[發明專利]超聲波流量計

無效

• 申請號: 201280009499.1
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN103380352A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: J·德拉奇曼
• 申請（專利權）人: 米托爾斯有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張亞非;楊曉光

技術領域

本發明涉及包括超聲波換能器的超聲波流量計，特別是水、燃氣和熱能的耗量表。

背景技術

近年來，超聲波流量計已經進入高容量市場，如燃氣、水和熱能的儀表。在這些市場取得成功的原因是提高的性能、降低的價格，以及對儀表的遠程讀數的較容易的集成。這些儀表的市場滲透率的持續增加取決于進一步的優化和價格降低。

簡化的機械設計是降低超聲波流量計生產成本的一種方法，在過去的20年里，這方面一直在不斷發展。在優化設計方面，換能器的生產、組裝和電連接尤其重要，因為這是超聲波流量計生產中最主要的成本。

基于兩種不同的技術，超聲波流量計被分為兩組：多普勒流量計，其利用在流動介質內的顆粒或氣泡上反射的超聲波的多普勒效應；渡越時間流量計，其利用在流動介質中上游傳送超聲波束與下游傳送超聲波束的時差。這兩種不同類型的流量計的操作在專利文獻以及其他文獻已進行了充分說明。特別相關的是這樣的事實：多普勒流量計僅需要一個換能器就可以實現，而渡越時間流量計則需要至少兩個換能器。這意味著，換能器的生產成本在渡越時間流量計中特別重要。盡管如此，由于具有較大的動態范圍，渡越時間流量計在電子流量計中是優選的以便于計費。

大多數超聲波換能器由包括壓電陶瓷圓片（disk）的組合件組成。通常，將交流電壓應用在圓片平側面（flat?side）的電極上而在圓片上建立（assert）交變電場，從而激活圓片。由于圓片的壓電性質，這會產生機械運動，從而從圓片發出聲波。

實際情況中，這意味著圓片一面被待流量計檢測的介質遮蓋，或者介質和圓片之間的中間層遮蓋了陶瓷圓片的一面。陶瓷圓片被遮蓋的這一面需要特別注意，因為圓片這一面的電極是被遮蓋的，從而將交流電壓應用到圓片這一面的電極比較復雜。如果使用導電中間層，可將電信號施加到與陶瓷圓片鄰近的中間層以建立到被遮蓋的電極的電信號。這一點成功的先決條件是在中間層與電極之間使用導電膠、非常薄的介電材料層或直接電連接。所有這些方案先前已在專利文獻中被示出。

由于生產成本的原因，流量計中已增加使用聚合材料，這些材料性質上是不導電的。超聲波換能器的中間層使用非導電聚合材料，使得將電信號施加到緊靠這種材料的壓電陶瓷圓片的電極變得更為復雜。EP2236995中的圖3B示出了一個方案的示例。這里，將金屬彈簧從下（圓片和聚合物材料之間）壓向被遮蓋的電極，于是通過彈簧可以實現到電極的電接通。不幸的是，這種解決方案具有在機械方案的制約方面的成本，此外，涉及的機械部件也很多，這意味著更高的元件成本和更高的組裝成本。另外，由于部分表面面積用于連接，壓電圓片和中間聚合物層之間的接觸面積減小。這轉而降低了換能器的整體效率。

還有一個接通被遮蓋電極的替代方案，其包括將電極延長到圓片各面，并延長到圓片上面（所謂的環繞式電極），但這種方案在壓電圓片的生產成本方面高很多。

發明內容

本發明目的是提供一種用于超聲波流量計的成本高效的超聲波換能器，其中非導電聚合材料被放置在待計量的介質與面向待調查介質的壓電陶瓷圓片一面之間。

本發明涉及一種超聲波流量計，其包括至少一個超聲波換能器，其中換能器包括壓電圓片、非導電聚合材料以及壓電圓片與非導電聚合材料之間的導電層。

在本發明的一個實施例中，超聲波流量計包括至少兩個超聲波換能器，其中，每個換能器包括壓電圓片、非導電聚合材料以及壓電圓片與非導電聚合材料之間的導電層。

在本發明的一個實施例中，至少兩個換能器的非導電材料由一整塊材料制成。

在本發明的一個實施例中，兩個換能器的導電層由沉積在非導電聚合材料上的連接導電層電連接。

在本發明的一個實施例中，非導電聚合材料形成電路外殼的一部分。

在本發明的一個實施例中，外殼形成為包含一個或兩個換能器以及電路的密封外殼。

在本發明的一個實施例中，非導電聚合材料是由纖維如玻璃纖維或礦物纖維等加固的復合材料。

在本發明的一個實施例中，導電層通過氣相沉積如化學氣相沉積或物理氣相沉積等方法，沉積在非導電聚合材料上。

在本發明的一個實施例中，超聲波流量計還包括導電層與壓電圓片上的至少一個電極之間的耦合層。

在本發明的一個實施例中，耦合層為導電粘合劑。

在本發明的一個實施例中，導電粘合劑包括非導電膠與導電金屬球如銀、金、銅或鎳球等的混合物。

在本發明的一個實施例中，耦合層是介電材料。

在本發明的一個實施例中，導電層經由導電體電連接到電路。