!HU000008612T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 008 612
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 04 765412 (22) A bejelentés napja: 2004. 09. 20. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040765412 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1664684 A2 2005. 04. 07. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1664684 B1 2010. 02. 17.
(51) Int. Cl.: G01F 1/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 05031274 PCT/EP 04/010526
(30) Elsõbbségi adatok: 10344741 2003. 09. 25.
(73) Jogosult: ENDRESS + HAUSER GmbH + CO., 79689 Maulburg (DE)
DE
(72) Feltalálók: ECKERT, Manfred, 79674 Todtnau (DE); VOLZ, Frank, 79104 Freiburg (DE)
HU 008 612 T2
(54)
(74) Képviselõ: Szabó Zsolt, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Hang- vagy ultrahang-átalakító
A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala nem vizsgálta.
1
HU 008 612 T2
A találmány korong alakú piezoelektromos egységgel, a piezoelektromos egységet alak- és erõzárón körülvevõ gyûrû alakú csatolóelemmel, a hang- vagy ultrahanghullámok kibocsátási irányában a piezoelektromos egység elõtt elhelyezett illesztõréteggel és a piezoelektromos egységet radiális rezgésbe hozó adó/vevõ egységgel rendelkezõ hang- vagy ultrahangátalakítóra irányul. A piezoelektromos egység elõnyösen egy piezokerámiakorong. Az ultrahang-átalakító elõnyösen tartályban elhelyezett folyamatközeg szintjének meghatározására és/vagy felügyeletére szolgáló érzékelõnek képezi részét. A fentiek szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító az EP 0 615 471 B1 szabadalomból már ismert. Az ismert átalakítót speciálisan az jellemzi, hogy annak a piezokerámiakorong kis méreteinél a piezokerámiakorong radiális rezonanciafrekvenciájánál alacsonyabb az üzemi frekvenciája. Ezt azáltal érik el, hogy a piezokerámiakorong palástfelületét fémgyûrû veszi körül alakés erõzárón. Ehhez a fémgyûrû elõnyösen rázsugorítás útján van a piezokerámiakoronghoz kapcsolva. A csatolás következtében a piezokerámiakorongból és a csatológyûrûbõl álló együttes radiális rezgéskeltõként viselkedik, speciálisan a radiális rezgéskeltõ ezen két alkotóelembõl kialakított felülete hang- vagy ultrahanghullámok kisugárzására szolgáló felületként mûködik. Az US–A–5 583 293 számú irat korong alakú piezoelektromos egységgel, gyûrû alakú csatolóelemmel, illesztõréteggel és adó/vevõ egységgel rendelkezõ hang- vagy ultrahang-átalakítót tár fel. Az US–A–5 195 373 irat és a maga részérõl az US–A–5 664 456 számú irat az alkotóelemek anyagainak egy olyan megválasztására hívják fel a figyelmet, ahol az anyagok vagy azonos hõtágulási együtthatóval rendelkeznek, vagy az illesztõréteg esetében a többi alkotóeleméhez képest kisebb hõtágulási együtthatókat javasolnak. A találmány elé célul kitûzött feladat speciálisan radiális rezgéskeltõként kialakított hang- vagy ultrahangátalakító létrehozása magas hõmérsékletek mellett történõ alkalmazásra. A feladat azáltal kerül megoldásra, hogy az illesztõréteg olyan anyagból készül, amely ha hõ éri, akkor alakját egy, a hang- vagy ultrahang-átalakító beépítési helyén jelentkezõ hõmérsékletnél magasabb hõmérsékletig megtartja, hogy az illesztõréteg anyagának anyagspecifikus hõtágulási együtthatója a piezoelektromos egység és/vagy a csatológyûrû anyagai hõtágulási együtthatóinál nagyobb, továbbá hogy az illesztõréteg anyagának rugalmassági modulusa a piezoelektromos egység és/vagy a csatológyûrû rugalmassági modulusánál legalább egy nagyságrenddel kisebb. Az illesztõbevonat elõnyösen keményhab anyagból készül. Kis sûrûségû keményhab anyagként például a Röhm cég Rohacell PMI keményhab anyaga alkalmazható. Ez a keményhab 30 és 200 kg/m3 közötti sûrûségben kapható. Kis sûrûségû habanyag használata esetén hatékony impedanciaillesztés érhetõ el azzal a levegõvel, illetve atmoszférával, amelyben a hang-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
vagy ultrahang-átalakító alkalmazásra kerül. Mivel a habanyag öncsillapítása viszonylag magas, az illesztõréteg hozzájárul a hang- vagy ultrahang-átalakító utórezgésének a csökkentéséhez. A találmány szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító egyik elõnyös kiviteli alakjánál az illesztõréteg több, legalább részben különbözõ sûrûségû rétegbõl tevõdik össze. E tekintetben különösen elõnyös, ha az illesztõréteg legnagyobb sûrûségû rétege a radiális rezgéskeltõ közvetlen környezetében helyezkedik el, míg az illesztõréteg legkisebb sûrûségû rétege a radiális rezgéskeltõtõl a legtávolabb található. Egy effajta kialakítással a tényleges visszavert jel és az utórezgés által elõidézett zavarójelek arányának javulása érhetõ el. Ha például a habanyag hõvel szemben 180 °C¹ig alaktartó, a hang- vagy ultrahang-átalakító a –40 °C és 150 °C közötti tartományban ugyanúgy mûködik. Mivel az illesztõréteg anyagának hõtágulási együtthatója a piezoelektromos egység és/vagy a csatológyûrû anyagainak hõtágulási együtthatóinál nagyobb, továbbá mivel az illesztõréteg anyagának rugalmassági modulusa a piezoelektromos egység és/vagy a csatológyûrû rugalmassági modulusánál legalább egy nagyságrenddel kisebb, az illesztõréteg és a radiális rezgéskeltõ között széles hõmérséklet-tartományban igen jó kapcsolat áll fenn. A találmány szerinti szerkezet egyik elõnyös továbbfejlesztése szerint a csatológyûrû fémbõl vagy kerámiából készül. Ha a csatológyûrû fémbõl van, a piezokerámiakorong palástfelülete és a csatológyûrû közötti kapcsolat zsugorítóeljárással hozható létre. Az illesztõbevonat kialakítására elõnyösen alkalmazott habanyag nedvességgel szembeni nagyfokú érzékenysége miatt a habanyagot hatékonyan védeni kell a környezeti hatásoktól, speciálisan a vízpára bediffundálásától és a szennyezõdésektõl. A találmány szerinti szerkezet egyik elõnyös kiviteli alakja szerint a szükséges tokozást egy kombinációval érjük el: ez az elõzõekben már említett, a piezokerámiakorong külsõ tartományában elhelyezett fémgyûrûbõl, valamint az illesztõréteget a kibocsátási irányban fedõ vékony védõfóliából áll. A védõfóliát elõnyösen egy fémfólia képezi, amely például rozsdamentes acélból készül. A védõfólia elõnyösen az illesztõrétegre van ráragasztva, illetve azzal más módon szilárdan össze van kapcsolva és ezáltal annak mechanikai szilárdságát is növeli. A találmány szerinti szerkezet egy másik elõnyös kiviteli alakjának olyan háza van, amelyben a piezoelektromos egység a csatológyûrûvel és az illesztõréteggel együtt kerül elhelyezésre. Továbbmenve, olyan kitöltõközeg javasolt, amely az illesztõréteg, a piezoelektromos egység, a csatológyûrû és a ház belsõ fala között legalább néhány résztartományban el van rendezve. Más szavakkal: a kitöltõközeg a ház hátsó terét teljesen vagy legalábbis nagyrészt kitölti. A kitöltõközeg például egy elasztomer kitöltõközeg. A nedvességnek vagy a szennyezõdéseknek az érzékelõ hátsó terén keresztül történõ bejutásának megakadályozása érdekében diffúziós záróréteg alkalmazása javasolt, amely a kitöltõközegen a kibocsátási
1
HU 008 612 T2
iránnyal átellenesen van elhelyezve. A diffúziós záróréteget elõnyösen szintén fémfólia képezi. A találmányt a továbbiakban az alábbi 1. ábra kapcsán ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra a találmány szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító egyik elõnyös példakénti kiviteli alakját ábrázolja keresztmetszetben. Az 1. ábrán bemutatott 1 hang- vagy ultrahang-átalakító egy kör alakú piezokerámia¹ 2 korongból áll, amelynek palástfelületét a 3 csatológyûrû veszi körül alak- és erõzárón. Amennyiben a 3 csatológyûrû például alumíniumból készült fémgyûrû, az például rázsugorítással kapcsolható hozzá a piezoelektromos 2 egységhez. Ehhez a 3 csatológyûrût felhevített állapotban a piezokerámia¹ 2 korong köré helyezzük; kihûlés során az összehúzódik és a piezokerámia¹ 2 korongot alak- és erõzárón fogja körül. Az összekötõ 10 vezetékeken keresztül váltófeszültséget kapcsolunk a piezoelektromos 2 egységre, miáltal az és a vele összekapcsolt 3 csatológyûrû radiális rezgésbe jön. A radiális rezgéskeltõt tehát két összetevõ alkotja. A radiális rezgéskeltõ természetesen lehetne egyszerûen egyetlen piezokerámiakorong is. A piezoelektromos 2 egységbõl és a 3 csatológyûrûbõl álló radiális rezgéskeltõn a hang vagy ultrahang kibocsátási irányában elhelyezett 4 illesztõréteg vastagsága úgy van megválasztva, hogy a hang- vagy ultrahanghullámok lényegében csak a kívánt kibocsátási irányba kerülnek kisugárzásra. Továbbmenve, a 4 illesztõréteg úgy van kialakítva, hogy az 1 hang- vagy ultrahang-átalakító, illetve az ahhoz tartozó érzékelõ alkalmas legyen magas hõmérsékleteken való alkalmazásra. Ehhez a 4 illesztõréteg olyan anyagból készül, amely ha hõ éri, akkor alakját az 1 hang- vagy ultrahang-átalakító beépítési helyének hõmérsékleténél magasabb hõmérsékletig megtartja. Emellett a 4 illesztõréteg anyagának anyagspecifikus hõtágulási együtthatója a piezoelektromos 2 egység és/vagy a 3 csatológyûrû anyagai hõtágulási együtthatóinál nagyobb. Ezenkívül a 4 illesztõréteg anyagának rugalmassági modulusa a piezoelektromos 2 egység és/vagy a 3 csatológyûrû rugalmassági modulusánál legalább egy nagyságrenddel kisebb. Amint azt már említettük, a 4 illesztõréteget elõnyösen keményhab anyag alkotja. A piezoelektromos 2 egységgel, 3 csatológyûrûvel és 4 illesztõréteggel rendelkezõ radiális rezgéskeltõ 8 házban van elhelyezve. A radiális rezgéskeltõ palástfelülete és a 8 ház belsõ fala közötti tartomány, valamint a radiális rezgéskeltõ fölötti, a hang- vagy ultrahanghullámok kibocsátási irányával átellenesen elterülõ tartományt 7 kitöltõközeg tölti ki. Azon funkciója mellett, hogy a radiális rezgéskeltõt a bejutó nedvességtõl vagy a bejutó szennyezõdéstõl védi, a 7 kitöltõközeg feladata a radiális rezgéskeltõ lecsengési viselkedésének optimalizálása. A 7 kitöltõközeget speciálisan szilikon kitöltõanyag alkotja, amelybe kerámiarészecskék és/vagy légzárványok ágyazódnak. A légzárvány a 7 kitöltõközeg sûrûségének csökkentésére szolgál, ami a radiális rezgéskeltõ jobb csillapítási viselkedését eredményezi.
2
A hang- vagy ultrahanghullámok kibocsátási irányában diffúziós zárórétegként szolgál az 5 védõfólia, amely elõnyösen egy rozsdamentes acél fólia. Egy, a hang- vagy ultrahanghullámok kibocsátási irányával át5 ellenesen elhelyezett további diffúziós 6 záróréteggel a radiális rezgéskeltõnek a környezettõl, illetve a folyamattól való optimális tokozását érjük el. A radiális rezgéskeltõ minden irányban tokozott, így hatékonyan védett a nedvességgel és a szennyezõdéssel szemben. Nyilvánvaló, hogy a találmány nem korlátozódik a 10 radiális rezgéskeltõ itt ismertetett, piezokerámiakorongból és csatológyûrûbõl álló példakénti kiviteli alakjára. A találmány szerinti illesztõréteg elvben tetszõleges radiális rezgéskeltõkkel, például a DE 25 41 492 B 15 szabadalomban bemutatott hang- vagy ultrahang-átalakítóval együtt is alkalmazható.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
1. Korong alakú piezoelektromos egységgel (2), a piezoelektromos egységet (2) alak- és erõzárón körülvevõ gyûrû alakú csatolóelemmel (3), a hang- vagy ultrahanghullámok kibocsátási irányában a piezoelektromos egység (2) elõtt elhelyezett illesztõréteggel (4) és a piezoelektromos egységet (2) radiális rezgésbe hozó adó/vevõ egységgel (11) rendelkezõ hang- vagy ultrahang-átalakító (1), azzal jellemezve, hogy az illesztõréteg (4) olyan anyagból van, amely ha hõ éri, akkor alakját a hang- vagy ultrahang-átalakító (1) beépítési helyének hõmérsékleténél magasabb hõmérsékletig megtartja, hogy az illesztõréteg (4) anyagának anyagspecifikus hõtágulási együtthatója a piezoelektromos egység (2) és/vagy a csatológyûrû anyagainak hõtágulási együtthatóinál nagyobb, és hogy az illesztõréteg (4) anyagának rugalmassági modulusa a piezoelektromos egység (2) és/vagy a csatológyûrû (3) rugalmassági modulusánál legalább egy nagyságrenddel kisebb. 2. Az 1. igénypont szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító (1), azzal jellemezve, hogy az illesztõréteg (4) keményhab anyagból van. 3. Az 1. igénypont szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító (1), azzal jellemezve, hogy a csatológyûrû (3) fémbõl vagy kerámiából van. 4. Az 1., a 2. vagy a 3. igénypont szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító (1), azzal jellemezve, hogy a hangvagy ultrahanghullámok kibocsátási irányában az illesztõréteg (4) elõtt védõfólia (5) van, amely az illesztõréteget (4) a kibocsátási irányban a nedvesség és a szennyezõdések bejutásával szemben védõn van elrendezve. 5. A 4. igénypont szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító (1), azzal jellemezve, hogy a védõfólia (5) fémbõl van. 6. Az 1. igénypont szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy háza (8) van, amelyben az illesztõréteg (4) és a piezoelektromos egység (2) a csatológyûrûvel (3) van elhelyezve, továbbá kitöltõközege (7) van, amely az illesztõréteg (4), a piezoelektromos
1
HU 008 612 T2
egység (2), a csatológyûrû (3) és a ház (8) belsõ fala között legalább néhány tartományban el van helyezve. 7. Az 1. vagy a 6. igénypont szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy a kitöltõközeg (7) egy elasztomer kitöltõközeg.
5
4
2
8. Az 1–7. igénypontok közül egy vagy több szerinti hang- vagy ultrahang-átalakító, azzal jellemezve, hogy diffúziós zárórétege (6) van, amely a kitöltõközegen (7) a kibocsátási iránnyal átellenesen van elrendezve.
HU 008 612 T2 Int. Cl.: G01F 1/00
5
Kiadja a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
