[发明专利]超声波信号耦合器

说明书

一种超声波信号耦合组件包括附接于一个或更多个超声波耦合器的超声波变换器，该一个或更多个超声波耦合器构造成联接于管的外表面。一个或更多个超声波耦合器的高度为管的厚度的大约五倍或更多，并且一个或更多个超声波耦合器的长度大于一个或更多个超声波耦合器的高度。

技术领域

本发明大体上涉及超声波流动测量，并且更具体地涉及用于流动测量的超声波耦合器组件。

背景技术

超声波流量计用于确定流过不同尺寸和形状的管的多种流体(例如，液体、气体等)和不同流体组合的流速。一种类型的超声波流量计使用通过时间方法。该技术使用附接于管壁的外部并且位于彼此上游和下游的一对或更多对超声波变换器。在被激励时，变换器中的各个通过流动流体传输超声波信号，其由该对的另一个超声波变换器检测到。管中流动的流体速度可根据超声波信号的差异通过时间来计算为在(1)相对于流体流动方向从下游超声波变换器向上行进到上游超声波变换器的超声波信号，与(2)关于流体流动方向从上游超声波变换器向下行进至下游超声波变换器的超声波信号之间。

一对或更多对的变换器可在不同相对位置安装在管上，例如，成对的变换器可位于管的相对侧上，即，直径相对，使得连接变换器的直线穿过管轴线，或者它们可在管的同一侧上相邻定位。在对立的实例中，由一对变换器中的变换器中的一个传输的超声波信号在其由一对中的另一个变换器检测到之前未反射出内管表面。在相邻变换器的后一实例中，由一对变换器中的变换器中的一个传输的超声波信号在其由一对中的另一个变换器检测到之前由管的内表面反射。

在一些实施例中，超声波流量计附接于其的管传送引起管壁达到相对高温度的流体，或者管可传送引起管壁达到相对低温度的流体。始终如一地暴露于极端或变化温度的超声波变换器引入缩短变换器的使用寿命的热应力。定位在变换器与管之间的联接器有助于防止极端温度损坏压电材料。信号质量可由于例如由人工临时附接方法的使用引起的、联接器与管壁之间的较差声耦合而下降，或者通过由暴露于苛刻环境如极端温度引起的变换器中的压电材料的恶化而下降。穿过管的流体流速的测量并入管厚度、行进穿过管的超声波信号的速度、管内径以及行进穿过管中的流体的超声波信号的速度。因为行进穿过这些材料(管和流体)的超声波信号的速度不同，所以如果管经受减小管厚度的腐蚀，则可损害此类测量。此类管的超声波信号时间测量可错误地归因于穿过管的行进时间(在实际上其应当归因于穿过流体的行进时间时)，并且因此可歪曲流体流速计算。

以上论述仅提供用于一般背景信息，并且不旨在用作确定要求权利的主题的范围的帮助。

发明内容

公开了一种超声波信号耦合组件，其包括超声波变换器，该超声波变换器附接于构造成联接于管的外表面的一个或更多个超声波耦合器。一个或更多个超声波耦合器的高度为管的厚度的大约五倍或更多，并且一个或更多个超声波耦合器的长度大于一个或更多个超声波耦合器的高度。可在超声波信号耦合组件的一些公开实施例的实施中实现的优点包括管壁的有效加厚，使得管壁的腐蚀变薄将不降低流速测量的准确性，将超声波变换器与极端温度隔离，并且简化耦合器沿管上的弦向位置的对准和安装。

在一个实施例中，超声波耦合器组件包括构造成在第一位置处联接于管的外表面的第一超声波耦合器。超声波耦合器具有为管的厚度的至少五倍的第一大小，以及大于第一大小的横穿第一大小的第二大小。第一超声波变换器附接于第一超声波耦合器。第二超声波耦合器构造成在第二位置处联接于管的外表面。第二超声波耦合器具有为管的厚度的大约五倍或更多的第一大小，以及大于第一大小的横穿第一大小的第二大小。第二超声波变换器附接于第二超声波耦合器。

在另一个实施例中，一种超声波耦合器组件包括具有顶侧和底侧的耦合器。底侧构造成联接于管的外表面。顶侧具有附接于其的至少一个超声波变换器。耦合器的第一大小为管的厚度的至少五倍，并且底侧的长度大于第一大小。