超声波流量计以及换能器组件制造技术

本发明专利技术提供用于测量流体的流动的超声波流量计以及换能器组件，该超声波流量计包括具有可调节的长度的换能器组件。该换能器组件定位在仪表本体中的换能器端口中且包括轴向定位成与换能器组件的第一端相邻的压电舱。压电舱包括变压器、与变压器轴向间隔开的压电元件和可轴向延伸的线路通道。导体延伸穿过可延伸的线路通道且将压电元件与变压器电耦合。

Ultrasound Flowmeter and Transducer Module

The invention provides an ultrasonic flowmeter for measuring fluid flow and a transducer assembly, which comprises a transducer assembly with an adjustable length. The transducer assembly is positioned in the transducer port of the instrument body and includes a piezoelectric cabin axially positioned adjacent to the first end of the transducer assembly. The piezoelectric cabin includes a transformer, a piezoelectric element separated from the axial direction of the transformer and an axially extending circuit channel. Conductors extend through extensible circuit channels and electrically couple piezoelectric components with transformers.

【技术实现步骤摘要】
超声波流量计以及换能器组件
本公开总体上涉及超声波流量计，并且更具体地涉及在超声波流量计中所使用的换能器组件。
技术介绍
在从地下除去烃之后，流体流(呈液相或气相)通过管道被从一个地方输送至另一个地方。期望准确地知道在流中流动的流体的量。例如，在“密闭输送”期间，当流体转手时，预期的是非常精确的准确度。然而，即使在没有进行密闭输送的情况下，测量精度也是期望的，并且在这些各种情况下，可以使用超声波流量计。超声波流量计包括两个或更多个换能器组件，所述两个或更多个换能器组件各自固定在流量计的仪表本体——也称为线轴件——中的端口内。因此，线轴件和换能器组件形成压力边界，该压力边界容纳流过流量计的流体。为了测量通过仪表的流体流动，沿着线轴件的内表面定位有一对换能器组件，使得每个换能器组件面向另一个换能器组件。每个换能器组件包括压电元件，并且当交流电施加至第一换能器组件的压电元件时，压电元件通过被输送通过流量计的流体辐射超声波。当波入射到第二换能器组件的压电元件上时，该换能器组件通过产生电信号来进行响应。之后，将交流电施加至第二换能器组件，并且压电元件通过流量计中的流体辐射超声波。当波入射到第一换能器组件的压电元件上时，产生电信号。以这种方式，换能器组件在流体流上来回传输和接收信号。每个换能器组件连接至导体或线缆，所述导体或线缆延伸穿过端部连接器而至线轴件的外部且至远程位置，比如通常安装于线轴件的外部的电子设备外壳。导体将由压电元件产生的信号传送到位于电子设备基部外壳内的采集板，其中，信号可以被处理且随后被用于确定通过仪表的流体流速。变压器提供压电元件与采集装置之间的阻抗匹配，该采集装置最终接收由压电元件产生的信号。因此，压电元件和变压器是成对的。因此，变压器通常位于换能器组件内。对于大多数传统设计而言，当压电元件或变压器需要更换时，整个换能器组件被从线轴件的端口移除。流量计本体的尺寸和壁厚影响换能器组件的长度。对于在项目或管道中使用的不同尺寸和壁厚的流量计而言，必须保持各种尺寸的各种换能器组件作为替换部件。这使库存控制变得复杂且可能是昂贵的。
技术实现思路
本文解决了本领域的这些和其他需求。在一个实施方式中，用于测量流体的流动的超声波流量计包括换能器组件，该换能器组件构造成能够被调节以兼容并适合各种尺寸和壁厚的流量计。在一个实施方式中，超声波流量计包括仪表本体和换能器组件。仪表本体包括通孔和从仪表本体的外表面延伸至通孔的换能器端口。换能器组件位于换能器端口中、包括中心轴线且在靠近仪表本体的通孔的第一端与同第一端间隔开的第二端之间延伸。换能器组件包括轴向定位成与换能器组件的第一端相邻的压电舱。压电舱包括变压器、与变压器轴向间隔开的压电元件、可轴向延伸的线路通道和延伸穿过可延伸的线路通道且将压电元件与变压器电耦合的导体。在另一实施方式中，换能器组件包括长形本体，该长形本体包括第一端和第二端。换能器组件还包括设置成与第一端相邻的压电元件。另外，换能器组件包括位于本体中的可轴向延伸的线路通道和电耦合至压电元件且延伸穿过可延伸的线路通道的导体。另外，换能器组件可以包括第一构件，该第一构件包括位于第一端的头部部分、轴向地延伸离开头部部分的腿部和从腿部的远离头部部分的端部径向地延伸的闩锁突片。第二构件从第二端朝向第一端延伸且包括套管，该套管具有长形的接纳腔室，该接纳腔室由腔室壁限定且构造成将腿部接纳在该接纳腔室中，该套管包括在腔室壁中轴向地间隔开的第一孔口和第二孔口。在这样的实施方式中，每个孔口构造成捕获闩锁突片，使得长形本体的在第一端与第二端之间的长度是可调节的。更进一步地，换能器组件包括设置成与第一端相邻的压电元件以及位于第一构件和第二构件中的可轴向延伸的线路通道。换能器组件还包括导体，该导体电耦合至压电元件且延伸穿过可延伸的线路通道。因此，本文描述的实施方式包括旨在解决与某些现有装置、系统和方法相关联的各种缺点的特征和特征的组合。在参照附图阅读下文的详细描述之后，上文所描述的以及其他各种特征和特性对本领域中的技术人员而言将是显而易见的。附图说明出于对本公开实施方式的详细描述的目的，现在将参照附图，在附图中：图1A示出了流量计的实施方式的立体图，该流量计包括根据本文所描述的原理的可延伸的换能器组件；图1B示出了图1中的流量计的顶部的横截面图；图2示出了根据本文所描述的原理的图1中的可延伸的换能器组件的横截面图；图3示出了图2中的换能器组件的立体分解图；图4示出了图3中的换能器组件的可延伸的且可缩回的压电舱的立体图；图5示出了图4中的压电舱上的闩锁突片的放大视图；图6示出了图4中的压电舱的第一构件的端视图；图7示出了图6中的第一构件的横截面图；图8示出了图4中的压电舱的第二构件的横截面图；图9示出了组装成且构造具有短的长度的图4中的压电舱的侧视图；以及图10示出了组装成且构造具有长的长度的图4中的压电舱的侧视图。附图标记和术语下文的描述为本公开的某些实施方式的示例。本领域的一个普通技术人员将理解的是，下文的描述具有广泛的应用，并且任何实施方式的论述意为该实施方式的示例，而非意在以任何方式暗示本公开(包括权利要求)的范围局限于该实施方式。附图没有按比例绘制。本文中公开的某些特征和部件可以按照扩大的比例或以略微示意的形式示出，并且常规元件的一些细节为了清楚和简洁起见可能不示出。在一些附图中，为了更清楚和简洁，可能省去一个或更多个部件或一个部件的多个方面，或者可以不用附图标记来标记特征或部件。另外，在说明书(包括附图)内，可以使用相似或相同的附图标记来标记同样的或类似的元件。如本文所使用的，包括在权利要求中，术语“包括”和“包含”以及这些术语的衍生词以开放式方式使用，并且因此应被解释为“包括但不限于……”。此外，术语“联接”或“联接有”表示间接或直接连接。因此，如果第一部件联接至第二部件，则部件之间的连接可以通过两个部件的直接接合，或者通过经由其他中间部件、装置和/或连接装置而实现的间接连接。表述“基于”意味着“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以基于Y和任何数量的其他因素。词“或”以包括性的方式使用。例如，“A或B”表示以下项中的任何一项：单独的“A”、单独的“B”或“A”和“B”两者。此外，词“基本上”意味着在±10％的范围内。如本文和权利要求中所使用的，术语“可伸长的”包括这样的含义：物体被配置成在尺寸——比如长度、宽度或厚度——方向上延伸和减小。可延伸物体在本文中可以以其最大延伸状态，最大缩小状态或可伸长尺寸的中间范围状态示出或描述。另外，术语“轴向”和“轴向地”通常表示沿着给定的轴线，而术语“径向”和“径向地”通常表示垂直于该轴线。例如，轴向距离指得是沿着给定的轴线或与给定的轴线平行的测量距离，而径向距离意味着与该轴线垂直的测量距离。具体实施方式参照图1A和图1B，在示例性实施方式中，超声波流量计100包括仪表本体(即，线轴件)102，其具有沿着中心轴线105延伸的通孔104并且包括从线轴件的外表面延伸至通孔104的多个换能器端口106。线轴件102包括壁厚108。在仪表100中，在线轴件102上安装有多个可延伸的换能器组件110。每个换能器组件110定位在换能器端口106中的一个换能器端口内。线轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量流体的流动的超声波流量计，所述超声波流量计包括：仪表本体，所述仪表本体包括通孔和从所述仪表本体的外表面延伸至所述通孔的换能器端口；以及换能器组件，所述换能器组件设置在所述换能器端口中，其中，所述换能器组件具有中心轴线且在靠近所述仪表本体的通孔的第一端与同所述第一端间隔开的第二端之间延伸，所述换能器组件包括压电舱，所述压电舱轴向地定位成与所述换能器组件的所述第一端相邻；以及其中，所述压电舱包括：变压器；压电元件，所述压电元件与所述变压器轴向间隔开；可轴向延伸的线路通道；以及导体，所述导体延伸穿过可延伸的所述线路通道且将所述压电元件与所述变压器电耦合。

【技术特征摘要】
2017.10.27 US 62/578,3761.一种用于测量流体的流动的超声波流量计，所述超声波流量计包括：仪表本体，所述仪表本体包括通孔和从所述仪表本体的外表面延伸至所述通孔的换能器端口；以及换能器组件，所述换能器组件设置在所述换能器端口中，其中，所述换能器组件具有中心轴线且在靠近所述仪表本体的通孔的第一端与同所述第一端间隔开的第二端之间延伸，所述换能器组件包括压电舱，所述压电舱轴向地定位成与所述换能器组件的所述第一端相邻；以及其中，所述压电舱包括：变压器；压电元件，所述压电元件与所述变压器轴向间隔开；可轴向延伸的线路通道；以及导体，所述导体延伸穿过可延伸的所述线路通道且将所述压电元件与所述变压器电耦合。2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述压电舱还包括：第一构件，所述第一构件包括头部部分和轴向地延伸离开所述头部部分的一对腿部，至少一个腿部包括从所述至少一个腿部延伸的闩锁突片；以及第二构件，所述第二构件包括套管，所述套管具有长形的接纳腔室，所述接纳腔室由腔室壁限定且构造成将所述腿部接纳在所述接纳腔室中，所述套管包括位于所述腔室壁中的且构造成捕获所述闩锁突片的孔口。3.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述套管包括位于所述腔室壁中的至少一排对准的孔口，其中，所述孔口中的每个孔口构造成捕获所述闩锁突片。4.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述套管包括套管轴线，并且其中，所述腿部的端部构造成在所述腿部在朝向所述变压器的方向上移动时且在所述闩锁突片被捕获在孔口中之前朝向所述套管轴线径向向内弯曲。5.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述套管包括套管轴线，并且其中，所述腿部构造成使得当所述闩锁突片被捕获在所述排的第一孔口中且所述腿部绕所述套管轴线旋转时，所述突片被偏置成与所述第一孔口脱离接合。6.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述套管包括套管轴线；其中，所述腿部构造成使得当所述闩锁突片被捕获在第一孔口中时，所述第一构件不能相对于所述第二构件轴向地移动；以及其中，所述腿部构造成使得当所述闩锁突片被捕获在所述第一孔口中时以及当所述闩锁突片未被捕获在所述第一孔口中时，所述第一构件能够在所述套管内绕所述套管轴线旋转。7.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述闩锁突片包括凸轮表面；以及其中，所述闩锁突片构造成使得所述第一构件相对于所述第二构件的旋转使所述突片偏置成与所述孔口脱离接合。8.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述套管包括套管轴线，并且其中，每个腿部包括闩锁突片；以及其中，所述套管包括多个轴向间隔开的孔口对，所述孔口对限定两排对准的孔口，每个孔口构造成捕获闩锁突片，并且这些排绕所述套管轴线周向地间隔开。9.根据权利要求8所述的流量计，其中，所述腿部构造成使得当每个腿部的所述闩锁突片被捕获在一个孔口对的所述孔口中的一个孔口中且所述第一构件绕所述套管轴线旋转时，每个腿部的所述突片被偏置成与孔口脱离接合。10.一种换能器组件，包括：长形本体，所述长形本体具有可调节的长度以及第一端和第二端；压电元件，所述压电元件设置成与所述第一端相邻；可轴向延伸的线路通道，所述线路通道位于所述本体内；以及导体，所述导体电耦合至所述压电元件且延伸穿过可延伸的所述线路通道。11.根据权利要求10所述的换能器组件，还包括：第一构件，所述第一构件包括头部部分、轴向地延伸离开所述头部部分的一对腿部和位于所述腿部之间的槽，至少一个腿部包括从所述至少一个腿部延伸的闩锁突片；以及第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·扎坎，大卫·布鲁斯·史蒂文斯，克莱夫·维克萨马尔，
申请(专利权)人：丹尼尔测量和控制公司，
类型：发明
国别省市：美国,US