(57)【要約】【課題】超音波信号のクロストークを避ける別の手段を形成し、先行技術において公知である欠点を、少なくとも部分的に回避する、測定機器ケーシング内に組み込む超音波変換器を提供する。【解決手段】変換器ケーシング（２）は組込み状態においてケーシング保持部（３ａ，３ｂ）と共に、少なくとも間接的に少なくとも１つの第１の接触面（６）を形成し、予負荷手段（１４）により変換器ケーシング（２）とケーシング保持部（３ａ，３ｂ）とは第１の接触面（６）において少なくとも間接的に、存在してはいるが可能な限り僅かな面圧によって互いに押圧されているようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置ケーシング（１）内に組み込む超音波変換器であって、該超音波変換器は変換器ケーシング（２）とケーシング保持部（３ａ，３ｂ）とを有しており、変換器ケーシング（２）は組込み状態において変換器ケーシング（２）の送信側及び／又は受信側を介して媒体圧で負荷可能である、超音波変換器において、
変換器ケーシング（２）は組込み状態においてケーシング保持部（３ａ，３ｂ）と共に、少なくとも間接的に少なくとも１つの第１の接触面（６）を形成し、予負荷手段（１４）により変換器ケーシング（２）とケーシング保持部（３ａ，３ｂ）とは第１の接触面（６）において少なくとも間接的に、存在してはいるが可能な限り僅かな面圧によって互いに押圧されていることを特徴とする、超音波変換器。
【請求項２】
変換器ケーシング（２）が媒体により圧力負荷をかけられた組込み状態において少なくとも間接的に、第１の接触面（６）においてケーシング保持部（３ａ，３ｂ）に対して押圧する力は、媒体による変換器ケーシング（２）の合成圧力負荷に基づいており、前記力、ひいては第１の接触面（６）における面圧は媒体圧が増大するにつれても増大することを特徴とする、請求項１記載の超音波変換器。
【請求項３】
予負荷手段（１４）に起因する少なくとも間接的な面圧は第１の接触面（６）において、１０ＭＰａよりも小さく、有利には７ＭＰａよりも小さく、極めて有利には６ＭＰａよりも小さく、特に有利には５ＭＰａよりも小さいことを特徴とする、請求項１又は２記載の超音波変換器。
【請求項４】
予負荷手段（１４）に起因する少なくとも間接的な面圧は第１の接触面（６）において、０．００１ＭＰａよりも大きく、有利には０．００５ＭＰａよりも大きく、極めて有利には０．０１ＭＰａよりも大きく、特に有利には０．０５ＭＰａよりも大きいことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【請求項５】
予負荷手段（１４）は全体的に変換器ケーシング（２）とケーシング保持部（３ａ，３ｂ）との間で有効であり、予負荷手段（１４）は媒体圧が増大する場合に一層弛緩されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【請求項６】
ケーシング保持部（３ａ，３ｂ）は第１の保持エレメント（３ａ）と第２の保持エレメント（３ｂ）とを有しており、変換器ケーシング（２）は第１の保持エレメント（３ａ）に侵入し、第１の保持エレメント（３ａ）の一方の側に設けられている第１の保持エレメント（３ａ）のショルダ（１１）と、変換器ケーシング（２）のショルダ（１２）とは相対しており、第１の保持エレメント（３ａ）の他方の側の領域において第２の保持エレメント（３ｂ）は、変換器ケーシング（２）に結合されており且つ第１の保持エレメント（３ａ）にロック式に相対しており、特に第２の保持エレメント（３ｂ）は形状接続式のロッキングリングであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【請求項７】
予負荷手段（１４）は第１の保持エレメント（３ａ）と第２の保持エレメント（３ｂ）との間に設けられており、第１の保持エレメント（３ａ）に支持される一方で、第２の保持エレメント（３ｂ）又は変換器ケーシング（２）に支持されることを特徴とする、請求項６記載の超音波変換器。
【請求項８】
予負荷手段（１４）は板ばねとして形成されており、特に湾曲された板ばねとして形成されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【請求項９】
ケーシング保持部（３ａ，３ｂ）は第１の保持エレメント（３ａ）と、第２の保持エレメント（３ｂ）とを有しており、第１の保持エレメント（３ａ）と第２の保持エレメント（３ｂ）とは組付け状態において自由スペース（９）を形成し、該自由スペース（９）において変換器ケーシング（２）の区分（１０）が支承されており、ケーシング保持部（２）の区分（１０）は、合成圧力負荷の方向（Ｐ）及び該方向（Ｐ）とは逆方向で、間接的に又は直接的に第１の保持エレメント（３ａ）と第２の保持エレメント（３ｂ）とに支持されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【請求項１０】
第１の保持エレメント（３ａ）は切欠きを備えた、測定機器ケーシング（１）の区分から形成されており、変換器ケーシング（２）は測定機器ケーシング（１）の切欠き内に挿入可能であり、第２の保持エレメント（３ｂ）は測定機器ケーシング（１）の区分の切欠き内に挿入可能で且つ測定機器ケーシング（１）の区分に結合可能なスリーブから形成されていることを特徴とする、請求項９記載の超音波変換器。
【請求項１１】
第２の保持エレメント（３ｂ）は第１の保持エレメント（３ａ）内に螺入可能であり、予負荷手段（１４）は第２の保持エレメント（３ｂ）のねじ山と、対応する第１の保持エレメント（３ａ）のねじ山ピッチとの相互作用によりもたらされていることを特徴とする、請求項９又は１０記載の超音波変換器。
【請求項１２】
ねじ山接触面が予負荷手段（１４）に起因する１０ＭＰａよりも小さい、有利には７ＭＰａよりも小さい、極めて有利には６ＭＰａよりも小さい、特に有利には５ＭＰａよりも小さい最大の面圧を有しており、前記ねじ山接触面が予負荷手段（１４）に起因する少なくとも０．００１ＭＰａ、有利には少なくとも０．００５ＭＰａ、極めて有利には少なくとも０．０１ＭＰａ、特に有利には少なくとも０．０５ＭＰａの最小の面圧を有するように、ねじ山は第１の保持エレメント（３ａ）と第２の保持エレメント（３ｂ）との間で設計されていることを特徴とする、請求項１１記載の超音波変換器。
【請求項１３】
変換器ケーシング（２）とケーシング保持部（３ａ，３ｂ）とは組付け状態において、合成圧力負荷の方向（Ｐ）で間隙（１５）により互いに離間されており、間隙（１５）には少なくとも１つの音響的な分離エレメント（７ａ）が配置されており、変換器ケーシング（２）と分離エレメント（７ａ）との間及び／又は分離エレメント（７ａ）とケーシング保持部（３ａ，３ｂ）との間に、可能な限り僅かな音響的な合成インピーダンス整合が形成されているように、特に分離エレメント（７ａ）の材料及び／又は寸法は選択されていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【請求項１４】
間隙（１５）に少なくとも２つの音響的な分離エレメント（７ａ，７ｂ，７ｃ）が配置されており、特に合成圧力負荷の方向Ｐで互いに隣接しており、分離エレメント（７ａ，７ｂ，７ｃ）の間の音響的に可能な限り僅かなインピーダンス整合がもたらされるように、特に分離エレメント（７ａ，７ｂ，７ｃ）の材料及び／又は寸法は選択されていることを特徴とする、請求項１３記載の超音波変換器。
【請求項１５】
変換器ケーシング（２）は合成圧力負荷の方向Ｐに対してほぼ垂直に離間してケーシング保持部（３ａ，３ｂ）において、特にシールリング（８ａ，８ｂ）により支承されていることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項記載の超音波変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置ケーシング内に組み込む超音波変換器であって、超音波変換器は変換器ケーシングとケーシング保持部とを有しており、変換器ケーシングは組込み状態において変換器ケーシングの送信側及び／又は受信側を介して媒体圧で負荷可能である、超音波変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記超音波変換器は何年も前から公知であり、例えば音響による質量流量計において大いに使用されている。超音波変換器は電気的なエネルギをダイアフラムの変位に変換する。ダイアフラムは変換器ケーシングにおいて送信側及び／又は受信側に設けられている。この事例では超音波変換器は超音波送信器として機能する。これとは逆に、送信側及び／又は受信側に設けられているダイアフラムは、（媒体内で起こる）外部の圧力変動により変位し、この変位は適切な信号に変換されるということも可能である。この事例では超音波変換器は超音波受信器として機能する。例えば充填度測定といった使用においては、多くの場合、この種の超音波変換器は超音波送信器としても超音波受信器としても使用される。流量測定の領域では超音波変換器は頻繁に、超音波送信器又は超音波受信器として使用される。
【０００３】
音響による流量測定時には大抵、測定管内を搬送される媒体において、音波信号の拡散速度に媒体の搬送速度が重畳させられている、という効果が利用される。測定管に対する音波信号の測定された拡散速度は、媒体が音波信号の方向に搬送される場合には静止している媒体の場合よりも高い。測定管に対する音波信号の速度は、媒体が音波信号の放出方向とは反対方向に搬送される場合には静止している媒体の場合よりも低い。音波送信器と音波受信器と（両者とも超音波送信器）の間の音波信号の走行時間は、連行効果に基づき、測定管に対する、ひいては音波送信器と音波受信器とに対する媒体の搬送速度に依存している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放出された音波信号又は超音波信号に基づく測定時の問題点は、超音波変換器内で形成された超音波振動は、変換器ケーシングの送信側及び／又は受信側から、超音波変換器を取り囲む媒体内に伝達されるだけでなく、形成された振動が変換器ケーシングを介して（測定機器ケーシングとは異なる場合にはケーシング保持部を介して）、測定機器ケーシングに伝達されるということは流量測定の領域だけではないという点である。従って、このことは、事情によっては、送信出力の大部分が「失われる」から問題であるというだけではなく、むしろとりわけ、いわゆるクロストークにより測定機器ケーシングに伝達された超音波が、受信側において著しい障害に繋がることもあるから問題でもある。このことは、受信側で例えば、受信した超音波信号が媒体を介して受信されたか（有効信号）、又は測定機器ケーシングを介して受信されたかを区別できないということが理由である。測定機器ケーシングを介して伝達された超音波信号は、また、受信する超音波変換器の変換器ケーシング内にクロストークする。
【０００５】
特に、ガス使用の場合、つまり媒体がガスから成っている場合には、超音波変換器からガス状の媒体に伝えられた振動エネルギの成分は、形成された振動エネルギ全体に比べて極めて僅かであり、クロストークの問題は、この場合、特に切迫したものである。
【０００６】
先行技術において、変換器ケーシングにおける実際の振動発生器から変換器ケーシング、更には測定機器ケーシングへの超音波振動のクロストークを減じることができる手段が公知になっている。これらの手段は、超音波発生器、例えば変換器ケーシングの送信側及び／又は受信側における圧電素子から測定機器ケーシングへの移行部への伝達経路が構造的に延長される、ということに基づいている。別の手段としては、超音波源を超音波変換器の残りの部分及び／又は測定機器ケーシングから、例えば材料によって音響的な移行部を形成することにより、音響的に分離するという試みがある。前記材料は結果的に不十分なインピーダンス整合、ひいては少ないエネルギ成分の伝達をもたらす。複数の手段がよく互いに組み合わされる。
【０００７】
更にガスを使用した場合には、ガス状の媒体に直接伝達されるエネルギの成分は、媒体の圧力及び濃度に著しく左右される、という問題がある。つまり圧力変動により、クロストーク信号エネルギに対する有効信号エネルギの比率は激しく変動することになる。これにより信号レベル又は信号レベル比率に基づく、超音波信号の評価が困難になる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、超音波信号のクロストークを避ける別の手段を形成し、先行技術において公知である欠点を、少なくとも部分的に回避する、測定機器ケーシング内に組み込む超音波変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る測定装置ケーシング内に組み込む超音波変換器は、変換器ケーシングは組込み状態においてケーシング保持部と共に、少なくとも間接的に少なくとも１つの第１の接触面を形成し、予負荷手段により変換器ケーシングとケーシング保持部とは第１の接触面において少なくとも間接的に、存在してはいるが可能な限り僅かな面圧によって互いに押圧されているようになっている。
【００１０】
好ましくは、変換器ケーシングが媒体により圧力負荷をかけられた組込み状態において少なくとも間接的に、第１の接触面においてケーシング保持部に対して押圧する力は、媒体による変換器ケーシングの合成圧力負荷に基づいており、前記力、ひいては第１の接触面における面圧は媒体圧が増大するにつれても増大する。
【００１１】
好ましくは、予負荷手段に起因する少なくとも間接的な面圧は第１の接触面において、１０ＭＰａよりも小さく、有利には７ＭＰａよりも小さく、極めて有利には６ＭＰａよりも小さく、特に有利には５ＭＰａよりも小さい。
【００１２】
好ましくは、予負荷手段に起因する少なくとも間接的な面圧は第１の接触面において、０．００１ＭＰａよりも大きく、有利には０．００５ＭＰａよりも大きく、極めて有利には０．０１ＭＰａよりも大きく、特に有利には０．０５ＭＰａよりも大きい。
【００１３】
好ましくは、予負荷手段は全体的に変換器ケーシングとケーシング保持部との間で有効であり、予負荷手段は媒体圧が増大する場合に一層弛緩される。
【００１４】
好ましくは、ケーシング保持部は第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとを有しており、変換器ケーシングは第１の保持エレメントに侵入し、第１の保持エレメントの一方の側に設けられている第１の保持エレメントのショルダと、変換器ケーシングのショルダとは相対しており、第１の保持エレメントの他方の側の領域において第２の保持エレメントは、変換器ケーシングに結合されており且つ第１の保持エレメントにロック式に相対しており、特に第２の保持エレメントは形状接続式のロッキングリングである。
【００１５】
好ましくは、予負荷手段は第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとの間に設けられており、第１の保持エレメントに支持される一方で、第２の保持エレメント又は変換器ケーシングに支持される。
【００１６】
好ましくは、予負荷手段は板ばねとして形成されており、特に湾曲された板ばねとして形成されている。
【００１７】
好ましくは、ケーシング保持部は第１の保持エレメントと、第２の保持エレメントとを有しており、第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとは組付け状態において自由スペースを形成し、該自由スペースにおいて変換器ケーシングの区分が支承されており、ケーシング保持部の区分は、合成圧力負荷の方向及び該方向とは逆方向で、間接的に又は直接的に第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとに支持される。
【００１８】
好ましくは、第１の保持エレメント（３ａ）は切欠きを備えた、測定機器ケーシング（１）の区分から形成されており、変換器ケーシング（２）は測定機器ケーシング（１）の切欠き内に挿入可能であり、第２の保持エレメント（３ｂ）は測定機器ケーシング（１）の区分の切欠き内に挿入可能で且つ測定機器ケーシング（１）の区分に結合可能なスリーブから形成されている。
【００１９】
好ましくは、第２の保持エレメントは第１の保持エレメント内に螺入可能であり、予負荷手段は第２の保持エレメントのねじ山と、対応する第１の保持エレメントのねじ山ピッチとの相互作用によりもたらされている。
【００２０】
好ましくは、ねじ山接触面が予負荷手段に起因する１０ＭＰａよりも小さい、有利には７ＭＰａよりも小さい、極めて有利には６ＭＰａよりも小さい、特に有利には５ＭＰａよりも小さい最大の面圧を有しており、前記ねじ山接触面が予負荷手段に起因する少なくとも０．００１ＭＰａ、有利には少なくとも０．００５ＭＰａ、極めて有利には少なくとも０．０１ＭＰａ、特に有利には少なくとも０．０５ＭＰａの最小の面圧を有するように、ねじ山は第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとの間で設計されている。
【００２１】
好ましくは、変換器ケーシングとケーシング保持部とは組付け状態において、合成圧力負荷の方向で間隙により互いに離間されており、間隙には少なくとも１つの音響的な分離エレメントが配置されており、変換器ケーシングと分離エレメントとの間及び／又は分離エレメントとケーシング保持部との間に、可能な限り僅かな音響的な合成インピーダンス整合が形成されているように、特に分離エレメントの材料及び／又は寸法は選択されている。
【００２２】
好ましくは、間隙に少なくとも２つの音響的な分離エレメントが配置されており、特に合成圧力負荷の方向Ｐで互いに隣接しており、分離エレメントの間の音響的に可能な限り僅かなインピーダンス整合がもたらされるように、特に分離エレメントの材料及び／又は寸法は選択されている。
【００２３】
好ましくは、変換器ケーシングは合成圧力負荷の方向Ｐに対してほぼ垂直に離間してケーシング保持部において、特にシールリングにより支承されている。
【発明の効果】
【００２４】
可能な限り小さな面圧によりもたらされる、ケーシング保持部における変換器ケーシングの支承により、変換器ケーシングとケーシング保持部との間の卓越した音響的な分離が達成され、その結果、超音波のクロストークは効果的に減じられる。全体的に、例え可能な限り僅かであっても、ケーシング保持部と変換器ケーシングとの間には少なくとも間接的な面圧が形成されるので、ケーシング保持部と変換器ケーシングとは規定して互いに支承されている。その結果、超音波変換器が媒体圧によらない力によって負荷される場合にも、超音波変換器は規定の外側ジオメトリを有している。
【００２５】
本発明に係る手段の根底には、２つの個体間の音波伝達ひいては超音波伝達は、個体の材料特性とジオメトリとに依存しているだけでなく、どのように境界移行部が具体的に形成されているかにも依存する、という認識がある。一方の個体から隣接する他方の個体への音波伝振は例えば、隣接する個体が互いに、どの程度の力で互いに押圧されているか（もしくはどの程度の面圧が接触面に形成されているか）、又は隣接する個体が単に無負荷状態で隣り合っているかにも基づいている。面圧が増大するにつれて、２つの個体間の音波伝達も良好になる。つまり予負荷手段の本発明に係る設計によって、ケーシング保持部と変換器ケーシングとの位置が互いに規定されている場合、可能な限り小さな出発面圧、ひいては音波伝達能が超音波変換器に形成される、ということがもたらされる。
【００２６】
超音波変換器の変換器ケーシングは、通常、長手方向に延在している。この長手方向に延在した変換器ケーシングの一方の端部には、大抵は圧電結晶体である実際の超音波源が位置している。圧電結晶体はダイアフラムを変位させる。これにより超音波は変換器ケーシングの軸線方向の延在方向で放出される。
【００２７】
このことは逆に、変換器ケーシングの外側にある、周辺の媒体の圧力が変換器ケーシングに作用するものの、合成圧力負荷ひいては合成力作用は変換器ケーシングの長手方向延在の軸線方向でしかもたらされず、すなわち送信側及び／又は受信側に設けられているダイアフラムに作用する、ということを意味する。つまり存在する媒体圧は変換器ケーシングへの合成力作用Ｐを、通常の構成形状では変換器ケーシングの軸線方向にもたらす。
【００２８】
本発明の有利な構成によれば、媒体により圧力負荷された組付け状態にある変換器ケーシングが少なくとも間接的に、第１の接触面におけるケーシング保持部に押圧する力は、媒体による変換器ケーシングの合成圧力負荷に基づいており、力、ひいては第１の接触面における面圧は媒体圧が増大するにつれても増大するようになっている。この手段により、両方の固体間（本発明では変換器ケーシングとケーシング保持部との間）の、接触面における面圧が高められることにより、一方の固体から他方の固体への超音波の伝達は促進される、という前記認識が役立つ。
【００２９】
ケーシング保持部と変換器ケーシングとの間の面圧は、間接的にケーシング保持部と変換器ケーシングとの間にある固体を介して仲介することもでき、次いで前記第１の接触面が、１つにはケーシング保持部と仲介する固体との間、もう１つには仲介する固体と変換器ケーシングとの間に形成されている。このことは、言うならば、変換器ケーシングがケーシング保持部との組付け状態において、間接的に第１の接触面を形成することを意味している。この場合、大抵必然的に第２の接触面がもたらされる。
【００３０】
媒体の無負荷状態では、本発明に係る規定に基づき変換器ケーシングとケーシング保持部とは、可能な限り小さな面圧で、少なくとも間接的に互いに接触している。有利には、変換器ケーシングからケーシング保持部へ超音波は伝達されない。ケーシング保持部における変換器ケーシングの前記支承時には、変換器ケーシングがケーシング保持部に押圧する力は、特に合成圧力負荷の方向で、媒体圧が増大するにつれて増大する。これにより確かに一方では変換器ケーシングからケーシング保持部への超音波のクロストークは促進されるが、他方では音波エネルギの増大する部分も媒体へと放射される。
【００３１】
第１にガス状の媒体では、高まる媒体圧力は媒体の密度が高まるに伴って発生するので、媒体圧力が増大し、変換器ケーシングからケーシング保持部への超音波のクロストークは促進され、変換器ケーシングの送信側及び／又は受信側から媒体への超音波の伝達も促進される。結果としてこの手段により、クロストーク信号の出力に対する有効信号出力の比率は同じままであり、公知の構成、特に予負荷手段によってもたらされる面圧が、媒体による圧力負荷によりもたらされる第１の接触面における面圧よりも遙かに大きい構成の場合よりも、媒体圧の変化時にはいずれにしても前記比率は激しく変化することはない。
【００３２】
本発明に係る超音波変換器は、有利には、予負荷手段によりもたらされる、少なくとも間接的な、第１の接触面における面圧は、１０ＭＰａよりも小さく、有利には７ＭＰａよりも小さく、非常に有利には６ＭＰａよりも小さく、特に極めて有利には５ＭＰａよりも小さく設計されている。この関係において、予負荷手段によりもたらされる、少なくとも間接的な、第１の接触面における面圧が、０．００１ＭＰａよりも大きい、有利には０．００５ＭＰａよりも大きい、非常に有利には０．０１ＭＰａよりも大きい、特に極めて有利には０．０５ＭＰａよりも大きく設定されている場合は有利であることが強調される。超音波変換器は第１の接触面において、０．０５〜５ＭＰａの面圧をもって製造時に問題なく形成することもできる。
【００３３】
本発明に係る超音波変換器の特に全く有利な構成では、予負荷手段は全体として、変換器ケーシングとケーシング保持部との間において、媒体圧が増大する場合予負荷手段は一層弛緩されるように効果を発揮するようになっている。予負荷手段の構成及び配置により、超音波伝達に対する付加的な補償効果が達成される。ケーシング保持部と変換器ケーシングとの間に、少なくとも間接的に作用する面圧を加えるために、予負荷手段は（直接的でなくても機械的に間接的に）ケーシング保持部と変換器ケーシングとに接触する必要があるので、この場合にも変換器ケーシングとケーシング保持部との間に音響ブリッジ（Ｓｃｈａｌｌｂｒｕｅｃｋｅ）も形成される、ということは単純明白である。予負荷手段と変換器ケーシングとの間、もしくは予負荷手段とケーシング保持部との間の接触面も、面圧が増大する場合に高まる音波伝達能という同様の規則性を有している。しかし予負荷手段が上述のように配置されていて且つ挿入されている場合、媒体圧の増大時には確かに変換器ケーシングからケーシング保持部への音波伝達は改善されるが、減少する面圧に基づく予負荷手段の音波伝達能が同時に減少する。
【００３４】
本発明に係る超音波変換器の別の構成では、ケーシング保持部は第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとを有しているようになっている。第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとは取付け状態において自由スペースを形成する。この自由スペースには変換器ケーシングの区分が支承されている。変換器ケーシングの区分は合成圧力負荷の方向及び合成圧力負荷の方向とは反対の方向で、間接的又は直接的に第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとに支持される。第１の保持エレメントと第２の保持エレメントとは、つまり変換器ケーシングの区分をいわば挟み、こうして変換器ケーシングを全体として保持する。特にこの構成を基にして、第１の保持エレメントは切欠きを備えた測定機器ケーシングの区分によって形成されているようになっていて、変換器ケーシングは測定機器ケーシングの切欠き内に挿入可能であり、第２の保持エレメントは測定機器ケーシングの区分の切欠き内に挿入可能で、測定機器ケーシングの区分に結合可能なスリーブから形成されているようになっている。
【００３５】
第２の保持エレメントが第１の保持エレメント内に螺入可能であり、予負荷手段が第２の保持エレメントのねじ山と、対応する第１の保持エレメントのねじ山ピッチとの協働によりもたらされていると、圧接力は前記構成では特に簡単に調節できる。
【００３６】
超音波伝達を抑制する際の更に別の構成は、本発明の有利な構成の場合、変換器ケーシングとケーシング保持部とが組付け状態において、合成圧力負荷の方向で、間隙により互いに離間されていることにより達成される。間隙には少なくとも１つの音響的な分離エレメントが配置されている。特に分離エレメントの材料及び／又は寸法は、変換器ケーシングと分離エレメントとの間、及び／又は分離エレメントとケーシング保持部との間の可能な限り小さな音響的な合成インピーダンス整合がもたらされているように選択されている。粗悪なインピーダンス整合により、超音波エネルギのほんの僅かな成分しか接触面に伝達されない、ということが達成される。むしろ超音波の大部分は反射し、いずれにしてもケーシング保持部もしくはケーシング内には到達しない。
【００３７】
詳しく述べれば、本発明に係る超音波変換器を形成し且つ改良する様々な可能性がある。請求項１に従属している請求項、及び図面と関連して有利な構成の記載が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】組込み状態における本発明に係る超音波変換器の横断面図である。
【図２】図１記載の変換器ケーシングからケーシング保持部への移行部の詳細図である。
【図３】付加的な分離エレメントを備えた本発明に係る超音波変換器の別の実施の形態を示した図である。
【図４】複数の分離エレメントを備えた本発明に係る超音波変換器の更に別の実施の形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
図１〜４には、本発明に係る超音波変換器の概略的な縦断面図が記載されている。超音波変換器は測定機器ケーシング１内に組み付けるために設けられている。測定機器ケーシング１は図１〜３にのみ記載されている。超音波変換器は変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとを有している。変換器ケーシング２は組付け状態において、変換器ケーシング２の送信側及び／又は受信側を介して媒体圧によって負荷可能である。媒体は図示されていない。
【００４１】
図面では、超音波変換器の実質的に重要な構成部材のみを記載するのであって、図は概略的である。例えば実際の超音波励振器５の配線は図示されていない。超音波励振器５は本実施の形態においては圧電素子である。本願発明では変換器ケーシング２が、１つの部材又は複数の部材から構成されているかどうか、超音波変換器のヘッドが詳しくはどのように構成されていて、超音波変換器の送信側及び／又は受信側４がどのような材料から成っているかは重要ではない。このことは以下では説明しない。
【００４２】
図示の超音波変換器は全体として、変換器ケーシング２は組付け状態においてケーシング保持部３ａ，３ｂと共に、少なくとも間接的に第１の接触面６を形成していて、予負荷手段１４により変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとは少なくとも間接的に第１の接触面６では、存在しているが、可能な限り僅かな面圧によって互いに押圧されている、ことを特徴とする。これにより、冒頭で述べたように、変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとの間の不十分な音波伝達がもたらされる。これと同時にケーシング保持部３ａ，３ｂに対する変換器ケーシング２の位置決めは規定されている、ということがもたらされる。
【００４３】
図面から、超音波変換器の送信側及び／又は受信側４を媒体にさらすことができ、その結果、媒体内を予め占めている圧力にもさらされているということが判る。図示の実施の形態では、媒体圧は結局のところ、符号Ｐで記載した方向での合成圧力負荷に繋がる。
【００４４】
変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとが、存在しているが可能な限り僅かな面圧によって互いに押圧されている、と言うことが話題になるのであれば、このことは予負荷手段１４の使用により構造的に条件付けられた面圧であって、外側からの影響、つまり例えば変換器ケーシング２からケーシング保持部３ａ，３ｂに加えられる自重又は圧力作用によりもたらされる力作用ではない。
【００４５】
変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとが、予負荷手段１４による−特に考慮される合成圧力負荷の方向Ｐでの−可能な限り僅かな面圧により互いに押圧することにより、変換器ケーシング２からケーシング保持部３ａ，３ｂへの超音波信号のクロストークは、超音波伝達に必要な、高い面圧により内部に形成される第１の接触面６がないために十分に回避される。僅かな面圧は単に僅かな超音波伝達のみを許容する。
【００４６】
媒体により圧力負荷された組付け状態における変換器ケーシング２を、ケーシング保持部３ａ，３ｂに対して、少なくとも第１の接触面６において少なくとも間接的に押圧する力が、媒体による変換器ケーシング２の合成された圧力負荷に基づき、力、ひいては面圧が第１の接触面６における面圧を増大する媒体圧と共に増大もする、ということは全実施の形態において有利である。既述したように、このことは特にガス状の媒体の場合には、変換器ケーシング２の圧着力が増大する場合、（間接的又は直接的に）ケーシング保持部３ａ，３ｂに、（つまり面圧が増大する場合）確かに超音波信号のクロストークには良好な前提条件であるが、それと同時に媒体の比較的高い密度に基づき、比較的高い圧力に起因して、超音波変換器から媒体への超音波信号の良好な伝達も可能でるので、クロストーク信号の出力に対する有効信号の出力の割合は僅かにしか変化しないか、又は全く変化することはない、という利点を有している。
【００４７】
図示した実施の形態では、予負荷手段１４により引き起こされる、少なくとも間接的な面圧は、第１の接触面６ではほぼ２ＭＰａであり、純粋機械的且つ構造的に良好に取扱い可能な値である。
【００４８】
図４記載の超音波変換器は、予負荷手段１４は変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとの間で有効であり、予負荷手段１４は媒体圧が増大する場合には一層緩められる、ということを特徴とする。このことは図４記載の超音波変換器では、ケーシング保持部３ａ，３ｂが第１の保持エレメント３ａと第２の保持エレメント３ｂとを有していることにより達成される。変換器ケーシング２は第１の保持エレメント３ａに侵入し、第１の保持エレメント３ａの一方の側に設けられている、第１の保持エレメント３ａのショルダ１１と変換器２のショルダ１２とが相対している。第１の保持エレメント３ａの他方の側の領域では、第２の保持エレメント３ｂは変換器ケーシング２に結合されていて、第１の保持エレメント３ａにロック式に相対している。第２の保持エレメント３ｂは形状接続式のロッキングリングである。
【００４９】
予負荷手段１４は図４記載の超音波変換器においては、第１の保持エレメント３ａと第２の保持エレメント３ｂとに直接的に接触している。第２の保持エレメント３ｂは、予負荷手段１４によってもたらされた力を変換器ケーシング２に導入する。増大する圧力により変換器ケーシング２が一層ケーシング保持部３ａ内に押圧される場合、第１の保持エレメント３ａと第２の保持エレメント３ｂとの間の、予負荷手段１４が配置されているギャップは大きくなり、その結果、予負荷手段１４によって加えられる力も小さくなる。これにより予負荷手段１４と第１の保持エレメント３ａ及び第２の保持エレメント３ｂとの間の面圧も僅かになるので、予負荷手段１４は媒体圧が増大すると共に、変換器ケーシング２からケーシング保持部３ａ，３ｂへの超音波の伝達にはより僅かにしか適していない。
【００５０】
予負荷手段１４が第１の保持エレメント３ａと第２の保持エレメント３ｂとの間に設けられている別の実施の形態において、予負荷手段１４は一方で第１の保持エレメント３ａにおいて支持されており、他方で変換器ケーシング２に直接支持されている。しかしこの実施の形態は記載されていない。図４では予負荷手段１４は板ばねとして形成されていて、この実施の形態では湾曲された板ばねとして形成されている。
【００５１】
図１〜３に記載されている超音波変換器において、ケーシング保持部３ａ，３ｂは同様に第１の保持エレメント３ａ，と第２の保持エレメント３ｂとを有している。第１の保持エレメント３ａと第２の保持エレメント３ｂとは自由スペース９を形成する。自由スペース９には変換器ケーシング２の区分１０が支承されている。変換器ケーシング２の区分１０は合成圧力負荷の方向Ｐ及び方向Ｐとは反対の方向で、間接的又は直接的に、第１の保持エレメント３ａ及び第２の保持エレメント３ｂに支持される。
【００５２】
第１の保持エレメント３ａは切欠きを備えた、測定機器ケーシング１の区分から形成される。変換器ケーシング２は測定機器ケーシング１の切欠き内に挿入されている。第２の保持エレメント３ｂは測定機器ケーシング１の区分の切欠き内に挿入可能で、測定機器ケーシング１の区分に結合可能なスリーブによって形成されている。第２の保持エレメント３ｂは本発明においては第１の保持エレメント３ａ内に螺入可能であり、予負荷手段１４は第２の保持エレメント３ｂのねじ山と、第１の保持エレメント３ａの対応するねじ山ピッチとの協働によりもたらされる。スリーブの装着時のトルクの測定により、実に簡単に軸線方向で作用する力、ひいては全体的に作用する面圧を検出し、且つ規定することができ、要求されて存在しているが、可能な限り僅かな面圧は容易に調節可能である。
【００５３】
第１の保持エレメント３ａと第２の保持エレメント３ｂとの間のねじ山は、ねじ山接触面が予負荷手段１４に起因する約７ＭＰａの最大の面圧を有しているように設計されている。
【００５４】
図３及び図４に記載の実施の形態において、変換器ケーシング２とケーシング保持部３ａ，３ｂとは組付け状態において、合成圧力負荷の方向Ｐで、間隙１５により互いに離間されている。間隙１５には少なくとも１つの音響的な分離エレメント７ａが配置されている。分離エレメント７ａの材料及び寸法は、変換器ケーシング２と分離エレメント７ａ及びケーシング保持部３ａ，３ｂとの間の可能な限り僅かな音響的な合成インピーダンス整合が形成されているように選択されている。
【００５５】
図４記載の超音波変換器では、間隙１５には３つの音響的な分離エレメント７ａ，７ｂ，７ｃが配置されていて、すなわち合成圧力負荷の方向Ｐにおいて互いに隣り合って配置されている。分離エレメント７ａ，７ｂ，７ｃの材料及び寸法は、分離エレメント７ａ，７ｂ，７ｃ間の可能な限り僅かな音響的なインピーダンス整合が形成されているように選択されている。
【００５６】
分離エレメント７ａ，７ｂ，７ｃの材料は、その弾性を考慮して、材料が媒体による期待される圧力負荷によって例えば圧縮可能であるように選択されている。従って、負荷時の予負荷手段１４の前記弛緩がもたらされる。
【００５７】
記載された全実施の形態において、変換器ケーシング２は合成圧力負荷の方向Ｐに対してほぼ垂直に離間されてケーシング保持部３ａ，３ｂ内において支承されていて、本発明ではシールリング８ａ，８ｂにより支承されている。シールリング８ａ，８ｂは材料及び寸法において、変換器ケーシング２とシールリング８ａ，８ｂとの間、及びシールリング８ａ，８ｂとケーシング保持部３ａ，３ｂとの間の可能な限り僅かな音響的な合成インピーダンス整合が形成されているように選択されている。
【００５８】
図４記載の超音波変換器では、第１の保持エレメント３ａはその周面にシールリング１３ａ，１３ｂを有している。シールリング１３ａ，１３ｂによって第１の保持エレメント３ａは、超音波変換器の組付け状態において測定機器ケーシング（図示せず）に対してシールされている。
【符号の説明】
【００５９】
１  測定機器ケーシング、  ２  変換器ケーシング、  ３ａ，３ｂ  ケーシング保持部、  ４  送信側及び／又は受信側、  ５  超音波変換器、  ６  第１の接触面、  ７ａ，７ｂ，７ｃ  分離エレメント、  ８ａ，８ｂ  シールリング、  ９  自由スペース、  １０  変換器ケーシングの区分、  １１  第１の保持エレメントのショルダ、  １２  変換器ケーシングのショルダ、  １３ａ，１３ｂ  シールリング、  １４  予負荷手段、  １５  間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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