專利名稱：超聲波流量測(cè)量單元和使用了該超聲波流量測(cè)量單元的超聲波流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用一對(duì)超聲波振子測(cè)量超聲波的傳播時(shí)間來測(cè)量被測(cè)定流體的流量的超聲波流量測(cè)量單元和使用了該超聲波流量測(cè)量單元的超聲波流量計(jì)。
背景技術(shù)：
說明以往的超聲波流量測(cè)量單元100。圖7是用于說明以往的超聲波流量測(cè)量單元100的截面結(jié)構(gòu)的圖。以往的超聲波流量測(cè)量單元100具備超聲波振子116、117，該超聲波振子116、117通過構(gòu)成為利用金屬、樹脂的外殼102包圍壓電元件104的結(jié)構(gòu)而提高了可靠性。通過測(cè)量在超聲波傳播路徑106中超聲波從超聲波振子116傳播到超聲波振子117的時(shí)間，來運(yùn)算流過測(cè)量流路107的被測(cè)定流體的流量。此時(shí)，實(shí)際上，當(dāng)從超聲波振子116發(fā)送超聲波時(shí)，超聲波不僅在通過聲匹配層105的超聲波傳播路徑106中傳播，還在測(cè)量流路107的殼體中傳播而傳入超聲波振子117。由此，有時(shí)不能測(cè)量準(zhǔn)確的傳播時(shí)間，測(cè)量精度下降。作為該對(duì)策，一般隔著橡膠等具有彈性的振動(dòng)抑制部件103安裝超聲波振子116、117，以避免發(fā)送時(shí)的超聲波振子116的振動(dòng)在測(cè)量流路107的殼體中傳播而傳播到接收側(cè)的超聲波振子117 (例如參照專利文獻(xiàn)I)。然而，在使用如以往那樣的具有以金屬、樹脂的外殼包圍的結(jié)構(gòu)的超聲波振子的情況下，難以實(shí)現(xiàn)更為廉價(jià)的超聲波流量測(cè)量單元和使用了該超聲波流量測(cè)量單元的超聲波流量計(jì)。更為具體地說存在以下問題不僅超聲波振子的材料費(fèi)變高，組裝時(shí)耗費(fèi)工時(shí)，還需要振動(dòng)抑制部件等用于組裝超聲波振子的構(gòu)件。專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-309803號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
一種超聲波流量測(cè)量單元，具備測(cè)量流路，被測(cè)定流體流過該測(cè)量流路；一對(duì)超聲波振子，其配置在測(cè)量流路的上游和下游，能夠發(fā)送接收超聲波信號(hào)；以及超聲波振子安裝部，其設(shè)置于測(cè)量流路。超聲波振子具有壓電元件、用于對(duì)壓電元件施加電壓的端子以及與端子的發(fā)送側(cè)的面相粘接的聲匹配層。通過具有彈性的涂敷材料將超聲波振子固定于超聲波振子安裝部。由此，不需要為了提高超聲波振子的可靠性而使用的金屬、樹脂的外殼，并且也不需要用于安裝超聲波振子的振動(dòng)抑制部件。本發(fā)明的超聲波流量計(jì)不需要超聲波振子單體的外殼，因此超聲波振子的材料費(fèi)降低。另外，能夠使用于安裝超聲波振子的構(gòu)件的材料費(fèi)降低，削減組裝超聲波振子的工時(shí)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更為廉價(jià)的超聲波流量計(jì)。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元和使用了該超聲波流量測(cè)量單元的超聲波流量計(jì)的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元和使用了該超聲波流量測(cè)量單元的超聲波流量計(jì)的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖3A是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元的超聲波振子的端子的形狀的俯視圖。圖3B是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元的超聲波振子的端子的形狀的側(cè)視圖。圖4A是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12b的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4B是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12b的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖4C是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12c的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4D是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12c的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖4E是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12d的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4F是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12d的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖4G是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12e的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4H是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的其它端子12e的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖5是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元和使用了該超聲波流量測(cè)量單元的超聲波流量計(jì)的截面結(jié)構(gòu)的圖。圖6A是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的超聲波振子與超聲波振子安裝部的接觸部的結(jié)構(gòu)的、從安裝端子的方向看的俯視圖。圖6B是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的超聲波振子與超聲波振子安裝部的接觸部的截面圖。圖6C是將本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元中的壓電元件和聲匹配層以與對(duì)壓電元件施加電壓的端子相粘接的狀態(tài)嵌入測(cè)量流路后的截面圖。圖7是用于說明以往的超聲波流量測(cè)量單元的截面結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)首先，說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式。圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元50和使用了該超聲波流量測(cè)量單元50的超聲波流量計(jì)60的截面結(jié)構(gòu)的圖。超聲波流量測(cè)量單元50具備測(cè)量流路7，其由樹脂構(gòu)成，被測(cè)定流體16流過該測(cè)量流路7 ;超聲波振子安裝部8，其被設(shè)置于測(cè)量流路7 ;以及一對(duì)超聲波振子1、9，其能夠發(fā)送接收超聲波信號(hào)。在超聲波流量測(cè)量單元50中，一對(duì)超聲波振子1、9分別配置在測(cè)量流路7的上游和下游。對(duì)超聲波流量測(cè)量單元50與以往的超聲波流量測(cè)量單元100的區(qū)別進(jìn)行說明。以往的超聲波流量測(cè)量單元100是使用振動(dòng)抑制部件103將超聲波振子116、117安裝于測(cè)量流路107的殼體(參照?qǐng)D7)，該超聲波振子116、117是單體被外殼102包圍的結(jié)構(gòu)。與此相對(duì)地，在超聲波流量測(cè)量單元50中，將壓電元件4和聲匹配層5與對(duì)壓電元件4施加電壓的端子12相粘接來構(gòu)成超聲波振子1、9。聲匹配層5與端子12的發(fā)送側(cè)的面和接收側(cè)的面相粘接。而且，將超聲波振子1、9直接安裝于超聲波振子安裝部8。另外，用于對(duì)壓電元件4施加電壓或者用于與測(cè)量在壓電元件4處產(chǎn)生的電壓的測(cè)量電路30相連接的引線10與端子12和壓電元件4相接合。由超聲波流量測(cè)量單元50和測(cè)量電路30構(gòu)成超聲波流量計(jì)60。在超聲波流量測(cè)量單元50中，為了抑制壓電元件4的振動(dòng)在測(cè)量流路7中傳播并且提高壓電元件4的電極部的可靠性，將具有彈性的涂敷材料13例如涂敷在壓電元件4的周圍來固定于超聲波振子安裝部8。通過構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)，能夠確保超聲波振子1、9的可靠性，并且不需要作為超聲波振子1、9的安裝構(gòu)件的振動(dòng)抑制部件103，能夠降低材料費(fèi)。另外，還能夠削減超聲波振子1、9的組裝工時(shí)。根據(jù)超聲波流量測(cè)量單元50和使用了該超聲波流量測(cè)量單元50的超聲波流量計(jì)60,對(duì)從一個(gè)超聲波振子I發(fā)送且在被測(cè)定流體16中傳播的超聲波信號(hào)直到被另一個(gè)超聲波振子9接收為止的超聲波的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。由此，能夠更為廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)對(duì)流過測(cè)量流路7的被測(cè)定流體16的流量進(jìn)行測(cè)定的超聲波流量測(cè)量單元50和超聲波流量計(jì)60。(第二實(shí)施方式)接著，說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。圖2是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元51和使用了該超聲波流量測(cè)量單元51的超聲波流量計(jì)61的截面結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖3A是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元51的超聲波振子la、9a的端子12a的形狀的俯視圖，圖3B是其側(cè)視圖。此外，除了端子12a的結(jié)構(gòu)以外，本實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元51和超聲波流量計(jì)61的結(jié)構(gòu)與在第一實(shí)施方式中說明的超聲波流量測(cè)量單元50和超聲波流量計(jì)60相同，省略其說明。如圖3A和圖3B所示，在端子12a的與超聲波振子安裝部8接觸的部分的外周部附近設(shè)置有形成為凹狀的振動(dòng)吸收部14a。超聲波振子la、9a通過振動(dòng)吸收部14a與超聲波振子安裝部8相抵接而被定位。通過設(shè)置振動(dòng)吸收部14a，壓電元件4的振動(dòng)更不易于傳入測(cè)量流路7。由此，能夠進(jìn)一步降低壓電元件4的振動(dòng)的影響，因此能夠進(jìn)一步廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度優(yōu)良的超聲波流量計(jì)61。此外，端子12a的形狀并不限定于圖3A和圖3B所示的形狀。只要是能夠使壓電元件4的振動(dòng)不易于傳入測(cè)量流路7的形狀即可。圖4A 圖4H是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元51中的其它端子12tTl2e的結(jié)構(gòu)的圖。如圖4A和圖4B所示，也可以設(shè)為在外周部設(shè)置了具有彎曲結(jié)構(gòu)的振動(dòng)吸收部14b的端子12b。另外，如圖4C和圖4D所示，也可以設(shè)為如下的端子12c :在其外周部設(shè)置延伸部12c’，使延伸部12c’彎曲來構(gòu)成振動(dòng)吸收部14c。并且，如圖4E和圖4F所示，也可以設(shè)為如下端子12d :將其外徑形狀實(shí)質(zhì)上設(shè)為四邊形，在其外周部設(shè)置有形成為凹狀的振動(dòng)吸收部14d。另外，如圖4G和圖4H所示，也可以設(shè)為如下的端子12e :在其外周部設(shè)置延伸部12e’，使延伸部12e’彎曲來構(gòu)成振動(dòng)吸收部 14e。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，與在第一實(shí)施方式中說明的超聲波流量測(cè)量單元50和超聲波流量計(jì)60相比，能夠進(jìn)一步降低壓電元件4的振動(dòng)的影響。根據(jù)本實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元51和超聲波流量計(jì)61，對(duì)從一個(gè)超聲波振子Ia發(fā)送且在被測(cè)定流體16中傳播的超聲波信號(hào)直到被另一個(gè)超聲波振子9a接收為止的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。由此，能夠提高對(duì)流過測(cè)量流路7的被測(cè)定流體16的流量進(jìn)行測(cè)定的超聲波流量測(cè)量單元51和超聲波流量計(jì)61的測(cè)量精度。(第三實(shí)施方式)說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式。圖5是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元52和使用了該超聲波流量測(cè)量單元52的超聲波流量計(jì)62的截面結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖6A是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元52中的超聲波振子lb、9b與超聲波振子安裝部8的接觸部20的結(jié)構(gòu)的、從安裝端子12的方向看的俯視圖，圖6B是該接觸部20的截面圖。另外，圖6C是將本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的超聲波流量測(cè)量單元52中的壓電元件4和聲匹配層5以與對(duì)壓電元件施加電壓的端子12相粘接的狀態(tài)嵌入測(cè)量流路7后的截面圖。此外，除了超聲波振子lb、9b與超聲波振子安裝部8的接觸部20的結(jié)構(gòu)以外，本實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元52和超聲波流量計(jì)62的結(jié)構(gòu)與在第一實(shí)施方式中說明的超聲波流量測(cè)量單元50和超聲波流量計(jì)60相同，省略其說明。另外，作為端子12，還能夠使用在第二實(shí)施方式中說明的端子12a 12e。如圖6A 圖6C所示，在超聲波振子lb、9b與超聲波振子安裝部8的接觸部20處設(shè)置有圓環(huán)狀的平坦部。在平坦部上設(shè)置有四個(gè)突起15。此外，在本發(fā)明中，該突起15的數(shù)量并不限定于四個(gè)，能夠任意地設(shè)定突起15的數(shù)量。構(gòu)成為對(duì)壓電元件4施加電壓的端子12通過該突起15與測(cè)量流路7的超聲波振子安裝部8點(diǎn)接觸而被定位。通過設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，與在第一實(shí)施方式中說明的超聲波流量測(cè)量單元50和超聲波流量計(jì)60、在第二實(shí)施方式中說明的超聲波流量測(cè)量單元51和超聲波流量計(jì)61相比，能夠進(jìn)一步降低壓電元件4的振動(dòng)的影響。使用本實(shí)施方式的超聲波流量測(cè)量單元52和超聲波流量計(jì)62對(duì)從一個(gè)超聲波振子Ib發(fā)送且在被測(cè)定流體16中傳播的超聲波信號(hào)直到被另一個(gè)超聲波振子9b接收為止的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。由此，能夠提高對(duì)流過測(cè)量流路7的被測(cè)定流體16的流量進(jìn)行測(cè)定的超聲波流量測(cè)量單元52和超聲波流量計(jì)62的測(cè)量精度。產(chǎn)業(yè)h的可利用件如上所述，根據(jù)本發(fā)明，不需要超聲波振子單體的外殼，因此超聲波振子的材料費(fèi)降低。另外，能夠使用于安裝超聲波振子的構(gòu)件的材料費(fèi)降低，削減組裝超聲波振子的工時(shí)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更為廉價(jià)的超聲波流量計(jì)。由此，與以往的超聲波流量計(jì)相比能夠?qū)崿F(xiàn)廉價(jià)的流量計(jì)，因此在流量測(cè)定基準(zhǔn)器以及煤氣表、水表等用途中也有用。附圖標(biāo)記說明l、la、lb、9、9a、9b :超聲波振子；4 :壓電元件；5 :聲匹配層；7 :測(cè)量流路；8 :超聲波振子安裝部；10 :引線；12、12a、12b、12c、12d、12e :端子；12c’、12e’ 延伸部；13 :涂敷材料;14a、14b、14c、14d、14e :振動(dòng)吸收部；15 :突起；16 :被測(cè)定流體；20 :接觸部；30 :測(cè)量電路；50、51、52 :超聲波流量測(cè)量單元；60、61、62 :超聲波流量計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種超聲波流量測(cè)量單元，具備測(cè)量流路，被測(cè)定流體流過該測(cè)量流路；一對(duì)超聲波振子，其配置在上述測(cè)量流路的上游和下游，能夠發(fā)送接收超聲波信號(hào)；以及超聲波振子安裝部，其設(shè)置于上述測(cè)量流路，其中，上述超聲波振子具有壓電元件、用于對(duì)上述壓電元件施加電壓的端子以及與上述端子的發(fā)送側(cè)的面相粘接的聲匹配層，通過具有彈性的涂敷材料將上述超聲波振子固定于上述超聲波振子安裝部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量測(cè)量單元，其特征在于，上述端子在外周部具有振動(dòng)吸收部，上述超聲波振子通過上述振動(dòng)吸收部與上述超聲波振子安裝部相抵接而被定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量測(cè)量單元，其特征在于，上述超聲波振子通過上述端子的外周部與上述超聲波振子安裝部點(diǎn)接觸而被定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波流量測(cè)量單元，其特征在于，上述超聲波振子通過上述端子的上述外周部與上述超聲波振子安裝部點(diǎn)接觸而被定位。
5.一種超聲波流量計(jì)，使用了根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的超聲波流量測(cè)量單元，該超聲波流量計(jì)具備測(cè)量電路，該測(cè)量電路對(duì)從上述一對(duì)超聲波振子中的一個(gè)超聲波振子發(fā)送且在上述被測(cè)定流體中傳播的超聲波信號(hào)直到被上述一對(duì)超聲波振子中的另一個(gè)超聲波振子接收為止的傳播時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。
全文摘要
一種超聲波流量測(cè)量單元(50)，具備測(cè)量流路(7)，被測(cè)定流體(16)流過該測(cè)量流路(7)；一對(duì)超聲波振子(1、9)，其配置在測(cè)量流路(7)的上游和下游，能夠發(fā)送接收超聲波信號(hào)；以及超聲波振子安裝部(8)，其設(shè)置于測(cè)量流路(7)。超聲波振子(1、9)具有壓電元件(4)、用于對(duì)壓電元件(4)施加電壓的端子(12)以及與端子(12)的發(fā)送側(cè)的面相粘接的聲匹配層(5)。通過具有彈性的涂敷材料(13)將超聲波振子(1、9)固定于超聲波振子安裝部(8)。
文檔編號(hào)G01F1/66GK103003673SQ201180034899
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者藤井裕史, 佐藤真人, 后藤尋一, 渡邊葵 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社