面１２および電極面１３を有する圧電体１１、整合層１４、ケース１５、2本の端子１７および端子１８を有する端子板１９、端子１８と端子１７を電気的に絶縁するためのガラス２０で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、導電性を有する弾性体２６および弾性体２７を用いて圧電体１１の２つの電極面１２および電極面１３の電気的接続をそれぞれ行った点である。なお、超音波流量計の動作、作用は（実施の形態１）と同様なので省略する。

圧電体１１の電極面１２とケース１５の電気的接続を接着でなく、導電性を有する弾性体２６を用いた超音波受波器２５の組み立て方法の一例を示す。まず、整合層１４は厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ製ケース１５の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いて接着固定する。次にケース１５の内側に導電性を有する弾性体２６（例えばシリコン系ゴムからなる導電ゴム）を配置し、圧電体１１の電極面１２が弾性体２６と接触するように配置する。次に弾性体２７（例えばシリコン系ゴムからなる導電ゴム）を圧電体１１の電極面１３に接触するように配置する。弾性体２７と端子板１９の端子中心部２２で挟んで加圧し、この状態で端子板１９の外周付近２３とケース１５の外周付近２４を電気溶接により接続する。なお端子板１９の外周部２１と中心部２２は例えば鉄製で、外周部２１には端子１８、中心部２２には端子１７が設けられており、外周部２１と中心部２２はガラス２０で電気的に絶縁されている。この結果、電極面１３と端子１７は電気的に接続され、電極面１２は外部電極を兼ねたケース１５、端子板１９の外周部２１を介して端子１８に電気的に接続される。

以上のように構成した超音波送受波器２５では、圧電体１１の電極面１２とケース１５の電気的接続を接着でなく、弾性体２６および弾性体２７を用いた加圧接続にしたため、接着剤の厚みのばらつきによる周波数特性や送受信感度のばらつきが低減できるので、さらに高精度な計測が可能となる。

なお本実施の形態では弾性体２６および弾性体２７にシリコン系ゴムからなる導電ゴムを用いるとしたが、導電性を有する弾性体であればNBRゴムや液晶ポリマ等の他の弾性材料でも構わない。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。図４は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。２８は超音波送受波器で、電極面１２および電極面１３を有する圧電体１１、整合層１４、ケース１５、導電性を有する弾性体１６で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、２本の端子１７および端子１８を有する端子板２９に、前記弾性体１６が横方向へ移動することを防止する手段として凹部３０を設けている点である。なお超音波流量計の動作、作用は（実施の形態１）と同様なので省略する。

まず端子板２９の構成を示す。端子板２９の外周部２１と中心部２２は例えば鉄製で、端子板２９の中心付近に凹部３０が形成されるよう外周部２１よりも中心部２２の厚みは薄い。外周部２１と中心部２２はガラス２０で電気的に絶縁されており、外周部２１とガラス２０の厚みはほぼ同じとする。外周部２１には端子１８、中心部２２には端子１７を設ける。

以上のように構成した端子板２９を用いた超音波送受波器２８の組み立て方法の一例を示す。まず整合層１４と圧電体１１の電極面１２は厚さ０．２mmのＳＵＳ製のケース１５の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面１２とケース１５の電気的接続も行う。次に凹部３０に導電性ゴムから成る弾性体１６を落としこむように配置し、この弾性体１６を電極面１３と中心部２２で挟んで加圧し、この状態で端子板２９の外周付近２３とケース1５の外周付近２４を電気溶接により接続する。

以上のように構成した超音波送受波器２８では、弾性体１６が横方向へ移動することを凹部３０で防止しているため、弾性体１６の移動による接触不良を防止することができるため信頼性が向上する。さらに、弾性体１６を端子板２９の凹部３０に落としこむように配置するため、端子板２９を固定する際に弾性体１６の移動が防止されるため、組立てが容易になる。

なお本実施の形態では外周部２１とガラス２０の厚みをほぼ等しくするとしたが、弾性体１６により外周部２１と中心部２２が電気的に短絡しないのであれば厚みをほぼ等しくする必要はない。また、外周部２１よりも中心部２２の厚みを薄くして凹部３０を形成するとしたが、中心部２２に凹部を設けても構わない。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。図５は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。３１は超音波送受波器で、電極面１２および電極面１３を有する圧電体１１、整合層１４、ケース１５、導電性を有する弾性体１６で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、２本の端子１７および端子１８を有する端子板３２に、前記弾性体１６が横方向へ移動することを防止する手段として突起部３３を設けている点である。なお超音波流量計の動作、作用は（実施の形態１）と同様なので省略する。

まず、端子板３２の構成を示す。端子板３２の外周部２１と中心部２２は例えば鉄製で、外周部２１と中心部２２はガラス２０で電気的に絶縁されており、ガラス２０は端子板３２に突起部３３が形成されるよう外周部２１および中心部２２よりも厚みは厚い。外周部２１には端子１８、中心部２２には端子１７を設ける。

以上のように構成した端子板３２を用いた超音波送受波器３１の組み立て方法の一例を示す。まず整合層１４と圧電体１１の電極面１２は厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ製ケース１５の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面１２とケース１５の電気的接続も行う。次に端子板３２の突起部３３の内側に導電性ゴムから成る弾性体１６を配置し、この弾性体１６を電極面１３と中心部２２で挟んで加圧し、この状態で端子板３２の外周付近２３とケース１５の外周付近２４を電気溶接により接続する。

以上のように構成した超音波送受波器３１では、弾性体１６が横方向へ移動することを突起部３３で防止しているため、弾性体１６の移動による接触不良を防止することができるため信頼性が向上する。さらに、弾性体１６を端子板３２の突起部３３に落としこむように配置するため、端子板３２を固定する際に弾性体１６の移動が防止されるため、組立てが容易になる。

なお本実施の形態ではガラス２０に突起部３３を形成するとしたが、中心部２２の外周に突起部を設けて、中心部２２と外周部２１とを絶縁しても構わない。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。図６は本実施の形態の超音波送受波器の断面図である。３４は超音波送受波器で、電極面１２および電極面１３を有する圧電体１１、整合層１４、ケース１５、２本の端子１７および端子１８を有する端子板１９で、以上は図２の構成と同様なものである。図２の構成と異なるのは、導電性を有する弾性体３５に導電部３６と絶縁部３７を設けている点である。なお超音波流量計の動作、作用は（実施の形態１）と同様なので省略する。

まず導電性を有する弾性体３５の構成について図面を参照しながら説明する。図７は導電性を有する弾性体３５の断面図である。導電部３６は例えば導電性を有するシリコン系ゴムで、導電部３６の周囲を取り囲むように例えば絶縁性を有するシリコン系ゴムから成る絶縁部３７が配置されている。

以上のように構成した弾性体３５を用いた超音波送受波器３４の組み立て方法の一例を示す。まず整合層１４と圧電体１１の電極面１２は厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ製のケース１５の天部に例えばエポキシ系接着剤を用いてそれぞれ接着固定する。このとき接着剤の厚みを薄くすることにより、接着固定と同時に電極面１２とケース１５の電気的接続も行う。次に導電性を有する弾性体３５を圧電体１１の電極面１３と端子板１９の中心部２２で挟んで加圧し、この状態で端子板１９の外周付近２３とケース１５の外周付近２４を電気溶接により接続する。なお端子板１９の外周部２１と中心部２２は例えば鉄製で、外周部２１には端子１８、中心部２２には端子１７が設けられており、外周部２１と中心部２２はガラス２０で電気的に絶縁されている。この結果、電極面１３と端子１７は電気的に接続され、電極面１２は外部電極を兼ねたケース１５、端子板１９の外周部２１を介して端子１８に電気的に接続される。

以上のように構成した超音波送受波器３４では、電気的接続に用いる弾性体３５の外周付近には絶縁部３７を備えているため、組み立て工程で弾性体３５の位置にずれが生じても２つの外部電極が電気的に短絡することを防止できるので、電気的な短絡による不良が低減でき、組み立ても容易になる。さらに信頼性も向上する。

なお本実施の形態では、材料について導電部３６にはシリコン系ゴムからなる導電ゴムとしたが、導電性を有する弾性体であればNBRゴムや液晶ポリマ等の他の弾性材料でも構わない。また、絶縁部３７には絶縁性を有するシリコン系ゴムとしたが、その他の絶縁材料でも構わない。また導電性を有する弾性体３５の構成を、導電部３６の周囲を絶縁部３７で囲んでいる構成としたが、図８の弾性体３８に示すように導電層３９と絶縁層４０を層状に交互に配置して弾性を保持するように構成しても構わない。さらに図８に示すように、弾性体３８の最外層を絶縁層３９とすればガラス２０の厚みを外周部２１の厚みより薄くしても２つの外部電極が電気的に短絡することを防止できる。

また実施の形態１〜５では、ケース１５に整合層１４を配置しているが、非測定流体によっては整合層１４を設ける必要がない。またケース１５をSUS製としたが、SUS以外の鉄、アルミ、しんちゅう、銅などの金属でも構わないし、表面に電極を設けたエポキシなどの樹脂でも構わない。また端子板の外周部２１、中心部２２は鉄製としたが、鉄以外のSUS、アルミ、しんちゅう、銅などの金属でも構わないし、表面に電極を設けたエポキシなどの樹脂でも構わない。また端子板の外周付近２３とケースの外周付近２４を電気溶接するとしたが、電気溶接以外の溶接でも、接着でも構わない。

以上の説明から明らかなように次の効果が得られる。

（１）超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、対向する２つの面に電極面を有する圧電体と、前記圧電体に電気信号を伝達するための外部電極部を備え、圧電体の一方の電極面と前記外部電極部は導電性ゴムからなる弾性体を用いて電気的に接続するため、半田による熱的負荷を与えないので周波数特性が一致し、さらに環境負荷の低減された一対の超音波送受波器を得ることができる。

（２）２つの外部電極部を備え、圧電体の一方の電極面と一方の前記外部電極部は導電性ゴムからなる弾性体を用いて電気的に接続し、前記圧電体の他方の電極面と他方の前記外部電極部は接着により電気的に接続するため、半田による熱的負荷を与えないので周波数特性が一致し、さらに環境負荷の低減された一対の超音波送受波器を得ることができる。

（３）２つの外部電極部を備え、圧電体のそれぞれの前記電極面とそれぞれの前記外部電極部は導電性ゴムを用いて電気的に接続するため、半田による環境負荷が低減され、さらに接着剤の厚みのばらつきによる周波数特性や送受信感度の変動が低減されるので高精度な計測が可能な超音波送受波器を得ることができる。

（４）圧電体の電極面と外部電極部は導電性ゴムを挟んで加圧することにより電気的に接続するため、半田による熱的負荷を与えないので周波数特性の変動が低減でき、組み立ての容易な超音波送受波器を得ることができる。

（５）電気的に分離された２つの端子を有する端子板を備え、２つの前記端子はそれぞれの外部電極部と電気的に接続するため、リード線を用いた外部装置との接続が容易な超音波送受波器を得ることができる。

（６）前記端子板に、導電性ゴムが横方向へ移動することを防止するための移動防止手段を設けるため、導電性ゴムの移動による断線が防止できるので信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。

（７）前記移動防止手段は端子板に設けた凹部であり、前記凹部の内側に導電性ゴムと一方の外部電極部を設けるため、凹部に導電性ゴムを落とし込むように配置すれば導電性ゴムが横方向へ移動することによる接触不良を防止できるので信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。さらに導電性ゴムの移動が防止されるので組み立ての容易な超音波送受波器を得ることができる。

（８）前記移動防止手段は端子板に設けた突起部であり、突起の内側に導電性ゴムと一方の外部電極部を設けるため、導電性ゴムの移動が防止されるように突起部を配置すれば、導電性ゴムが横方向へ移動することによる接触不良を防止できるので信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。さらに導電性ゴムの移動が防止されるので組み立ての容易な超音波送受波器を得ることができる。

（９）前記導電性ゴムと絶縁性を有する絶縁部を備え、前記絶縁部により２つの外部電極が電気的に短絡することを防止するため、信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。

（１０）導電性ゴムと絶縁部とは層状に交互に配置され、両側の最外層は絶縁層であるため、絶縁部により２つの外部電極が電気的に短絡することを防止するため電気的な短絡による不良が防止できるので、組み立ての容易な信頼性の高い超音波送受波器を得ることができる。

（１１）少なくとも１つの外部電極部は折り曲げを有するため、外部電極を固定する場所の自由度が向上し超音波送受波器の組立てが容易な超音波送受波器を得ることができる。

（１２）超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、２対の電極面を有する圧電体と、有天筒状のケースと、前記圧電体に電気信号を伝達するための外部電極部を備え、前記有天筒状のケースの天部に圧電体の一方の電極面を接合し、前記圧電体の他方の電極面と前記外部電極部とは導電性ゴムを用いて電気的に接続するものである。

（１３）被測定流体が流れる流量測定部と、この流量測定部に設けられた実施形態１から１２のいずれかに記載の１対の超音波送受波器と、一方の前記超音波送受波器を駆動する駆動部と、他方の前記超音波送受波器に接続され超音波パルスを検知する受信検知部と、前記超音波パルスの伝搬時間を測定し流量を求める演算部を有するため、一対の超音波送受波器の特性が一致させやすくなり、計測精度の高い超音波流量計を得ることができる。

本発明は、送受信特性が向上し、超音波流れ計測装置などに有用である。

本発明の一実施の形態における超音波流量計を示すブロック図 （ａ）本発明の一実施の形態における超音波送受波器の外観図（ｂ）本発明の一実施の形態における超音波送受波器の断面図 本発明の一実施の形態における超音波送受波器の断面図 本発明の一実施の形態における超音波送受波器の断面図 本発明の一実施の形態における超音波送受波器の断面図 本発明の一実施の形態における超音波送受波器の断面図 本発明の一実施の形態における導電性を有する弾性体の断面図 本発明の一実施の形態における超音波送受波器の変形例の断面図 従来の超音波送受波器の断面図

符号の説明

１ 流量測定部
２，３ 超音波送受波器
４ 駆動部
１０ 超音波送受波器
１１ 圧電体
１２，１３ 圧電体電極面
１４ 整合層
１５ ケース
１６ 弾性体
１７，１８ 端子
１９ 端子板
２５ 超音波送受波器
２６，２７ 弾性体
２８ 超音波送受波器
２９ 端子板
３１ 超音波送受波器
３２ 端子板
３４ 超音波送受波器
３５ 弾性体
３６ 導電部
３７ 絶縁部
３８ 弾性体
３９ 導電層
４０ 絶縁層
４２ 圧電体
４３ 電極面

Claims (6)

1. 超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器において、対向する２つの面に電極面を有する圧電体と、前記圧電体の一方の電極面を接続する天部を有する有天筒状ケースと、前記有天筒状ケースの天部の前記圧電体とは対向する面に設けられた整合層と、前記圧電体に電気信号を伝達するための端子を有し、有天筒状ケースに接続固定された端子板と、前記圧電体の他方の電極面と前記端子との間に挟持され、これら両者を電気的に接続する導電性ゴムからなる弾性体と、前記弾性体が横方向へ移動することを防止するための移動防止手段とを備え、前記弾性体は圧電体の他方の電極面に面接触状態で弾着するようにした超音波送受波器。
2. 移動防止手段は端子板に設けた凹部であり、前記凹部の内側に弾性体を位置させた請求項１記載の超音波送受波器。
3. 移動防止手段は端子板に設けた突起部であり、突起の内側に弾性体を位置させた請求項１記載の超音波送受波器。
4. 弾性体は、導電部の周囲を取り囲むように絶縁部を配置して構成した請求項２又は３に記載の超音波送受波器。
5. 弾性体は、導電部と絶縁部とを層状に交互に配置して構成され、絶縁部が最外周層に位置するように設定した請求項２から４のいずれか１項記載の超音波送受波器。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の超音波送受波器を被測定流体が流れる流量測定部に少なくとも一対配置し、これら超音波送受波器間の超音波伝播時間をもとに被測定流体の流速およびまたは流量を計測するようにした超音波流れ計測装置。

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