(57)【要約】【課題】本発明の起点となる超音波変換器を、ケーシング波の伝達の阻止に関して改良する。【解決手段】第２の柔軟な機械的な結合システム（９）が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波流量計の重要な部分としての超音波変換器であって、変換器ケーシング（１）と変換器エレメント（２）とを備えており、前記変換器ケーシング（１）は、超音波ウインドウ（４）とケーシング管（１０）とを有しており、前記変換器エレメント（２）は、超音波を送波又は受波するように形成されていて、前記変換器ケーシング（１）の、超音波ウインドウ（４）に近い側又は前記変換器ケーシング（１）の、超音波ウインドウ（４）から遠い側に設けられており、比較的柔軟な機械的な結合システム（７）が設けられており、該機械的な結合システム（７）は、好適には弱く結合された少なくとも１つの機械的な共振器（８）、又は弱く結合された少なくとも２つの機械的な共振器（８）を有しているものにおいて、
第２の柔軟な機械的な結合システム（９）が設けられていることを特徴とする、超音波変換器。
【請求項２】
前記第２の結合システム（９）は、実質的に前記第１の結合システム（７）に相応して構成されている、請求項１記載の超音波変換器。
【請求項３】
前記両結合システム（７，９）は、並列的に作用する、請求項２記載の超音波変換器。
【請求項４】
前記変換器ケーシング（１）は、ケーシング管（１０）とケーシングフランジ（１１）とを有しており、前記両結合システム（７，９）のうち、一方の結合システム（７）は、前記ケーシングフランジ（１１）の、前記超音波ウインドウ（４）に近い側に配置されており、且つ他方の結合システム（９）は、前記ケーシングフランジ（１１）の、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側に配置されている、請求項３記載の超音波変換器。
【請求項５】
前記ケーシングフランジ（１１）の、前記超音波ウインドウ（４）に近い側に設けられた前記結合システム（７）の、前記超音波ウインドウ（４）に近い側の端部は、前記ケーシング管（１０）に結合されており、且つ前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の端部は、前記ケーシングフランジ（１１）に結合されており、前記ケーシングフランジ（１１）の、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側に設けられた結合システム（９）の、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の端部は、前記ケーシング管（１０）に結合されており、且つ前記超音波ウインドウ（４）に近い側の端部は、前記ケーシングフランジ（１１）に結合されている、請求項４記載の超音波変換器。
【請求項６】
前記超音波ウインドウ（４）に近い側の結合システム（７）の、前記超音波ウインドウ（４）に近い側の端部と、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の結合システム（９）の、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の端部とは、前記ケーシング管（１０）に溶接されている、請求項５記載の超音波変換器。
【請求項７】
前記超音波ウインドウ（４）に近い側の結合システム（７）の、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の端部と、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の結合システム（９）の、前記超音波ウインドウ（４）に近い側の端部とは、前記ケーシングフランジ（１１）と一体的に形成されている、請求項５又は６記載の超音波変換器。
【請求項８】
前記結合システム（７）若しくは前記両結合システム（７，９）に、外側を取り囲む溝（１２）が設けられており、いわば一方の機械的な共振器（８）と、他方の機械的な共振器（８）との間に、弾性的なヒンジが実現されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の超音波変換器。
【請求項９】
前記溝（１２）は、溝底部において円弧状に形成されているか、又は溝側面に対する円弧状の移行部を有している、請求項１記載の超音波変換器。
【請求項１０】
超音波流量計の重要な部分としての超音波変換器であって、変換器ケーシング（１）と変換器エレメント（２）とを備えており、前記変換器ケーシング（１）は、第１の領域（３）に超音波ウインドウ（４）を有しており、前記変換器エレメント（２）は、超音波を送波又は受波するように形成されていて、前記変換器ケーシング（１）の、超音波ウインドウ（４）に近い側又は前記変換器ケーシング（１）の、超音波ウインドウ（４）から遠い側に設けられており、超音波はケーシング波として、前記変換器ケーシング（１）の第１の領域（３）から、介在している前記変換器ケーシング（１）の第２の領域を介して、前記変換器ケーシング（１）の第１の領域（３）とは反対の側に位置する前記変換器ケーシング（１）の第３の領域（６）に伝達されるようになっており、前記変換器ケーシング（１）の第２の領域（５）に、比較的柔軟な機械的な結合システム（７）が設けられており、該機械的な結合システム（７）は、特に請求項１から９までのいずれか１項に記載の弱く結合された少なくとも２つの機械的な共振器（８）を有しているものにおいて、
前記変換器ケーシング（１）の内部に、減衰材料（１３）、特に青銅粒体又は青銅粉体が設けられていることを特徴とする、超音波変換器。
【請求項１１】
前記変換器ケーシング（１）は、前記超音波ウインドウ（４）に近い側の端部に、前記超音波ウインドウ（４）内への前記減衰材料（１３）の侵入を阻止する分離ディスク（１４）を有している、請求項１０記載の超音波変換器。
【請求項１２】
前記変換器エレメント（２）は、前記変換器ケーシング（１）の前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の端部に設けられており、前記変換器エレメント（２）と前記超音波ウインドウ（４）との間に、超音波ガイド（１５）が設けられており、該超音波ガイド（１５）を取り囲む保護管（１６）が設けられている、請求項１０又は１１記載の超音波変換器。
【請求項１３】
前記変換器ケーシング（１）の、前記超音波ウインドウ（４）から遠い側の端部に、前記減衰材料（１３）に作用する圧力発生装置（１７）が設けられている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の超音波変換器。
【請求項１４】
前記圧力発生装置（１７）は、一方の側で前記変換器ケーシング（１）に支持されており且つ他方の側に、前記減衰材料（１３）に作用するばね（１８）、特に皿ばね積層体を有している、請求項１３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、超音波流量計の重要な部分としての超音波変換器であって、変換器ケーシングと変換器エレメントとを備えており、変換器ケーシングは、超音波ウインドウとケーシング管とを有しており、変換器エレメントは、超音波を送波又は受波するように形成されていて、変換器ケーシングの、超音波ウインドウに近い側又は変換器ケーシングの、超音波ウインドウから遠い側に設けられており、比較的柔軟な機械的な結合システムが設けられているものに関する。この場合、変換器ケーシングは、第１の領域に超音波ウインドウを有していてよい。一般に超音波はケーシング波として、変換器ケーシングの第１の領域から、介在している変換器ケーシングの第２の領域を介して、変換器ケーシングの第１の領域とは反対の側に位置する変換器ケーシングの第３の領域に伝達可能である。比較的柔軟な機械的な結合システムは、変換器ケーシングの第２の領域に設けられていてよく、少なくとも１つの弱く結合された機械的な共振器、好適には弱く結合された２つの機械的な共振器を有していてよい。
【背景技術】
【０００２】
工業分野において測定技術、制御技術、調整技術及び自動化技術は特に重要である。これは特に、制御技術、調整技術及び自動化技術の基礎である測定技術について云える。測定技術の１つの重要な分野に、流量測定技術がある（Prof. Dr. sc. nat. Otto Fiedler "Stroemungs- und Durchflussmesstechnik" R. Oldenbourg Verlag Muenchen 101992の包括的な叙述を参照のこと）。流量測定技術にとって特に重要なのは（前掲の"Stroemungs- und Durchflussmesstechnik"参照）、機械的な作用原理に従った流量測定であり、特に浮遊式流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計、磁気誘導式流量計並びに超音波流量計である。
【０００３】
超音波流量計では、測定管内を搬送される媒体中では、音波信号の伝搬速度に媒体の搬送速度が重畳される、という作用が利用される。つまり、媒体が音波信号の方向に搬送される場合、測定管に対する音波信号の測定された伝搬速度は、静止媒体中の伝搬速度よりも大きく、媒体が音波信号の方向とは逆方向に搬送される場合、測定管に対する音波信号の速度は、静止媒体中の伝搬速度よりも小さい。送波器と受波器（送受波器が超音波変換器である）との間の音波信号の進行時間は、前記重畳作用に基づいて、測定管延いては超音波変換器、つまり送受波器に対する媒体の搬送速度に関連している。
【０００４】
超音波流量計で問題なのは、超音波変換器内で発生される超音波若しくは超音波変換器が受け取る超音波が、変換器ケーシングの送波側及び／又は受波側から、超音波変換器を取り囲む媒体中に伝達されるだけでなく、−送られる又は受け取られる−超音波が変換器ケーシングをも介して、場合によってはケーシング保持体をも介して伝達される点である。このことは、事情によっては送波性能若しくは受波性能のかなりの部分が「失われる」ために問題であるばかりでなく、むしろ、とりわけいわゆるクロストークにより変換器ケーシングに伝達された超音波が、受波側にかなりの障害をもたらす恐れもあるために問題である。これは例えば、受け取られた超音波が媒体を介して受け取られた（有効信号）のか、或いは変換器ケーシングを介して受け取られたのかを、受波側で判別することができないことに起因している。
【０００５】
特に、超音波流量計をガス状媒体の流量の測定に用いる場合には、超音波変換器からガス状媒体に伝達される振動エネルギの成分は、発生する振動エネルギ全体に比べて極めて少ないので、クロストークの問題は特に重大である。
【０００６】
従来技術において、上述したクロストーク、即ちケーシング波の発生を減少させるための種々様々な手段が公知である。いくつかの手段は、このようなケーシング波の発生を回避するという課題に関するものである。これについては例えば、伝達されるエネルギ成分を最大化するための特に良好なインピーダンス適合、又は反射を減らすためのλ／４層としての超音波ウインドウの設計に関する変換器ケーシングの超音波ウインドウの特定の構成が挙げられる。別の手段は、既に発生したケーシング波の送波を、例えば不整合の音響インピーダンス移行によって阻止することに関する。
【０００７】
本発明の起点となる、冒頭で述べた超音波変換器は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０３３０９８号明細書及び同じ内容のヨーロッパ特許出願公開第２１４８３２２号明細書に基づき、従来技術に属するものである。この公知の超音波変換器では、超音波変換器の変換器ケーシングに対するケーシング波の伝達を防止する別の手段が、変換器ケーシングの第２の領域に、比較的柔らかい機械的な結合システムが設けられており、且つこの結合システムは、ケーシング波の伝搬方向にほぼ前後して作用する、少なくとも２つの弱く結合された機械的な共振器を有していることにより、実現されている。
【０００８】
これらの機械的な共振器によってさしあたり、超音波により搬送されるエネルギを、機械的な共振器の励振により、局所的に「捕捉」することが可能である。機械的な共振器は、一般にばね−質量系として説明可能であり、この場合、実際のばね−質量系において、ばねの特性、つまり変位に関連した力作用は、−極めて小さくとも−共振器の質量に寄与することなしには実現不可能であり、質量と同様、共振器に構造的に組み込まれることに基づいて、ばね−質量系のばね特性も常に影響を及ぼされる。即ち、ばねと質量とは、構造的に互いに完全に分離することは不可能である。
【０００９】
ケーシング波の伝搬方向に少なくとも２つの機械的な共振器を直列に配置することによって、必然的にケーシング波は、変換器ケーシングの第１の領域から変換器ケーシングの第３の領域に到達し且つ反対に変換器ケーシングの第３の領域から変換器ケーシングの第１の領域に到達するために、全ての共振器を横断することになる。２つの共振器の弱い結合に基づき、これらの共振器は、強力に結合された共振器に比べて、共振器自体は同じ振動特性を有していたとしても、全体としてはケーシング波に対してより有効な障害物を成すことになる。強力な機械的な結合は、共振器の振動を、隣接する共振器に実際に直接に伝達する。弱い機械的な結合の場合には、当然この場合も隣り合う共振器間に機械的な相互作用が生じるとしても、共振器の振動を直接伝達するようなことはない。
【００１０】
上述の、弱く結合された少なくとも２つの共振器から成る結合システムは、以下、「比較的柔軟な機械的な結合システム」とも云い、実現する手段については反復を避けるために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０３３０９８号明細書及び並行するヨーロッパ特許出願公開第２１４８３２２号明細書を参照されたい。これにより、先に公開されたこれらの刊行物の開示内容は、本発明に関する開示内容でもあるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０３３０９８号明細書
【特許文献２】ヨーロッパ特許出願公開第２１４８３２２号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書
【特許文献４】ヨーロッパ特許第１０４６８８６号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Prof. Dr. sc. nat. Otto Fiedler "Stroemungs- und Durchflussmesstechnik" R. Oldenbourg Verlag Muenchen 101992
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、本発明の起点となる超音波変換器を、ケーシング波の伝達の阻止に関して改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の教示によれば、ケーシング波の伝達の阻止に関して改良された超音波変換器は、第２の柔軟な機械的な結合システムを有している。この場合、第２の結合システムは、実質的に第１の結合システムに相応して構成されていてよい。これについてはここで再度、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０３３０９８号明細書及び並行するヨーロッパ特許出願公開第２１４８３２２号明細書を参照されたい。
【発明の効果】
【００１５】
第１の結合システムと、好適には第２の結合システムにも、それぞれ弱く結合された、少なくとも１つの機械的な共振器が設けられているのに対して、好適には第１の結合システム及び／又は第２の結合システムに、それぞれ弱く結合された、ケーシング波の伝搬方向に実質的に前後して作用する、少なくとも２つの機械的な共振器が設けられており、つまりこれらの共振器は直列に作用するようになっている。本発明の別の教示では、第２の結合システムが設けられている場合に、２つの結合システムが並列的に作用するように、両結合システムの形成及び配置を実現することが重要である。
【００１６】
本発明の起点となる超音波変換器では、変換器エレメントは変換器ケーシングの下端部に設けられている、つまり、流動媒体に面した側の端部又は流動媒体に突入している側の端部に設けられている。機械的な結合システムは、多かれ少なかれ変換器ケーシングの上端部において実現されていて、いわば変換器ケーシングの構成部材でもある。変換器エレメントが設けられている変換器ケーシングの領域は、上で変換器ケーシングの第１の領域と呼んでおり、上部領域は第３の領域と呼び、第１の領域と第３の領域との間に位置する領域は第２の領域、つまり変換器ケーシングの、介在している第２の領域と呼んでおり、この第２の領域を介して、ケーシング波が変換器ケーシングの第３の領域に向かって伝搬する。また、本発明の起点となる公知の超音波変換器については、この超音波変換器が３つの部分から形成されている、つまり、変換器エレメントを収容する下側の第１の領域と、介在している第２の領域と、結合システムが属する上側の第３の領域とを有している、と説明されることもある。例えば、下側の第１の領域と、介在している第２の領域と、上側の第３の領域とは、それぞれ溶接により互いに結合されている。介在している第２の領域は、ケーシング管であってよく、変換器ケーシングの上端部は、ケーシングフランジとして形成されていてよい。変換器ケーシングの下側の第１の領域と、ケーシング管として形成された、変換器ケーシングの介在している第２の領域と、結合システムと、ケーシングフランジとは、直列に配置されている。
【００１７】
上で本発明の起点となる公知の超音波変換器について述べたことを考慮すると特に理解し得る本発明の別の教示も、やはり特に重要である。これによれば、本発明による超音波変換器は補足的に、２つの結合システムの内、一方の結合システムは、ケーシングフランジの、変換器エレメントに近い側に配置されており、且つ他方の結合システムは、ケーシングフランジの、変換器エレメントから遠い側に配置されていることを特徴とする。このことは詳細には以下のように実現されていてよい。即ち、ケーシングフランジの、変換器エレメントに近い側に設けられた結合システムの、変換器エレメントに近い側の端部はケーシング管に、且つ変換器エレメントから遠い側の端部はケーシングフランジに結合されており、ケーシングフランジの、変換器エレメントから遠い側に設けられた結合システムの、変換器エレメントから遠い側の端部はケーシング管に、且つ変換器エレメントに近い側の端部はケーシングフランジに結合されている。つまり、本発明による超音波変換器の特に有利なこの構成では、両結合システムが、逆向きで並列的に作用するようになっている。変換器エレメントから出発するケーシング波は、一方では変換器エレメントに近い側の結合システムにおいて、且つ他方では変換器エレメントから遠い側の結合システムにおいて、ケーシングフランジに対して部分的に、好適には完全に相殺される。
【００１８】
結合システムがケーシング管とケーシングフランジとに、好適にはどのように結合されているのかについては上で述べた。この結合は、もちろん種々様々に実現されていてよい。好適には、変換器エレメントに近い側の結合システムの、変換器エレメントに近い側の端部と、変換器エレメントから遠い側の結合システムの、変換器エレメントから遠い側の端部とが、ケーシング管に溶接されている。この場合だけに限らず推奨される構成では、変換器エレメントに近い側の結合システムの、変換器エレメントから遠い側の端部と、変換器エレメントから遠い側の結合システムの、変換器エレメントに近い側の端部とが、ケーシングフランジと一体的に形成されている。
【００１９】
本発明の起点となる公知の超音波変換器、及びここまでに説明した本発明による超音波変換器において、変換器エレメントは、変換器ケーシングの、媒体に面した側の端部に位置している。
【００２０】
超音波変換器において変換器エレメントは、特定の温度、即ちキュリー温度以上では使用不可能な圧電素子であることが多い。このことを考慮して従来技術には、変換器エレメントが媒体から遠い側の端部に設けられており、発生された超音波がホーンとホーンカバーとを介して超音波ウインドウに供給される、超音波変換器も存在している（これについてはドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書及び同じ内容のヨーロッパ特許第１０４６８８６号明細書も参照のこと）。特にこのような超音波変換器では（このような超音波変換器に限ったことではないが）、結合システムに、外側を取り囲む単数若しくは複数の溝を設けること、つまりいわば、一方の機械的な共振器と、他方の機械的な共振器との間に、弾性的なヒンジを実現することが、更に推奨される。この場合に推奨されるのは、溝を、溝底部において円弧状に形成するか、又は溝側面に対する円弧状の移行部を備えて設ける点であり、これにより、部分的な機械的な過剰応力が回避され得る。
【００２１】
上述したことに関して重要な、しかしまたそれとは離れても重要な、本発明による別の教示によれば、本発明による超音波変換器は、変換器ケーシングの内部に減衰材料、特に青銅粒体又は青銅粉体を備えていることを特徴とする。この減衰材料が、当然空であり続けねばならない超音波ウインドウに侵入することのないように、変換器ケーシングは、超音波ウインドウに近い側の端部に、減衰材料の、超音波ウインドウ内への侵入を阻止する分離ディスクを有している。
【００２２】
ドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書及び同じ内容のヨーロッパ特許第１０４６８８６号明細書から公知のような超音波変換器において、変換器エレメントが、変換器ケーシングの超音波ウインドウから遠い側の端部に設けられており、変換器エレメントと超音波ウインドウとの間に、超音波ガイドが設けられている場合には、超音波ガイドを取り囲む保護管を設けることが推奨される。変換器ケーシングの内部に設けられた減衰材料は、ケーシング波だけを減衰するものであり、当然超音波ガイドの伝達特性にネガティブな影響を及ぼすことはない。
【００２３】
本発明による超音波変換器の前記構成において、変換器ケーシングの内部に設けられた減衰材料は、変換器ケーシングの内部が特定の圧力下にある場合にのみ作用するか、若しくは変換器ケーシングの内部が特定の圧力下にある場合にのみ、特に良好に作用する。よって、変換器ケーシングの、超音波ウインドウから遠い側の端部に、減衰材料に作用する圧力発生装置を設けることが推奨される。この圧力発生装置は、好適には一方の側で変換器ケーシングに支持されており且つ他方の側で減衰材料に作用するばね、特に皿ばね積層体を有している。
【００２４】
詳細には、本発明による超音波変換器を構成し且つ改良する種々様々な手段が存在する。これについては、請求項１及び１０の従属請求項、及び以下に図面につき説明する図示の実施形態を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による超音波変換器の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明による超音波変換器の第２実施形態を示す図である。
【図３】本発明による超音波変換器の第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。
【００２７】
図示の本発明による超音波変換器は、それぞれ超音波流量計（図示せず）の重要な部分であり、変換器ケーシング１と、好適には圧電素子である変換器エレメント２とを有している。変換器エレメント２は、超音波を送波又は受波するために形成されている。
【００２８】
図１〜図３に示したように、変換器ケーシング１は第１の領域３に、超音波ウインドウ４を有している。図１に示した実施形態において、変換器エレメント２は、変換器ケーシング１の超音波ウインドウ４の近傍に設けられている。これに対して、図２及び図３に示した実施形態では、変換器エレメント２は変換器ケーシング１の外側に位置している。
【００２９】
超音波がケーシング波として、変換器ケーシング１の第１の領域３から、介在している変換器ケーシング１の第２の領域５を介して、変換器ケーシング１の第１の領域３とは反対の側に位置する変換器ケーシング１の第３の領域６に伝達されることは、不都合であるが避けられない。変換器ケーシング１の第２の領域５には、比較的柔軟な機械的な結合システム７が設けられていて、この結合システム７は、図１に示した実施形態では、弱く結合された１つの機械的な共振器８を有しており、図２及び図３に示した実施形態では、弱く結合された２つの機械的な共振器８を有している。
【００３０】
ここまでに説明した本発明による超音波変換器において、弱く結合された機械的な共振器８若しくは弱く結合された２つの機械的な共振器８により達成されることは、既に上で詳しく述べられている。その他の点については、上述の特徴を備えた超音波変換器が記載されたドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０３３０９８号明細書及び同じ内容のヨーロッパ特許出願公開第２１４８３２２号明細書も参照されたい。またこれにより、先行して公開された前掲の刊行物の開示内容は、本発明による超音波変換器に関する開示内容とされる。
【００３１】
従来技術において公知の超音波変換器に比べて本発明による超音波変換器は、ケーシング波の伝達の阻止に関して更に改良されている。
【００３２】
図示のように、‐結合システム７に加えて付加的に‐第２の柔軟な機械的な結合システム９が設けられている。この第２の結合システム９は、実質的に第１の結合システム７に相応して構成されている。両結合システム７及び９において、機械的な共振器８は、ケーシング波の伝搬方向に実質的に前後して作用する、つまり共振器は直列に作用する。
【００３３】
本発明の別の教示によれば、特に重要なのは、第１の結合システム７に加えて付加的に第２の結合システム９が設けられている場合に、両結合システム７及び９が並列的に作用するように、両結合システム７及び９の構成及び配置が実現されている点である。
【００３４】
本発明の起点となる超音波変換器、及び図１に示したような本発明による超音波変換器では、変換器エレメント２が、変換器ケーシング１の下端部、即ち、流動媒体に面した側の端部又は流動媒体に突入している端部に設けられている。第１の機械的な結合システム７は、いわば変換器ケーシング１の部分である変換器ケーシング１の上端部において実現されている。ここまでに説明した公知の超音波変換器及び本発明による超音波変換器は、３つの部分で形成されている、つまり、変換器エレメント２を収容する下側の第１の領域３と、介在している第２の領域５と、第１の結合システム７が属する上側の第３の領域６とを有している、とも云える。介在している第２の領域５は、具体的にはケーシング管１０であってよく、変換器ケーシング１の上端部は、ケーシングフランジ１１として形成されていてよい。つまり、変換器ケーシング１の下側の第１の領域３と、変換器ケーシング１の、ケーシング管１０として形成された、介在している第２の領域５と、第１の結合システム７と、ケーシングフランジ１１とは、直列に配置されている。
【００３５】
本発明による超音波変換器の図示の全ての実施形態において、特に重要な、本発明の別の教示が実現されている。それによれば、本発明による超音波変換器を補足すべく、両結合システム７，９のうち、第１の結合システム７は、ケーシングフランジ１１の、変換器エレメント２に近い側に配置されており、第２の結合システム９は、ケーシングフランジ１１の、変換器エレメント２から遠い側に配置されている。このことは、図示の実施形態において詳細には以下のように実現されている。即ち、ケーシングフランジ１１の、変換器エレメント２に近い側に設けられた第１の結合システム７の、変換器エレメント２に近い側の端部は、ケーシング管１０に結合されており且つ変換器エレメント２から遠い側の端部は、ケーシングフランジ１１に結合されており、ケーシングフランジ１１の、変換器エレメント２から遠い側に設けられた第２の結合システム９の、変換器エレメント２から遠い側の端部は、ケーシング管１０に結合されており且つ変換器エレメント２に近い側の端部は、ケーシングフランジ１１に結合されている。つまり、両結合システム７，９は、逆向きで並列的に作用するようになっている。変換器エレメント２から出発するケーシング波は、一方では変換器エレメント２に近い第１の結合システム７において、他方では変換器エレメント２から遠い第２の結合システム９において、変換器ケーシング１のケーシングフランジ１１に対して部分的に、好適には完全に相殺される。
【００３６】
上述した結合システム７，９の、ケーシング管１０とケーシングフランジ１１との結合は、種々様々に実現されていてよい。図示の実施形態では、変換器エレメント２に近い第１の結合システム７の、変換器エレメント２に近い側の端部と、変換器エレメント２から遠い第２の結合システム９の、変換器エレメント２から遠い側の端部とは、ケーシング管１０に溶接されている。この場合、変換器エレメント２に近い第１の結合システム７の、変換器エレメント２から遠い側の端部と、変換器エレメント２から遠い第２の結合システム９の、変換器エレメント２に近い側の端部とは、ケーシングフランジ１１と一体的に形成されている。
【００３７】
図１に示した本発明による超音波変換器では、変換器エレメント２は、変換器ケーシング１の、流量を測定すべき媒体に面した側の端部に位置している。
【００３８】
既に述べたように、超音波変換器において変換器エレメントは、特定の温度、即ちキュリー温度以上では使用不可能な圧電素子であることが多い。よって、従来技術には、変換器エレメントが変換器ケーシングの超音波ウインドウから離れて設けられている超音波変換器も存在する（これについてはドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書及び同じ内容のヨーロッパ特許第１０４６８８６号明細書を参照のこと）。図２及び図３に示した本発明による超音波変換器の実施形態では、変換器エレメント２は、変換器ケーシング１の超音波ウインドウ４から離れて、つまり流量を測定すべき媒体から離れて設けられている。
【００３９】
更に図２及び図３に示した本発明による超音波変換器の好適な実施形態では、結合システム７及び９に、それぞれ外側を取り囲む溝１２が設けられている、つまりいわば、一方の機械的な共振器８と、他方の機械的な共振器８との間に、弾性的なヒンジが実現されている。この場合、これらの溝１２の溝底部は、円弧状に形成されているか、又は溝側面に対する円弧状の移行部を備えており、これにより、機械的な過剰応力が回避される。
【００４０】
図３には、本発明による超音波変換器の特に好適な実施形態が示されている。この超音波変換器では、前掲のドイツ連邦共和国特許第１９８１２４５８号明細書及び同じ内容のヨーロッパ特許第１０４６８８６号明細書から公知のように、変換器エレメント２は、変換器ケーシング１の超音波ウインドウ４から離れた側の端部に設けられている。変換器エレメント２と超音波ウインドウ４との間には、超音波ガイド１５が設けられていて、この超音波ガイド１５は、保護管１６により包囲されている。変換器ケーシング１の内部に設けられた減衰材料１３は、ケーシング波だけを減衰させるものであって、当然ながら超音波ガイド１５の伝達特性にネガティブな影響を及ぼすことはない。
【００４１】
図３に示した実施形態において変換器ケーシング１の内部に設けられた減衰材料１３、好適には青銅粒体又は青銅粉体は、変換器ケーシング１の内部で特定の圧力下にある場合に、若しくは変換器ケーシング１の内部で特定の圧力下にある場合にだけ、特に良好に作用する。前記圧力を達成するために、図３に示した実施形態では、変換器ケーシング１の、超音波ウインドウ４から遠い側の端部に、減衰材料１３に作用する圧力発生装置１７が設けられていて、この圧力発生装置１７は、本実施形態では一方の側を変換器ケーシング１に支持されており且つ他方の側に、減衰材料１３に作用するばね１８、図示の実施形態では皿ばね積層体を有している。
【符号の説明】
【００４２】
１  変換器ケーシング、  ２  変換器エレメント、  ３  第１の領域、  ４  超音波ウインドウ、  ５  第２の領域、  ６  第３の領域、  ７，９  結合システム、  ８  共振器、  １０  ケーシング管、  １１  ケーシングフランジ、  １２  溝、  １３  減衰材料、  １５  超音波ガイド、  １６  保護管、  １７  圧力発生装置、  １８  ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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