超聲波發送接收器的製作方法

2023-04-30 04:23:56 1

專利名稱：超聲波發送接收器的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波發送接收器，具體地，涉及在氣體用超聲波流量計中使用的超 聲波發送接收器。
背景技術：
例如，在日本專利第3639570號公報中公開了如下技術。在圖8(a)中，超聲波流 量計1具備被測定流體以流速F流動的測定管2。在測定管2設置有相對於該管軸0-0具 有角度β的角度而相向的支撐管3和4。超聲波發送接收器5在支撐管3、超聲波發送接 收器6在支撐管4，同軸地固著為相向的狀態。超聲波流量計1如以箭頭Ua表示的那樣從超聲波發送接收器6以規定時間，相對 於氣流正方向地發射超聲波，以超聲波發送接收器5對其接收。超聲波發送接收器5在接 收到超聲波之後，如以箭頭Ub表示的那樣向與氣流相反的方向，即朝向超聲波發送接收器 6發射超聲波。超聲波發送接收器5和6使用同樣結構的超聲波發送接收器。超聲波發送 接收器5和6交替地反覆進行超聲波的發送接收。在超聲波發送接收器5和6的區間中，超聲波的箭頭Ua方向的傳播時間與箭頭Ub 方向的傳播時間的時間差，已知是與被測定流體的箭頭F方向的流速成比例的時間差。因 此，超聲波流量計1求取對上述時間差實施了與被測定流體的流譜(flow pattern)相關的 雷諾數(Reynolds number)校正的流速，然後通過將測定管2的管路截面積乘以該流速，能 夠求取流量。在圖8(b)中，超聲波發送接收器5構成為具備彈性體7 ；超聲波發送接收元件 (省略圖示)，埋設於該彈性體7 ；以及大致圓筒狀的內部側殼體8，固著有彈性體7的一部 分(超聲波發送接收器6也是相同的結構，在這裡省略說明)。超聲波發送接收器5以在測 定管2形成的支撐管3中將內部側殼體8無縫隙地插入而被固定。彈性體7具有大致圓 柱狀的一個端部9 ；大致圓柱狀的另一個端部10 ；以及位於其間的小直徑的縮頸部11。一 個端部9固著在內部側殼體8。在另一個端部10中埋設有超聲波發送接收元件。在另一個端部10的外表面與內部側殼體8的內表面之間，設置有縫隙12。此夕卜， 縮頸部11和內部側殼體8的內表面之間，設置有減振(damping)作用空間13。另一個端部 10的外表面與內部側殼體8的內表面之間的縫隙12形成為生成極少的空間的狀態。在另 一個端部10的端面14與內部側殼體8的端面15之間，設置有密封構件17，其用於使上述 縫隙12不與對超聲波進行發送接收的測定管2內的發送接收空間16連通。密封構件17 為了不使來自被測定流體的水分(液體)進入上述縫隙12而設置。雖然縫隙12僅是極少 的空間，但對於水分進入也是充分的空間。作為設置密封構件17的理由，是因為當通過來自被測定流體的水分而包住彈性 體7時，彈性體7對於內部側殼體8變為恰如架橋的狀態，由此超聲波不在氣體中傳播，而 傳播到比起更容易傳遞的內部側殼體8，結果，對超聲波的發送接收造成障礙，有引起計測 不良的擔憂。

發明內容
可是，在上述現有技術中，由於在彈性體7的另一個端部10的端面14與內部側殼 體8的端面15之間設置有密封構件17，因此具有下述問題。即，在內部側殼體8的內側例 如產生結露等的情況下，由於密封構件17的存在導致不能排出水分，結果，具有對超聲波 的發送接收造成障礙的問題。假設在上述內側發生結露等的情況下，必須要進行將超聲波發送接收器5從支撐 管3卸下，除去水分的麻煩的作業。此外，在進行這樣麻煩的作業之前，也不能夠獲得良好 的計測結果。本申請發明者查明了接收波形紊亂、不能進行正常的計測的情況。本發明的目的在於提供一種超聲波發送接收器，其能夠不被水分影響，進行正常 的計測。為了解決上述課題而完成的權利要求1所述的本發明的超聲波發送接收器具備 彈性體，其具有大致圓柱狀或大致圓板狀的一個端部、大致圓柱狀的另一個端部、以及位於 其間的小直徑的縮頸部；超聲波發送接收元件，埋設於該彈性體中；以及大致圓筒狀的內 部殼體，經由上述一個端部固著有上述彈性體，其中，上述內部殼體和上述彈性體在上述內 部殼體的內表面和上述縮頸部之間具有減振作用空間，並且在上述內部殼體的內表面和上 述另一個端部之間具有縫隙，該超聲波發送接收器的特徵在於，在上述另一個端部的外表 面設置多個凸部且調整上述另一個端部的直徑來主動地較大地形成上述縫隙，並且，以使 對超聲波進行發送接收的測定管內的發送接收空間和上述縫隙連通的方式，配置形成上述 內部殼體和上述彈性體，並且，在上述內部殼體多處形成貫通該內部殼體的殼體貫通孔。根據具有這樣的特徵的本發明，即使在內部側殼體和彈性體之間例如產生結露， 或來自被測定流體的水分進入，水分也自然地排出。權利要求2所述的本發明的超聲波發送接收器的特徵在於，在權利要求1所述的 超聲波發送接收器中，將上述殼體貫通孔的形成位置設定為四處，該四處在上述內部側殼 體的圓周方向成為等間距的四處根據具有這樣的特徵的本發明，殼體貫通孔在難以被超聲波發送接收器的安裝方 向所左右的位置配置形成。優選考慮在對被測定流體流過的測定管的支撐管支撐固定內部 側殼體時的、例如螺絲孔的位置而配置形成殼體貫通孔(例如在假設螺絲孔是四個時，以 位於相鄰的螺絲孔之間的方式配置形成。)權利要求3所述的本發明的超聲波發送接收器的特徵在於，在權利要求1或權利 要求2所述的超聲波發送接收器中，使用途為氣體計測。根據具有這樣特徵的本發明，假設即使在氣體中包含水分，該水分也自然地排出， 因此成為適合於氣體計測的超聲波發送接收器。


圖1是示意地表示超聲波流量計的測定原理的圖。圖2是表示本發明的超聲波發送接收器的一個實施方式的正視圖。圖3是圖2的A-A線截面圖。圖4是超聲波發送接收器的立體圖。
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圖5是用於觀察實際流體中的水分影響的水分封入影響試驗裝置的結構圖。圖6是表示水分封入影響試驗的結果的圖表。圖7是超聲波發送接收器的接收波的圖。圖8 (a)是表示現有例子的超聲波流量計的圖，圖8 (b)是表示現有例子的超聲波 發送接收器的圖。
具體實施例方式以下，一邊參照附圖一邊進行說明。圖1是示意地表示超聲波流量計的測定原理 的圖。此外，圖2是表示本發明的超聲波發送接收器的一個實施方式的正視圖，圖3是圖2 的A-A線截面圖，圖4是超聲波發送接收器的立體圖。在圖1中，超聲波流量計21用於氣體計測，其中，具備被測定流體(例如氣體) 以流速V進行流動的測定管22。在測定管22，經由支撐管22、23設置有超聲波發送接收器 A、B。超聲波流量計21構成為，根據在超聲波發送接收器A、B之間交替地發送接收的超聲 波的傳播時間的差來獲得流量。超聲波流量計21通過在超聲波的發送接收中採用難以受 到旋流的影響、能夠獲得高計測解析度的「反射(single reflection) 」方式，在運算法中採 用與音速無關的「傳播時間倒數差法」，從而能夠高精度地實現穩定的氣體流量的測定。以 下，簡單地說明測定原理。當將「Tab」作為從超聲波發送接收器A到B為止的傳播時間(s)，將「Tba」作為從 超聲波發送接收器B到A為止的傳播時間(s)，將「L」作為超聲波的傳播距離(m)，將「C」 作為計測氣體中的音速(m/s)，將「V」作為計測氣體的流速011/8)，將「(^」作為超聲波的前 進路徑與測定管22的管路中心軸的角度時，在氣體流動時以下式表示。
(4)式表示。[數式4]流量:Q= KVAX 3600........................... (4)其中)K:係數S卩，根據超聲波傳播時間的倒數的差來求取(參照上述式(3))，結果能夠獲得流 量(參照上述式(4))。
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在這裡，如果將測定管22的管路截面積作為A (m2)的話，流量Q(m3/h)以接下來的
接著，一邊參照圖2至圖4 一邊針對與上述超聲波發送接收器A、B對應的本發明 的超聲波發送接收器31進行說明。在圖2至圖4中，本發明的超聲波發送接收器31具備殼體32，其通過螺絲固定 被支撐固定於支撐管23。此外，超聲波發送接收器31具備彈性體33，收容在殼體32 ；以 及超聲波發送接收元件34，埋設於該彈性體33中。殼體32例如通過對由不鏽鋼構成的材料進行切削加工而製造。殼體32具有內 部側殼體35，插入到支撐管23內；凸緣36，被螺絲固定於支撐管23 ；以及外部殼體38，露出 於支撐管23的外部，將布線37導出。本發明的超聲波發送接收器31在如下方面具有特徵內部側殼體35 ；彈性體33， 收容在該內部側殼體35內；以及縫隙39，形成於其間(其它基本上是與現有技術相同的結 構和構造，省略詳細的說明)。上述內部側殼體35是大致圓筒狀的形狀，其前端部40形成為露出於測定管22的 管路、即對超聲波進行發送接收的發送接收空間41(參照圖1)。內部側殼體35具有規定的 長度，在其基端複合有環狀的凸緣36。內部側殼體35的內表面和外表面在以截面觀察的 情況下，以相對於殼體32的未圖示的中心軸成為同心圓的方式形成。在這樣的內部側殼體 35中，以貫通內表面和外表面的方式多處形成有殼體貫通孔42。殼體貫通孔42在內部側殼體35的圓周方向成為等間距(90度間距)的四處配置 形成(數量只是一個例子。數量是一或多個也可)。殼體貫通孔42在相對於凸緣36的螺 絲孔43偏移45度的位置配置形成。殼體貫通孔42以沿著上述中心軸延伸的方式形成。 在本方式中，形成為長圓形狀(僅是一個例子。例如，形成為大致長方形狀、橢圓形狀也可。 此外，也可以作為將多個圓形的孔排列成一列的形狀)。內部側殼體35雖然是設置了多個殼體貫通孔42的形狀，但充分確保了剛性。上述彈性體33具有大致圓板狀的一個端部44 ；大致圓柱狀的另一個端部45 ；以 及位於其間的小直徑的縮頸部46，形成為圖示那樣的形狀。彈性體33經由一個端部44固 著在內部側殼體35(圖中的固著位置僅是一個例子)。另一個端部45比現有例子的另一 個端部11(參照圖8(b))少許小直徑地形成。即，以另一個端部45的外表面和內部側殼體 35的內表面的間隔與現有例子相比變寬的方式，形成有另一個端部45。由此，縫隙39與現 有例子相比主動地較大地形成。縫隙39形成為，假設即使產生結露水分也由於其自重而排出那樣的空間，或通過 從在測定管22中流過的被測定流體受到的負壓而排出那樣的空間。縫隙39與對超聲波進 行發送接收的發送接收空間41連通。再有，在本發明中，在另一個端部45的端面47與內 部側殼體35的端面48之間，假設不存在現有例子那樣的密封構件。在另一個端部45的外表面，為了保持縫隙39的狀態，以等間距配置形成有多個凸 部49。在本方式中，凸部49以成為突起(protrusion)的形狀形成有四處(形狀只是一個 例子)。凸部49以其前端接觸於內部側殼體35的內表面的方式形成。另一個端部45形成 為連接於縮頸部46的部分成為圓錐狀的形狀。在該成為圓錐狀的部分中，水分難以滯留。 在縮頸部46和內部側殼體35的內表面之間，形成有減振作用空間50。上述超聲波發送接收元件34構成為具備圓板狀的具有規定的壓電常數的壓電 元件51 ；阻抗匹配層52 ；以及未圖示的引線。超聲波發送接收元件34使用與現有例子的未圖示的超聲波發送接收元件相同的元件。在超聲波發送接收元件34中，阻抗匹配層52以 露出於另一個端部45的端面47的中央位置的方式配置。在上述結構和構造中，在壓電元件以驅動脈衝的下降而被驅動時，通過彈性體33 的彈簧彈力和另一個端部45的質量構成的振動系統，在上述未圖示的中心軸的方向產生 壓縮/伸長的壓電交變變形(圧電交番歪)，經由阻抗匹配層52與發送接收超聲波的外部 介質的聲阻抗被匹配，高效率地發送超聲波。與此同時，彈性體33的另一個端部45也振動， 該振動傳播到中央的縮頸部46。該振動由於縮頸部46的截面積小，內部摩擦大，以及減振 作用空間50的減振作用而被制動，壓電交變變形迅速衰減。假設水分進入縫隙39的情況下，或者結露導致水分產生的情況下，由於縫隙39比 現有例子大，此外具有多個殼體貫通孔42，所以水分自然地排出。因此，根據本發明，成為不 被水分影響的超聲波發送接收器31。由於本發明的超聲波發送接收器31不被水分影響，所 以發揮能夠進行正常的計測的效果。針對該效果在以下進行說明。圖5是用於觀察實際流體的水分影響的水分封入影響試驗裝置的結構圖，圖6是 表示水分封入影響試驗的結果的圖表，圖7是超聲波發送接收器的接收波的圖。在圖5中，在水分封入影響試驗裝置61中，從超聲波流量計62的上遊經由蛇腹管 63和配管64流過15m/s的空氣，並且以0. IMPa對壓送罐65進行加壓，使水以0. 7 1. OL/ min流過，由此成為可觀察實際流體的水分的影響的裝置結構。附圖標記66表示容積流量 計。在超聲波流量計62中，設置有本發明的超聲波發送接收器31或現有例子的超聲波發 送接收器5、6(參照圖8)的任一個。水分封入影響試驗裝置61構成為，在水在配管64的 下部流過那樣的與實際使用的情況相比極端嚴酷的條件下進行試驗。再有，超聲波流量計 62構成為以口徑50mm對流量進行計測(口徑、以上的數值僅是一個例子)。圖6的圖表將流速(m/s)作為縱軸，將時間(s)作為橫軸來表示，縱軸的流速省略 12m/s以下的情況。圖表中的實線是使用了本發明的超聲波發送接收器31的情況下的結 果，在流過15m/s的空氣的狀態下在箭頭Pl的點以l.OL/min的封入水分，在箭頭P2的點 停止水分封入。從圖表可知，在使用本發明的超聲波發送接收器31的情況下，不受水分的 影響。也就是說，能夠進行正常的計測。相對於此，圖表中的虛線是使用了現有例子的超聲波發送接收器5、6的情況下的 結果，可知當在流過15m/s的空氣的狀態下在箭頭P3的點以1. OL/min封入水分時，之後流 速立刻一口氣下降到Om/s而成為不能計測的狀態。再有，嘗試停止封入水分，但也不恢復。在圖7中，在不包含水分的狀態下的穩定的接收波是如圖7(a)所示的波形。另一 方面，在封入了水分的狀態下，在使用了本發明的超聲波發送接收器31的情況下，接收波 成為圖7(b)所示的波形。可是，在封入了水分的狀態下，在使用現有例子的超聲波發送接 收器5、6的情況下，接收波成為圖7(c)所示的波形。因此，可以說出現圖6的圖表那樣的 結果是當然的。以上，如參照圖1至圖7進行說明的那樣，根據本發明能夠發揮如下效果，即能夠 提供不受水分影響的超聲波發送接收器31。此外，發揮如下效果，即本發明的超聲波發送接 收器31能夠進行正常的計測。當然，本發明在不改變本發明的主旨的範圍中能夠實施各種變更。
權利要求
一種超聲波發送接收器，具備彈性體，其具有大致圓柱狀或大致圓板狀的一個端部、大致圓柱狀的另一個端部、以及位於它們之間的小直徑的縮頸部；超聲波發送接收元件，埋設於該彈性體中；以及大致圓筒狀的內部殼體，經由所述一個端部固著有所述彈性體，其中，所述內部殼體和所述彈性體，在所述內部殼體的內表面和所述縮頸部之間具有減振作用空間，並且在所述內部殼體的內表面和所述另一個端部之間具有縫隙，該超聲波發送接收器的特徵在於，在所述另一個端部的外表面設置多個凸部且調整所述另一個端部的直徑來主動地較大地形成所述縫隙，並且，以使對超聲波進行發送接收的測定管內的發送接收空間和所述縫隙連通的方式，配置形成所述內部殼體和所述彈性體，並且，在所述內部殼體多處形成貫通該內部殼體的殼體貫通孔。
2.根據權利要求1所述的超聲波發送接收器，其特徵在於，將所述殼體貫通孔的形成位置設定為四處，該四處在所述內部殼體的圓周方向成為等 間距。
3.根據權利要求1或2所述的超聲波發送接收器，其特徵在於，使用途為氣體計測。
全文摘要
縫隙(39)形成為，假設即使產生結露水分也通過其自重而排出的那樣的間隔，或通過從在測定管中流過的被測定流體受到的負壓而排出的那樣的間隔。縫隙(39)以與對超聲波進行發送接收的發送接收空間(41)連通的方式形成。在另一個端部(45)的外表面，為了保持縫隙(39)的狀態而以等間距配置形成有多個凸部。在內部側殼體(35)，以貫通內表面和外表面的方式多處形成有殼體貫通孔(42)。
文檔編號H04R17/00GK101919263SQ20098010254
公開日2010年12月15日 申請日期2009年6月5日 優先權日2008年8月28日
發明者中澤博昭 申請人:株式會社奧巴爾