Medidor de flujo con transductor de ultrasonido conectado directamente a y fijado a placa de circuito de medición.

Una unidad de medidor de flujo de ultrasonido dispuesta para medir un caudal de fluido,

comprendiendo la unidad:

- un primer transductor de ultrasonido (106) que tiene un primer y segundo terminal eléctrico, y

- una placa de circuito (102) con un circuito electrónico (104) dispuesto en ella para operar el primer transductor deultrasonido (106), la placa de circuito comprende una primera trayectoria conductora conectada eléctricamente alprimer terminal eléctrico, y al circuito electrónico;

caracterizada porque el transductor de ultrasonido (106) es un cuerpo monolítico de un material piezoeléctrico conuna superficie en contacto con una superficie de la placa de circuito (102), y en la que el cuerpo monolítico estáfijado mecánicamente a la placa de circuito (102) por unos primeros medios de fijación eléctricamente conductoresque proporcionan la conexión eléctrica entre el primer terminal eléctrico y la primera trayectoria conductora.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2010/050068.

Solicitante: KAMSTRUP A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: INDUSTRIVEJ 28 STILLING 8660 SKANDERBORG DINAMARCA.

Inventor/es: SKALLEBÆK,ANDERS, LAURSEN,PETER SCHMIDT, NIELSEN,SØREN TØNNES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01F1/66 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01F MEDIDA DEL VOLUMEN, FLUJO VOLUMETRICO, FLUJO MASICO O NIVEL DE LIQUIDOS; DOSIFICACION VOLUMETRICA.G01F 1/00 Medida del flujo volumétrico o flujo másico de un fluido o material sólido fluyente en la que el fluido pasa a través del medidor con un flujo continuo (regulación de la cantidad o proporción G05D). › mediante la medida de la frecuencia, el desfase o el tiempo de propagación de ondas electromagnéticas o de otro tipo de ondas, p. ej. medidores de flujo ultrasónicos.
  • H05K7/12 SECCION H — ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05K CIRCUITOS IMPRESOS; ENVOLTURAS O DETALLES DE REALIZACION DE APARATOS ELECTRICOS; FABRICACION DE CONJUNTOS DE COMPONENTES ELECTRICOS (detalles de instrumentos o detalles comparables de otros aparatos no previstos en otro lugar G12B; circuitos de película delgada o de película gruesa H01L 27/01, H01L 27/13; medios no impresos para realizar conexiones con o entre circuitos impresos H01R; envolturas o detalles de realización de tipos particulares de aparatos, ver las subclases apropiadas; procedimientos que sólo comprenden una técnica prevista en otro lugar, p. ej. calefacción, pulverización, ver la subclase apropiada). › H05K 7/00 Detalles constructivos comunes a diferentes tipos de aparatos eléctricos (envolturas, cajas, cajones H05K 5/00). › Medios elásticos o medios de apretado para fijar un componente a la estructura del conjunto (fijación de conectores de dos piezas H01R 13/00).

PDF original: ES-2424267_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Medidor de flujo con transductor de ultrasonido conectado directamente a y fijado a placa de circuito de medición

Campo de la invención La invención se refiere a un medidor de flujo de ultrasonido para mediciones ultrasónicas de flujo de fluido, tal como los medidores de flujo de ultrasonido para medidores de consumo. En particular, la invención proporciona un medidor de flujo de ultrasonido con placa de circuito de medición con un transductor de ultrasonido conectado eléctricamente y fijado a la misma.

Antecedentes de la invención Normalmente los medidores de flujo de ultrasonido adecuados para medir un flujo de fluido en relación con la carga de una cantidad consumida (por ejemplo, calefacción, refrigerante, agua o gas) tendrán un alojamiento, que puede ser metálico o polimérico, con una cavidad en forma de agujero pasante para recibir el flujo de fluido a medir. Los medios de relación con otros elementos de flujo de fluido están presentes en cada uno de los extremos del alojamiento.

En el alojamiento se instalan un número de transductores de ultrasonido para medir la velocidad del flujo de fluido. En la mayoría de los medidores de flujo se utilizan dos transductores de ultrasonido para enviar y recibir respectivamente una señal de ultrasonido, pero se observan versiones con un transductor de ultrasonido igual que versiones con más de dos transductores de ultrasonido. Además, un circuito de medición, es decir, un circuito electrónico para la operación de los transductores de ultrasonido, se monta típicamente en un recinto separado y

fijado al alojamiento. Más a menudo el circuito electrónico se implementa en una Placa de Circuito Impreso (PCB) .

Los transductores de ultrasonido se pueden conectar eléctricamente al circuito de control electrónico de varios modos. Los métodos comunes son soldar los extremos de los cables de conexión directamente a los transductores de ultrasonido a la PCB respectivamente, o utilizar una conexión de enchufe entre el mismo. Sin embargo, un problema común con medidores de flujo de ultrasonido de técnicas anteriores es que, durante la fabricación, se requiere que el medidor de flujo esté completamente ensamblado antes de que se realice una prueba significativa del medidor de flujo. Las especies que caen en tal procedimiento de prueba se ponen así de manifiesto en un estado tardío del proceso de fabricación, y así el tiempo de ensamblado se pierde para tales especies.

El documento WO 2008/053193 describe un dispositivo de medición de caudal ultrasónico que comprende un conducto de medición, un primer y segundo transductores ultrasónicos capacitivos micro fabricados (cMUT) y una placa de circuito impreso (PCB) flexible. Los huecos primero y segundo se proporcionan con el alojamiento para recibir el primer y segundo cMUT respectivamente. Se proporciona un miembro de cubierta para proteger y asegurar el PCB flexible y los cMUT en posición. En el sistema de medición un controlador es operable para accionar alternativamente los cMUT para generar y recibir señales ultrasónicas, y, desde los tiempos de vuelo con y contra el flujo, calcular el caudal.

Sumario de la invención 45 En vista de lo anterior, se puede ver como un objeto de la presente invención proporcionar un medidor de flujo de ultrasonido mejorado para mediciones ultrasónicas de un flujo de fluido y un método mejorado de fabricación de un medidor de flujo que permita una prueba antes del ensamblado final.

En consecuencia, la invención proporciona, en un primer aspecto, una unidad de medidor de flujo de ultrasonido de acuerdo con la reivindicación 1.

Así, se proporciona una unidad de medidor de flujo de ultrasonido mejorada para mediciones ultrasónicas de un flujo de fluido. En particular, puede verse como una mejora que se ha conseguido la integración de las piezas involucradas con el posicionamiento y el montaje del transductor ultrasónico, ya que la placa de circuito, junto con 55 los medios de fijación, sirve tanto para fijar como para conectar eléctricamente los transductores de ultrasonido a la placa de circuito, formando así una unidad mecánicamente separada que puede ser fácilmente probada antes de los pasos de ensamblado final de montaje de esta unidad en un alojamiento de medidor de flujo, tal como un alojamiento con un tubo de medición dispuesto dentro de una abertura pasante, o tal como un alojamiento con el tubo de medición integrado dentro de él. Esto es esencial para una producción efectiva, ya que la unidad mecánicamente separada que incluye transductor (es) y placa de circuito se puede probar antes del ensamblado final de la unidad mecánicamente separada y del alojamiento. Por esto, el coste de producción se puede bajar ya que las especies que fallan se ponen de manifiesto en un estado temprano, y además, el manejo más bien complejo de cables y conexión de cables entre transductor (es) y placa de circuito en la fabricación automatizada ha sido eliminado. También, un medidor de flujo más fiable se puede lograr debido al menor número de piezas y conexiones.

Por otra parte, esto también puede llevar a un aumento de la vida del medidor de flujo de ultrasonido. Además, es posible una mayor precisión como resultado de tolerancias reducidas.

Además, un montaje directo del transductor de ultrasonido a la placa de circuito reduce el número de componentes requeridos para fijar y conectar eléctricamente el transductor de ultrasonido a la placa de circuito, y así, eliminar componentes ayudará a ahorrar espacio y de este modo permitir un medidor de flujo compacto. Especialmente, se prefiere que el transductor de ultrasonido en forma de cuerpo monolítico de material piezoeléctrico se fije y conecte eléctricamente en una superficie de la placa de circuito, resultando así una unidad de medición de ultrasonido muy compacta con pocos componentes individuales.

Además, usando medios de fijación que sirven tanto a la fijación mecánica como a la conexión eléctrica, el transductor de ultrasonido permite la eliminación de varios pasos en el proceso de fabricación que implican el montaje de los transductores de ultrasonido. Además, por una fijación directa y permanente y conexión eléctrica de al menos un terminal eléctrico del transductor de ultrasonido al circuito de medición se elimina la necesidad de manejo de conexiones de cables frágiles del transductor de ultrasonido. Por esto, se facilita el proceso de fabricación y se elimina una fuente de error funcional en el medidor de flujo final ya que las conexiones de cables son mecánicamente vulnerables y se pueden romper fácilmente, causando así la ruptura del medidor de flujo.

Aún más, por la fijación definida y conexión eléctrica de transductor (es) de ultrasonido, es posible proporcionar una unidad de medición de ultrasonido compacta que incluya una interfaz eléctrica en forma de una conexión de un enchufe que comprenda dos, tres o cuatro clavijas eléctricas que sirven para proporcionar todas las conexiones eléctricas externas necesarias, preferiblemente incluyendo un terminal eléctrico que comunica un caudal de fluido medido, en la forma de pulsos eléctricos con una velocidad correspondiente al caudal de fluido medido. Por esto, es posible proporcionar una unidad de medición de ultrasonido compacta que a la vez es fácil de probar, pero que también proporciona un alto grado de versatilidad para la integración en una gran variedad de aplicaciones. Tal unidad de medidor de flujo puede incluir una batería conectada eléctricamente a la placa de circuito para permitir a la unidad de medidor de flujo operar como una unidad de medición independiente. Sin embargo, para otras aplicaciones, puede ser preferible para la energía eléctrica los circuitos electrónicos en la placa de circuito a través de los terminales de interfaz eléctricos. En algunas aplicaciones, la interfaz eléctrica de la unidad puede tener la forma de un módulo de comunicación inalámbrico, por ejemplo un módulo de Frecuencia de Radio inalámbrico para transmitir datos representando el caudal de fluido medido.

Cuando se usa como parte del medidor de consumo, la placa de circuito del medidor de fluido puede incluir todos o al menos parte de los componentes electrónicos necesarios requeridos para implementar un circuito de cálculo dispuesto para determinar una cantidad consumida de una entidad física, basada en el caudal de fluido del medidor de flujo. Sin embargo, puede ser preferible proporcionar las instalaciones del circuito de cálculo en una unidad

separada, conectada al medidor de flujo con una de las opciones de interfaz eléctricas mencionadas.

Preferiblemente, los medios de fijación incluyen suelda o cola o adhesivos eléctricamente conductivos, y... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una unidad de medidor de flujo de ultrasonido dispuesta para medir un caudal de fluido, comprendiendo la unidad:

- un primer transductor de ultrasonido (106) que tiene un primer y segundo terminal eléctrico, y

-una placa de circuito (102) con un circuito electrónico (104) dispuesto en ella para operar el primer transductor de ultrasonido (106) , la placa de circuito comprende una primera trayectoria conductora conectada eléctricamente al primer terminal eléctrico, y al circuito electrónico;

caracterizada porque el transductor de ultrasonido (106) es un cuerpo monolítico de un material piezoeléctrico con una superficie en contacto con una superficie de la placa de circuito (102) , y en la que el cuerpo monolítico está fijado mecánicamente a la placa de circuito (102) por unos primeros medios de fijación eléctricamente conductores que proporcionan la conexión eléctrica entre el primer terminal eléctrico y la primera trayectoria conductora.

2. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los primeros medios de fijación comprenden al menos uno de entre: suelda, cola eléctricamente conductora, y un clip eléctricamente conductor.

3. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la placa de circuito tiene una o más aberturas pasantes parcial o enteramente cubiertas por el primer transductor de ultrasonido cuando está fijado a la placa de circuito.

4. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 3, en la que una parte de la primera trayectoria conductora está

dispuesta en las proximidades de al menos una de las aberturas pasantes en la placa de circuito. 25

5. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el transductor de ultrasonido está montado en la parte superior de un agujero pasante de la placa de circuito o en la parte superior de una cavidad no pasante de la placa de circuito.

6. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, en la que el cuerpo monolítico está fijado a la placa de circuito soldando la primera trayectoria conductora al primer terminal eléctrico en una periferia de la parte final del transductor de ultrasonido que mira hacia la placa de circuito.

7. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 6, en la que la abertura pasante está

acompañada de aberturas situadas fuera de la zona cubierta por el primer transductor de ultrasonido cuando está fijado a la placa de circuito.

8. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 7, en la que la abertura pasante está en forma de agujero circular rodeado de una trayectoria conductora circular, y está acompañada de cuatro aberturas pasantes estrechas fuera de la zona con la trayectoria conductiva circular.

9. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 7, en la que un conductor generalmente anular con un corte sirve para la conexión al primer terminal del transductor de ultrasonido y en la que la abertura pasante está dispuesta dentro del conductor y una ranura pasante está dispuesta fuera del conductor.

10. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

3. 7, en la que un conductor anular sirve para la conexión con el primer terminal del transductor de ultrasonido, y en la que la abertura pasante está dispuesta dentro del conductor y una ranura pasante está dispuesta fuera del conductor.

11. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que una segunda trayectoria conductora en la superficie de la placa de circuito sirve para conectar eléctricamente el circuito eléctrico con el segundo terminal eléctrico del primer transductor de ultrasonido.

12. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 11, en la que un clip de metal sirve para conectar eléctricamente la 55 segunda trayectoria conductora al segundo terminal eléctrico del primer transductor de ultrasonido.

13. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la segunda trayectoria conductora está situada dentro de la primera trayectoria conductora y separada por una abertura pasante.

14. Una unidad de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el medidor de flujo de ultrasonido comprende además un segundo transductor de ultrasonido, en la que el circuito electrónico está además dispuesto para operar el segundo transductor de ultrasonido (106) , en la que el segundo transductor de ultrasonido

(106) está fijado mecánicamente a la placa de circuito (102) por unos segundos medios de fijación eléctricamente conductores, que sirven adicionalmente para proporcionar una conexión eléctrica entre al menos un terminal

eléctrico del segundo transductor de ultrasonido (106) y el circuito electrónico (104) , y en la que tanto el primer como el segundo transductor de ultrasonido están fijados mecánicamente al mismo lado de la placa de circuito.

15. Una unidad de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende una membrana sustancialmente estanca al agua, dispuesta alrededor de la placa de circuito y el primer y segundo transductor de ultrasonido, y en la que un enchufe con una pluralidad de terminales eléctricos penetra a través de la membrana para permitir la conexión eléctrica con el circuito electrónico, en la que al menos una parte de la membrana es eléctricamente conductora y sirve para conectar eléctricamente el segundo terminal eléctrico del primer transductor de ultrasonido con un segundo terminal eléctrico del segundo transductor de ultrasonido.

16. Un medidor de flujo dispuesto para medir un caudal de un fluido que fluye a través de un tubo de medición, en el 10 que el medidor de flujo comprende:

-un alojamiento (420) con el tubo de medición dispuesto dentro, y

-una unidad de medidor de flujo de ultrasonido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -15 dispuesta 15 en relación con el alojamiento (420) .

17. Un medidor de flujo de acuerdo con la reivindicación 16, que es uno de entre: un medidor de energía térmica, un medidor de refrigeración, un medidor de agua y un medidor de gas.

18. Un método de fabricación de una unidad de medidor de flujo de ultrasonido, comprendiendo el método:

-a) equipar una placa de circuito (102) con componentes electrónicos dispuestos para formar un circuito electrónico

(104) para operar un primer transductor de ultrasonido (106) , comprendiendo la placa de circuito una primera trayectoria conductora conectada eléctricamente al circuito electrónico (104) ,

- b) equipar un primer transductor de ultrasonido (106) con un primer y segundo terminal eléctrico, siendo el transductor de ultrasonido un cuerpo monolítico de material piezoeléctrico, y

-c) fijar mecánicamente el primer transductor de ultrasonido (106) a la placa de circuito (102) para que una

superficie del transductor esté en contacto con la superficie de la placa de circuito por unos primeros medios de fijación eléctricamente conductores que sirven adicionalmente para proporcionar una conexión eléctrica entre el primer terminal eléctrico del primer transductor de ultrasonido (106) y la primera trayectoria conductora.

19. Un método de acuerdo con la reivindicación 18, en el que los primeros medios de fijación eléctricamente conductores son suelda, y en la que el método comprende además soldar un clip de metal a una segunda trayectoria conductora en una superficie de la placa de circuito que está en conexión eléctrica con el circuito electrónico (104) en el que el clip de metal se dispone para proporcionar conexión eléctrica al segundo terminal eléctrico del primer transductor de ultrasonido.

20. Un método de acuerdo con la reivindicación 18 o 19, en el que el paso c) y pasos para montar componentes electrónicos del circuito electrónico en trayectorias eléctricamente conductoras en una superficie de la placa de circuito se realizan en un proceso de Tecnología de Montaje en Superficie.

21. Un método de fabricación de un medidor de flujo, comprendiendo el método:

-fabricar una unidad de medidor de flujo de ultrasonido de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

18. 20, y

-montar la unidad de medidor de flujo de ultrasonido en relación con un alojamiento con un tubo de medición dispuesto.


 

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