超声换能器及超声流量测量设备制造技术

本发明专利技术涉及一种超声换能器(1)，其包括耦合元件(3)和压电元件(2)，金属盘(4)设置在耦合元件(3)与压电元件(2)之间，且所述金属盘(4)利用粘合剂层(5或6)连接到压电元件(2)或耦合元件(3)。所述超声换能器特征在于，所述粘合剂层(5或6)至少在某些区域中利用光化学可固化粘合剂来产生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超声换能器及超声流量测量设备。
技术介绍
已经公知超声换能器结构的大量不同变型及层序列。本专利
的EP0974814B1描述了具有承载表面，或接触表面的耦合元件。耦合元件具有用于容纳压电元件的腔体。金属盘设置在耦合元件与压电元件之间。该金属盘粘合在倾斜于承载表面并形成为该腔体的基底的平面中。这种具有集成金属盘的结构已基本自证并通过它在面临可变温度荷载时的高载荷能力而区别于玻璃盘和陶瓷盘。在诸如EP0974814B1中的多层的制造过程中，关注于元件尽可能精确地彼此相对定向。因此，例如，金属盘应尽可能平行于超声换能器定向。在这种情形中，可使用粘合剂。在粘合剂固化期间，由于运输相关的的震动或其他原因而使单个部件偏移。因此，尽可能快的使单个部件固定就位是有利的。然而，例如通过增加硬化剂的剂量或提高温度配置而快速固化粘合剂，可导致应力裂缝，或者以其他方式负面影响耦合元件的性质，或在粘合剂层内导致不利的效果(如气泡)。在这些情形中，超声换能器在质量上是不足的。DE102012207871A1公开了用于粘贴中间层的光化学可固化粘合剂的应用。然而，在该公开中，明确要求，要被粘贴的中间层至少应为部分透明的。在这种情形中，首先假设粘合剂的整个表面固化，以便尽可能提供全表面辐射。由于金属盘不透明，因此作为如EP0974814B1中提供的能够导热的中间层的金属盘与DE102012207871A1的概念相抵触。此外，在DE102013104542A1中，描述了具有耦合层的超声换能元件，其中同样应用了金属盘。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种超声换能器，其可被快速制造，且在给定情形中，具有最小可能的温度载荷。本专利技术通过权利要求1，2，3或4中限定的超声换能器来实现该目的。本专利技术的超声换能器包括耦合元件和压电元件，其中，金属盘设置在耦合元件与压电元件之间。金属盘利用粘合剂层与压电元件相连接。金属盘被设置成由压电元件覆盖，且可被设置在耦合主体的腔体中。此外，该金属盘也可具有非金属材料的附加层。理想地，金属盘具有小于1/8λ(lambda)、优选小于1/16λ的优选层厚。它不执行声学匹配的功能，而仅仅在压电元件与设置于其下的层之间或耦合元件和给定情形下的适配或匹配层之间提供温度调节。在这种情形中，金属盘优选具有小于30ppm/k、特别优选为小于25ppm/k的热膨胀系数。金属盘应尽可能平坦，使得它不会导致耦合元件的基底平面相对于压电元件的平面有角度偏移。这样，金属盘的平面度总计优选小于1/16λ，特别地小于1/32λ。在本专利技术的第一变型中，粘合剂层至少在某些区域中可由光化学可固化粘合剂形成。在本专利技术的第二变型中，粘合剂层至少在某些区域中由包含至少一种微囊密封的聚合活化组分的粘合剂形成，该微囊密封的聚合活化组分可在超声波的作用下释放。在这种情形中，固化可通过超声换能器的压电元件的任何出现的事件中引入。因此，粘合剂可直接被压电元件发出的超声波活化和固化。在本专利技术的第三变型中，粘合剂层至少在某些区域中由包含至少一种聚合活化组分的粘合剂形成，该聚合活化组分可在微波的作用下活化。对应的组分例如可为聚合物引发剂，然而，其首先通过能量微波输入对聚合物活化。在子变型中，聚合活化组分也可以出现在微囊中，其中，微囊由微波破坏，且通过这种方式，该组分被释放并因此被活化。在本专利技术的第四变型中，粘合剂层至少在某些区域中富含在LF或HF场的作用下可感应加热的组分。例如，这可为诸如镍-铁的铁磁合金或金属。本专利技术的优选实施例为从属权利要求的主题。固化粘合剂层可具有带有功能团的未反应的光引发剂或残留单体，其在光化学辐射下形成化学键或原子团。固化粘合剂层优选具有微囊的残留物。固化粘合剂层此外可具有吸收LF或HF场的组分的残留物。粘合剂层此外可具有诸如为铁磁颗粒的微波吸收组分的残留物。金属盘可具有面对压电元件的区域，压电元件具有几何重心，其中聚合物的交联度朝着该重心减小。这意味着，例如粘合剂层的边缘上的聚合物与中心相比承受增强的聚合过程。聚合物的侧部增加程度的形式可由侧部照射引发。这将参考图2-8来详细阐明。为了使金属盘和压电元件相对于耦合主体精确地适当定向，有利地，在实际固化之前，执行预粘贴或定位。预粘贴使得压电元件和金属盘能够固定于耦合主体。粘合剂层在金属层的边缘区域光化学交联(crosslink)或通过微波入射交联，且在中心区域热交联。这例如通过注意下述现象而观察到，粘合剂层中心中的光引发剂分子仍旧未被活化且未连接为聚合网络的组分，而是仅仅被聚合材料以增高的浓度包围，而不会形成化学键，或者至少没有键通过辐射被活化。耦合主体或耦合元件，可具有面对被测介质的耦合表面，用于进入和出自耦合元件的期望超声信号的入耦合和/或出耦合，其中，耦合元件具有至少一个反射表面，其使从耦合表面进入耦合元件的辐射，特别是UV辐射或微波辐射，重定向到金属盘的边缘区域内。在该变型中，发射表面由耦合元件提供。另外地或可替换地，也可提供反射涂层。此外，辐射的焦点可出现在反射表面上。粘合剂层可特别是2组分粘合剂，其中，至少一个组分被微囊包围。聚合可在微囊破坏之后发生。耦合主体有利地至少为部分透明的和/或可透射微波的。例如，根据从耦合主体朝向金属盘的粘合剂的辐射，粘合剂的固化可在没有附加措施的情形下发生。金属盘与耦合主体之间的粘合剂层具有同金属盘与压电元件之间的粘合剂层相同的化学组分。本专利技术的用于确定被测介质的流速或流量的超声波流量测量设备包括测量管和至少两个超声换能器，正如权利要求1-4其中一项所要求保护的，其沿着测量管布置，其中，每一个超声换能器都具有耦合元件，其具有耦合表面，在该耦合表面处，所产生的超声信号，可被发射到测量管或被测介质内，或者从测量管或被测介质接收。而且，仅仅两个粘合剂层中的其中一个可被设置在金属盘的区域中。因此λ/4适配或匹配层也可替代粘合剂层设置在金属盘与耦合元件之间，正如在DE102013104542A1中所详细描述的，关于超声换能器的结构变型可对其进行综合参考。该概念对于本领域技术人员是公知的。本文关心的是适配或匹配层，其层厚度对应于适配或匹配层的材料中的超声信号的1/4波长的倍数，其中，根据带宽处的声学需要，层厚也可与该值偏离±25％。这与典型的粘合剂层相反，典型的粘合剂层厚度处于3/8λ之下。附图说明基于附图中的多个实施例的示例，将详细解释本专利技术的主题，附图示出了如下内容：图1为本专利技术的第一超声换能器的分解图；图2为第一超声换能器的侧视图；图3为本专利技术的超声换能器的详图；图4为本专利技术的第二超声换能器的详图；图5为本专利技术的第三超声换能器的局部视图；图6为本专利技术的第三超声换能器的详图；图7为本专利技术的第四超声换能器的详图；以及图8为本专利技术的第五超声换能器的详图。具体实施方式图1示出了本专利技术的包括耦合元件3的超声换能器1。超声换能器1包括压电元件2、金属盘4和耦合元件3的布置。第一粘合剂层5设置在压电元件2与金属盘之间。第二粘合剂层6设置在金属盘4与耦合元件3之间。耦合元件3通常也被称为耦合主体。耦合元件经常被实施为具有楔形形状，所以本领域技术人员也称其为耦合楔。在本实施例的示例中，耦合元件3被实施为耦合楔。耦合元件的基本形式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器(1)，包括耦合元件(3)和压电元件(2)，其中，在所述耦合元件(3)和所述压电元件(2)之间设置金属盘(4)，其中，所述金属盘(4)利用粘合剂层(5或6)与所述压电元件(2)或所述耦合元件(3)相连，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)至少在某些区域利用光化学可固化粘合剂来形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 DE 102014103884.31.一种超声换能器(1)，包括耦合元件(3)和压电元件(2)，其中，在所述耦合元件(3)和所述压电元件(2)之间设置金属盘(4)，其中，所述金属盘(4)利用粘合剂层(5或6)与所述压电元件(2)或所述耦合元件(3)相连，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)至少在某些区域利用光化学可固化粘合剂来形成。2.一种超声换能器(1)，包括耦合元件(3)和压电元件(2)，其中，在所述耦合元件(3)和所述压电元件(2)之间设置金属盘(4)，其中，所述金属盘(4)利用粘合剂层(5或6)与所述压电元件(2)或所述耦合元件(3)相连，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)至少在某些区域由粘合剂形成，所述粘合剂至少在某些区域包含微囊密封的聚合活化组分，所述聚合活化组分在超声波作用下可释放。3.一种超声换能器(1)，包括耦合元件(3)和压电元件(2)，其中，在所述耦合元件(3)和所述压电元件(2)之间设置金属盘(4)，其中，所述金属盘(4)利用粘合剂层(5或6)与所述压电元件或所述耦合元件(3)相连，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)至少在某些区域由粘合剂形成，所述粘合剂至少在某些区域包含聚合活化组分，所述聚合活化组分在微波作用下可活化。4.一种超声换能器(1)，包括耦合元件(3)和压电元件(2)，其中，在所述耦合元件(3)和所述压电元件(2)之间设置金属盘(4)，其中，所述金属盘(4)利用粘合剂层(5或6)与所述压电元件或所述耦合元件(3)相连，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)至少在某些区域富含在LF或HF场的作用下可感应加热的组分。5.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)包括具有功能团的不反应的光引发剂或残留单体，所述不反应的光引发剂或残留单体在光或微波辐射的作用下形成化学键或原子团。6.如权利要求2、3或4所述的超声换能器，其特征在于，所述粘合剂层(5或6)具有微囊的残留物或LF或HF场吸收组分的残留物或微波吸收组分的残留物。7.如前述权利要求中任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述金属板(4)具有面对压电元件(2)的区域，所述压电元件(2)具...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿希姆·维斯特，安德里亚斯·贝格尔，
申请(专利权)人：恩德斯豪斯流量技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH