超声波流量计和超声波收发器制造技术

一种超声波流量计，其特征在于：具有流道和测量该流道中的流体流量而配置的超声波收发器，上述超声波收发器具有在相对的面上设置电极同时将上述相对的一方的面作为收发波面并使该收发波面面向上述流道的压电体，上述压电体将该收发波面的纵向和横向的长度设定得使电极方向的振动成为主模式。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将2个1对的超声波收发器分别设置在被测流体的上流侧和下流侧、通过从1个超声波收发器发送超声波由另一个超声波收发器接收而测量被测流体的流量的超声波流量计及其使用的超声波收发器。
技术介绍
很早以前，人们就进行了使用超声波测量在管道中流动的流体的流量的技术开发。作为超声波流量计，已知的有计量研究报告Vol．26，No．1，p1-6以「气体用超声波流量计的试制」为题所登载的结构。下面，说明先有的超声波流量计和超声波收发器。图20表示先有的超声波流量计的结构，图21表示先有的气体用超声波收发器的结构。在图20中，51是圆筒管，52是超声波收发器A，53是将超声波收发器A52安装到圆筒管51上的安装口A，54是超声波收发器B，55是将超声波收发器B54安装到圆筒管51上的安装口B，56是在圆筒管51中流动的被测流体。在图21中，57是圆筒压电板，58是耦合层，59是引线。下面，说明按上述方式构成的超声波流量计的结构。将超声波收发器A52和超声波收发器B54通过安装口A53和安装口B55相对于圆筒管51倾斜地相对地配置。设超声波收发器A52与超声波收发器B54的距离为L、圆筒管51的长度方向与超声波的传播方向的夹角为θ、在无风状态下超声波在被测流体56中传播的声速为C、被测流体56的流速为V，则从超声波收发器A52发射的超声波在被测流体56中传播并由超声波收发器B54所接收的传播时间t1可以表为下式。c-Vcosθ=Lt1]]>(式1) 同样，从超声波收发B52发射的超声波在被测流体56中传播并由超声波收发器A52所接收的传播时间t2可以表为下式。c-Vcosθ=Lt2]]>(式2)从上述2式消去被测流体56中的声速C，则可得到下式。1t1-1t2=2VcosθL]]>(式3)由上式可以求出被测流体56的流速V为V=12cosθ(1t1-1t2)]]>(式4)由于在上式中不包含被测流体56中的声速C，所以，可以与被测流体56的物质无关地求出流速V，从而可以根据得到的流速V和圆筒管51的截面积导出流量。另外，被测流体56为气体时使用的超声波收发器是图21所示的圆筒形状，由圆筒压电板57和1层的耦合层58构成。但是，在上述先有的结构中，存在如下问题。(1)第1个问题，就是在超声波收发器中使用的压电板为圆筒形、利用圆板的厚度振动及延展振动而选择低频时，由于直径大，从而超声波收发器增大，所以，难于使超声波流量计实现小型化。另外，如果使用小型的超声波收发器，就必须提高频率，从而，不仅超声波的传播所引起的衰减的影响增大，而且超声波流量计的回路的成本也增加。因此，如果选择适合于超声波流量计的尺寸的超声波收发器，则频率的选择将受到限制。此外，由于圆板的厚度振动的电机耦合系数Kt和延展振动的电机耦合系数Kp小于圆棒及角柱的厚度纵向振动的电机耦合系数K33，所以，灵敏度低。进而由于在圆筒压电板57上没有设置用于降低机械Q值的背面负荷材料等结构材料，所以，只能发送拖尾长的超声波脉冲，难于缩短流量测量时间。(2)第2个问题，就是由于圆筒管51的截面为圆形，所以，尽管具有中心附近的流速V快而外侧的流速慢的2维的流速分布，但是，在使2个超声波收发器相对而得到的流速V中却难于反映圆筒管51的整个截面上的流速分布，仅仅是圆筒管51的截面中的测量区域的平均流速。并且，由于根据所测量的流速V利用近似式求圆筒管51中的流量，所以，难于进行流速分布的高精度的推算，从而难于获得高的流量测量精度。本专利技术就是为了解决上述先有技术的问题而提案的，目的旨在提供提高超声波收发器的尺寸和频率的选择的自由度并且灵敏度高、响应性快、精度高的小型的超声波流量计和超声波收发器。专利技术的公开本专利技术具有流体流动的夹在相隔指定的宽度配置的2块平行平板之间的流道和配置在可以测量流体流量的位置的超声波收发器，上述超声波收发器具有将电极设置在相对的面上同时将相对的一方的面作为收发波面而使该收发波面面向上述流道的压电体，上述压电体具有用沟分割收发面或与上述收发面相对的面中的至少一方的面同时用导体将设置在该分割的面上的电极的所有的面连接的结构。本专利技术的第1种形式的超声波流量计具有流道和用于测量该流道中的流体流量而配置的超声波收发器，上述超声波收发器具有将电极设置在相对的面上同时将上述相对的一方的面作为收发波面而使该收发波面面向上述流道的压电体，上述压电体采用以电极方向的振动为主模式设定该收发波面的纵、宽长度的结构，从而将压电体的厚度纵向振动作为主模式利用，所以，可以获得灵敏度高、响应性快的小型的超声波收发器，从而可以获得高精度的小型的超声波流量计。本专利技术的第2种形式的超声波流量计具有流道和用于测量该流道中的流体流量而配置的超声波收发器，上述超声波收发器具有将电极设置在相对的面上同时将相对的一方的面作为收发波面而使该收发波面面向上述流道的压电体，上述压电体采用用沟分割收发面或与上述收发面相对的面中的至少一方的面同时用导体将设置在该分割的面上的电极的所有的面连接的结构，由于可以利用沟将厚度纵向振动与不需要的振动模式分离，所以，可以获得灵敏度高、响应性快、频率和尺寸的选择幅度宽的小型的超声波收发器，从而可以获得高精度的小型的超声波流量计。在上述第2种形式的超声波流量计中，采用通过以电极方向的振动为主模式的深度的沟分割压电体的结构，沟的深度大于与收发波面垂直方向的厚度的90％小于100％，由于并未将压电体完全分离，所以，不仅压电体的处理容易，而且可以把厚度纵向振动和不需要的振动模式分离为在实用上没有问题的程度，所以，可以获得灵敏度高、响应性快、频率和尺寸的选择幅度宽的小型的超声波收发器，从而可以获得高精度的小型的超声波流量计。此外，在第2种形式的超声波流量计中，设定由沟分割的各面的纵、宽的长度以使电极方向的振动为主模式，以及使由沟分割的各面的纵、宽的长度与厚度之比全部小于0．8，不仅可以把厚度纵向振动和不需要的振动模式分离为在实用上没有问题的程度，而且可以将厚度纵向振动作为主模式利用，所以，可以获得灵敏度高、响应性快、频率和尺寸的选择幅度宽的小型的超声波收发器，从而可以获得高精度的小型的超声波流量计。另外，在第2种形式的超声波流量计中，采用使设置在压电体上的沟为多个的结构，所以，可以进一步获得频率和尺寸的选择幅度宽的小型的超声波收发器，从而可以获得高精度的小型的超声波流量计。本专利技术的第3种形式的超声波流量计具有流道和用于测量该流道中的流体流量而配置的超声波收发器，上述超声波收发器具有将电极设置在相对的面上同时将相对的一方的面作为收发波面而使该收发波面面向上述流道的多个压电体，采用分别用导体将设置在各压电体的收发面和与上述收发面相对的面上的各电极连接的结构，由于具有多个分离的压电体，减少了不需要的振动模式的影响，所以，可以获得灵敏度高、响应性快、频率和尺寸的选择幅度宽的小型的超声波收发器，从而可以获得高精度的小型的超声波流量计。在上述第3种形式的超声波流量计中，将各压电体的各个面的纵和横的全部长度设定为使电极方向的振动成为主模式，以及使各压电体的收发波面的纵和横的长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：足立明久，渡边淳志，佐藤利春，东奈绪子，桥本雅彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：