用于超声换能器的质量检查的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于超声换能器的质量检查的方法。本发明专利技术还涉及一种包括该超声换能器并且执行该质量检查方法的超声传感器。该超声换能器包括：壳体，该壳体在内侧上具有导电层，该导电层至少在该壳体的壳体壁的内表面上延伸；以及压电换能器，该压电换能器被布置在该壳体中，该压电换能器的配备有电极的端面借助于介电耦合层被连接到导电层。根据该方法，对超声换能器执行至少一次质量检查，其中测量电容器的电容，并且如果测得的电容在指定的电容范围之外，则确定超声换能器的质量缺陷，该电容器包括电极、用作对电极的导电层以及作为电介质的介电耦合层。介质的介电耦合层。介质的介电耦合层。

【技术实现步骤摘要】
用于超声换能器的质量检查的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于具有被布置在壳体中的压电换能器的超声换能器的质量检查的方法，一种用于生产至少一个经过质量检查的超声换能器的、包括所述质量检查方法的方法，一种包括所述用于生产至少一个超声传感器的生产方法的方法，以及一种被设计用以执行质量检查方法的超声传感器。

技术介绍

[0002]超声换能器通常包括压电换能器，取决于应用，该压电换能器可以用作超声信号的发送器，用作超声信号的接收器，或既可以用作超声信号的发送器又可以用作超声信号的接收器，并且该压电换能器被布置在壳体中以免受周围环境影响。因此，尽管有壳体，也可以发送和/或接收超声信号，压电换能器借助于耦合层(诸如粘合剂结合)被安装在壳体中，该耦合层将压电换能器的端面连接到壳体的壳体壁。
[0003]超声换能器例如用于超声传感器，正如已经在许多不同的应用领域，尤其是在食品工业中，在水和废水工业中，在化学中，尤其是在测量和控制技术中使用超声换能器那样。
[0004]这方面的示例是用于测量和/或监控容器或明渠中的填充材料的料位的超声传感器。在这种情况下，发送信号，例如短超声波脉冲，沿填充材料的方向发送，并且例如，该发送信号在填充材料的表面上反射的回波信号借助于用作发送器以及用作接收器的超声换能器接收。此外，测量超声信号从超声换能器到填充材料表面以及从填充材料表面返回到超声换能器的路径所需的信号传播时间。根据测得的信号传播时间，然后基于超声信号在填充材料上方的传播速度来确定与超声换能器到填充材料表面的距离相对应的料位。类似地，当然也可以使用两个超声换能器，其中一个用作发送器，另一个用作接收器，以便代替既用作发送器又用作接收器的超声换能器来测量和/或监控料位。
[0005]例如，在超声传感器的生产中，采取措施以使得，通过将压电换能器借助于耦合层安装在超声换能器的壳体中来生产超声换能器。随后，通过将传感器电子系统连接到超声换能器的压电换能器，借助于超声换能器来生产超声传感器。此外，超声换能器的壳体通常填充有灌封混合物和/或以另一种方式封闭。最后，通常对以这种方式生产的超声传感器执行最终控制，以便确保所有生产的超声传感器都满足为此目的指定的质量标准。
[0006]超声换能器的耦合层对超声传感器的发送和/或接收特性负有重要责任，并且因此在符合质量标准方面构成非常重要的部件。
[0007]质量缺陷，可能由超声换能器的生产中的误差引起，诸如耦合层的层厚度与该耦合层的指定的目标值的偏差，耦合层的材料性质与针对该耦合层指定的目标性质的偏差，以及耦合层内任何潜在存在的不均匀性导致用有缺陷的超声换能器制造的超声传感器不满足指定的质量标准，因此不得不退出服务。
[0008]因此，希望在这些超声换能器用于进一步使用(诸如用于生产超声传感器)之前，已经能够在早期阶段检测到超声换能器的质量缺陷。
[0009]在这方面，由于一旦压电换能器已经被插入到壳体中，耦合层就被压电换能器覆盖，所以在耦合层的生产之后不能容易地检查该耦合层的质量是有问题的。无论如何，为了能够检查耦合层的质量，可以将超声换能器切开。然而，这会导致超声换能器的受损，因此这种类型的检查最多只能随机地使用。
[0010]基于超声换能器的发送和/或接收特性对耦合层质量的检查通常只能借助于包括超声换能器的超声传感器来执行，因为这尤其还需要传感器电子系统，该传感器电子系统被连接到压电换能器，并且借助于该传感器电子系统，超声换能器可以作为超声传感器的发送器和/或接收器来操作。
[0011]两者都导致这样的事实，即在超声换能器尤其是超声换能器的耦合层的生产中出现的任何问题，通常只能在成品超声传感器的最终检查期间被检测到。
[0012]由于时间和成本原因，超声换能器和超声传感器通常是批量生产的。因此，在超声换能器的生产期间出现方法错误会导致整批超声传感器出现质量缺陷，于是一般不得不报废。
[0013]此外，在超声传感器的使用寿命期间，尤其是在操作期间，随着时间的推移也会出现超声换能器的质量缺陷，该质量缺陷会损害超声传感器的功能。其示例是可能由高压和/或机械负载引起的耦合层变形，以及由于老化和/或渗入壳体的湿气(诸如冷凝物)引起的耦合层变化。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是指定一种用于超声换能器的质量检查的方法，通过该方法可以确保超声换能器的尤其是耦合层的高质量。
[0015]为此目的，本专利技术包括一种用于超声换能器的质量检查的方法，其中该超声换能器
[0016]包括壳体，在该壳体内部具有导电层，该导电层至少在壳体的壳体壁的内表面上延伸，并且
[0017]包括压电换能器，该压电换能器被布置在壳体中，并且该压电换能器的配备有电极的端面借助于介电耦合层被连接到导电层，
[0018]其中对超声换能器执行至少一次质量检查，其中测量电容器的电容，该电容器包括电极、用作对电极的导电层和作为电介质的介电耦合层，并且
[0019]如果测得的电容在指定的电容范围之外，则确定超声换能器的质量缺陷。
[0020]该方法提供的优点是，借助于质量检查检测任何可能存在的影响测量的电容的缺陷。因为耦合层形成电容器的电介质，所以尤其也可以检测耦合层的任何潜在存在的缺陷，而无需为此目的将超声换能器切开或插入到超声传感器中。这些缺陷尤其包括耦合层的层厚度与针对该耦合层指定的目标值的偏差，耦合层的至少一种材料性质与针对该耦合层指定的目标性质的偏差，以及耦合层内可能存在的任何不均匀性。
[0021]另一个优点是，通过质量检查方法，尤其还可以检查和/或监控在超声传感器中使用的超声换能器的质量。后者提供的优点是，在使用寿命期间，尤其是在超声传感器的操作期间，及早检测出超声换能器随时间出现的质量缺陷，并且可以可选地更换或修理超声传感器。因此，避免了由质量缺陷引起的测量误差以及由测量误差引起的任何间接损害。
[0022]根据第一实施例，通过以下方式事先确定指定的电容范围：通过测量多个结构相同的超声换能器的电容，通过基于测得的电容确定电容的目标值和容差，以及通过基于该目标值和该容差确定电容范围。
[0023]根据第一实施例的一个实施例，仅使用满足指定的质量标准的超声换能器的测得的电容来确定电容范围，
[0024]其中，通过以下方式来识别满足规定质量标准的超声换能器：通过检查该超声换能器的耦合层是否满足至少一个指定的质量标准，是否满足耦合层的层厚度的标准，是否满足耦合层的均匀性的标准，和/或是否满足耦合层的介电常数的标准。
[0025]第一改进方案包括一种方法，其中在每种情况下，基于在指定的电容范围之外的至少一个测得的电容来确定基于相应的测得的电容确定的质量缺陷的至少一个可能的原因，其中
[0026]如果测得的电容小于电容范围的下限，则将耦合层的层厚度高于针对该耦合层指定的目标层厚度确定为可能的原因，
[0027]如果测得的电容大于电容范围的上限，则将耦合层的层厚度低于目标层厚度确定为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超声换能器的质量检查的方法，其中，所述超声换能器包括壳体(1)，所述壳体(1)在内侧上具有导电层(5)，所述导电层(5)至少在所述壳体(1)的壳体壁(7)的内表面上延伸，以及包括压电换能器(3)，所述压电换能器(3)被布置在所述壳体(1)中，并且所述压电换能器的配备有电极(11)的端面借助于介电耦合层(13)被连接到所述导电层(5)，其中对所述超声换能器执行至少一次质量检查，其中测量电容器的电容(C)，所述电容器包括所述电极(11)、用作对电极的所述导电层(5)和作为电介质的所述介电耦合层(13)，并且如果所述测得的电容(Cmeas)在指定的电容范围(ΔC)之外，则确定所述超声换能器的质量缺陷。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式事先确定所述指定的电容范围(ΔC)：通过测量多个结构相同的超声换能器的电容(C)，通过基于所述测得的电容(Cmeas)确定所述电容(C)的目标值(Ct)和容差(+/
‑
Tc)，以及通过基于所述目标值(Ct)和所述容差(+/
‑
Tc)确定所述电容范围(ΔC)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，仅使用满足指定的质量标准的超声换能器的测得的电容(Cmeas)来确定所述电容范围(ΔC)，其中尤其通过以下方式识别满足所述指定的质量标准的超声换能器：通过检查所述超声换能器的耦合层(13)是否满足至少一个指定的质量标准，是否满足所述耦合层(13)的层厚度(d)的标准，是否满足所述耦合层(13)的均匀性的标准，和/或是否满足所述耦合层(13)的介电常数(ε
r
)的标准。4.根据权利要求1至3所述的方法，其中，在每种情况下基于在所述指定的电容范围(ΔC)之外的至少一个测得的电容(Cmeas)来确定基于相应的测得的电容(Cmeas)确定的质量缺陷的至少一个可能的原因，其中如果所述测得的电容(Cmeas)小于所述电容范围(ΔC)的下限(C1)，则将所述耦合层(13)的层厚度(d)高于针对所述耦合层(13)指定的目标层厚度确定为可能的原因，如果所述测得的电容(Cmeas)大于所述电容范围(ΔC)的上限(C2)，则将所述耦合层(13)的层厚度(d)低于所述目标层厚度(ds)确定为可能的原因，如果所述测得的电容(Cmeas)在所述电容范围(ΔC)之外，则将所述耦合层(13)的不均匀性和/或所述耦合层(13)的介电常数(ε
r
)与针对所述耦合层(13)指定的目标值的偏差确定为可能的原因，如果所述测得的电容(Cmeas)低于所述电容范围(ΔC)的下限(C1)，则将所述压电换能器(3)和/或所述电极(11)受损确定为可能的原因，如果所述测得的电容(Cmeas)低于所述电容范围(ΔC)的下限(C1)，则将装配错误确定为可能的原因，在装配错误中所述压电换能器(3)已经被安装成使得被布置在所述压电换能器(3)的端面上的电极(11)位于所述压电换能器(3)的背离所述耦合层(13)的一侧上，如果所述测得的电容(Cmeas)大于或等于指定的最大值(Cmax)，所述指定的最大值(Cmax)高于所述电容范围(ΔC)的上限(C2)，则将短路确定为可能的原因，和/或
如果所述测得的电容小于或等于指定的最小值(Cmin)，所述指定的最小值(Cmin)低于所述电容范围(ΔC)的下限(C1)，则将经由所述压电换能器(3)的第一连接线(15)从所述电极(11)延伸的导电连接的电导率受损确定为可能的原因。5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，所述压电换能器(3)包括：压电元件，在所述压电元件的背离所述电极(11)的端面上布置有第二电极(27)；和/或多个压电元件，所述多个压电元件以一个在另一个之上的堆叠方式布置，和/或所述多个压电元件在每种情况下能够经由被布置在所述压电元件上的电极电接触，和/或所述介电耦合层(13)是被实施为粘合剂结合或灌封层的介电耦合层(13)。6.根据权利要求1至5所述的方法，其中，a)所述壳体(1)由导电材料组成或由金属组成，并且所述导电层(5)是所述导电壳体(1)的组成部分，或b)所述壳体(1)由电绝缘体组成，所述电绝缘体由聚苯硫醚(PPS)制成或由电绝缘塑料制成，并且所述壳体(1)在内侧上具有导电涂层(9)，所述导电涂层(9)形成所述导电层(5)或包括所述导电层(5)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述涂层(9)包括涂层区域(21)，所述涂层区域(21)形成所述导电层(5)或包括所述导电层(5)，并且所述涂层区域(21)在所述壳体壁(7)的面向所述超声换能器中的压电换能器(3)的内侧上延伸，并且或者在所述壳体(1)的整个内表面上延伸，或者包括至少一个另外的涂层区域(23)，所述另外的涂层区域(23)在壳体壁(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：