[发明专利]用于超声流量计的换能器组件

说明书

有关联邦资助的研究或者研发的声明

不适用。

技术领域

本发明的各个实施例涉及超声流量计。

背景技术

在将碳氢化合物从地面取出之后，流体流(例如原始或者天然气)经由管线而被到处输送。希望准确地知道在流体流中流动的流体的量，并且当流体被转手或者“保管输送(custody transfer)”时，要求特别的准确度。然而，即便当未进行保管输送时，也期望测量的准确度。

超声流量计可被用在例如保管输送的情形中。在超声流量计中，超声信号横穿被测量的流体流而被来回地发送，并且基于超声信号各种特征，可以计算流体的流量。提高施加给流体的超声信号质量的机构可以提高测量的准确度。而且，超声流量计可被安装于恶劣环境中，并且因此期望的是减少维护时间，并且如果可能的话，提高性能的任何机构。

发明内容

借助一种用于超声流量计的换能器外罩而至少部分地解决了上述问题。在至少一些示意性实施例中，一种换能器外罩包括具有近端、远端和内部体积的外罩，该外罩联接到超声流量计的管段(spoolpiece)，以及从内部体积流体地密封该远端的声匹配层(其中该外罩在内部体积中并且邻近声匹配层接纳有压电元件)。声匹配层具有介于压电元件的和超声流量计中的流体的声阻抗之间的声阻抗。

附图说明

为了更加详细描述本发明的实施例，现在将参考附图，其中：

图1A是超声流量计的截面视图；

图1B是示意出弦路径M、N、O和P的管段的端面视图；

图1C是容纳换能器对的管段的顶视图；

图2示意根据本发明实施例的组件；

图3示意根据本发明实施例的换能器外罩的透视截面视图；

图4示意根据本发明实施例的换能器外罩的截面视图；

图5示意根据本发明实施例的集成的换能器组件；

图6示意根据本发明实施例的集成的换能器组件的透视截面视图；

图7A示意根据本发明实施例的压电元件的前表面的透视图；

图7B示意根据本发明实施例的压电元件的后表面的透视图；

图8是示意更换根据本发明实施例的换能器组件的方法的流程图。

具体实施方式

符号和术语

某些术语贯穿以下说明和权利要求使用，用以引用具体的系统构件。这篇文献并不期望区分名称不同而非功能不同的构件。

在下面的讨论中并且在权利要求中，术语“具有”和“包括”以开放形式使用，并且因此，这些术语应被解释成表示“包括、但不限于”。而且，术语“联接(couple)”或者“联接(couples)”旨在表示间接或者直接的连接。因此，如果第一器械联接到第二器械，则该连接可以通过直接连接，或者通过经由其它器械和连接装置的间接连接而实现。

“流体”将表示液体(例如，原油或者汽油)或者气体(例如，甲烷)。

图1A是根据本发明实施例的超声流量计101的截面视图。适于放置在管道的各段之间的管段100是用于流量计101的外罩。管段100具有内部体积，作为用于被测量流体的流路并且还具有在流量计中限定测量区段的预定尺寸。流体能够以速度断面152沿着方向150流动。速度矢量153-158示意通过管段100流体速率朝向中央增大。

一对换能器120和130位于管段100的周围上。换能器120和130分别由换能器端口125和135容纳。换能器120和130的位置可由角度θ、在换能器120和130之间测量的第一长度L、相应于点140和145之间的轴向距离的第二长度X、以及相应于管道直径的第三长度D限定。在大多数情形中，距离D、X和L在流量计的制造期间就被精确地确定。而且，换能器(例如120和130)可分别被放置于距点140和145的特定距离处，而与流量计尺寸(即管段尺寸)无关。虽然换能器被示意为稍微地凹进，但是在可替代实施例中，换能器突出到管段中。

在换能器120和130之间相对于中心线105以角度θ存在有路径110，有时它被称为“弦”。“弦”110的长度L是换能器120的表面和换能器130的表面之间的距离。点140和145限定了由换能器120和130产生的声信号进入和离开流动通过管段100的流体的位置(即到管段孔的进口)。