超聲波流量計和具有隔離的變壓器艙的換能器組件的製作方法

2023-12-10 23:57:27 2

專利名稱：超聲波流量計和具有隔離的變壓器艙的換能器組件的製作方法
超聲波流量計和具有隔離的變壓器艙的換能器組件 關於聯邦政府資助的研究或研發的聲明不適用。
背景技術：
多種實施方式涉及超聲波流量計並且特別涉及在超聲波流量計中使用的換能器組件。在已將碳氫化合物從地面移除之後，(液相的或氣相的)流體流經由管路輸送至各處。所期望的是，精確地獲知該流中流動的流體的數量，並且當流體正在轉手時，或在「密閉輸送」期間，要求特別的精度。然而，即使是在沒有發生密閉輸送的地方，測量精度也是所期望的，並且在這些情形中可使用超聲波流量計。超聲波流量計包括兩個或更多個換能器組件，每個換能器組件緊固在流量計的本體或管段中的埠的內側。為了在流量計內容納輸送的流體，在管段中的每個換能器埠的外端上緊固有端部連接器。由此，管段和端部換能器形成壓力邊界，該壓力邊界容納流動通過該流量計的流體。為了測量通過流量計的流體流量，沿著管段的內表面設置有一對換能器組件，使得每個換能器組件彼此面對。每個換能器組件包括壓電元件，並且當將交流電施加至第一換能器組件的壓電元件時，該壓電元件通過在正被輸送通過流量計的流體中發射超聲波而作出響應。當波入射到第二換能器組件的壓電元件上時，該換能器組件通過產生電信號而作出響應。一段時間之後，將交流電施加至第二換能器組件的壓電元件，並且該壓電元件通過將超聲波發射通過流量計中的流體而作出響應。當波入射到第一換能器組件的壓電元件上時，該換能器組件通過產生電信號而作出響應。這樣一來，換能器組件越過流體流來回地發送和接收信號。每個換能器組件連接至纜線，該纜線穿過端部連接器延伸至管段的外部及諸如通常安裝至管段的外部的電子器件罩殼之類的遠程位置。纜線將由壓電元件產生的信號承載至設置在電子器件罩殼內的採集板，信號可在採集板上進行處理並隨後用於確定通過流量計的流體流速。當不處於使用中時，換能器組件中的壓電元件可累積電荷。該電荷對在流量計上執行維護的人員存在危險。為了降低維護人員的風險，通常將每個壓電元件聯接至變壓器，該變壓器除了下述功能之外，還為由壓電元件產生的電荷提供放電路徑。變壓器還在壓電元件與最終接收由壓電元件產生的信號的採集裝置之間提供抗阻匹配。由此，壓電元件和變壓器是配對的。因此，變壓器通常被設置在換能器組件內。利用大多數的傳統設計，當壓電元件或變壓器需要更換時，整個換能器組件被從管段中的埠上移除，這在將端部連接器移除以觸及換能器組件時，通常使得穿過管段的流體流的所不期望的中斷成為必需。此外，在許多傳統的換能器組件中，換能器組件內的變壓器和/或在變壓器與壓電元件之間的電氣連接易於受到在與壓電元件所經歷的條件相同的條件中的暴露的影響。當變壓器或電氣連接並不設計用於與壓電元件相同的條件時，這種暴露並不是所期望的。例如，穿過流量計的流體可以是腐蝕性的。儘管壓電元件可與腐蝕性的條件相容，但變壓器可能不與腐蝕性的條件相容。在這種情況下，腐蝕性的流體會損壞變壓器和相關聯的布線。改善給予流體的超聲波信號的質量的機構可改善測量精度。而且，流量計的部件的磨損、破裂、和部件老化(例如，由正被測量的流體的腐蝕性導致)會相當大地縮短該裝置的壽命，並且由此，任何提高流量計及其部件的耐用性和/或壽命的設備、方法或系統會是所期望的。最後，超聲波流量計可安裝在惡劣的環境中，並且由此，任何縮短維修時間並且如果可能的話改善性能的機構會是所期望的。

發明內容
通過一種用於測量通過管路的流體的流量的超聲波流量計在一個實施方式中滿足現有技術中的這些和其它需要。在一實施方式中，該流量計包括管段，該管段包括通孔和換能器埠，該換能器埠從管段的外表面延伸至通孔。另外，該流量計包括設置在換能器埠中的換能器組件。該換能器組件具有中央軸線並且包括換能器保持器，該換能器保持器具有鄰近管段的通孔的第一端部以及遠離管段的通孔的第二端部。此外，換能器組件包 括壓電艙，該壓電艙包括壓電元件。該壓電艙聯接至換能器保持器並從換能器保持器的第一端部大致軸向地延伸。此外，換能器組件包括變壓器艙，該變壓器艙包括變壓器。變壓器艙聯接至換能器保持器並與壓電艙軸向地間隔開。通過一種用於測量通過管路的流體的流量的超聲波流量計在另一實施方式中滿足現有技術中的這些和其它需要。在一實施方式中，該流量計包括管段，該管段包括通孔和多個換能器埠，該多個換能器埠從管段的外表面延伸至通孔。另外，該流量計包括設置在換能器埠中的一個中的換能器組件。換能器組件具有中央軸線並且包括壓電艙，該壓電艙具有鄰近管段的通孔的第一端部以及遠離管段的通孔的第二端部。該壓電艙包括在第一端部與第二端部之間延伸的壓電殼體。該壓電殼體包括從第一端部軸向地延伸的第一沉孔。此外，該壓電艙包括設置在第一沉孔中鄰近第一端部的壓電元件。而且，該換能器組件包括聯接至壓電艙的變壓器艙。變壓器艙包括變壓器殼體和設置在變壓器殼體內的變壓器。此外，該換能器組件包括環形密封組件，該環形密封組件徑向地設置在換能器組件與管段之間，並軸向地設置在變壓器艙與管段的通孔之間。該密封組件阻止流體通過換能器埠在管段的通孔與變壓器艙之間的流動。通過一種用於測量通過管路的流體的流量的超聲波流量計在另一實施方式中滿足現有技術中的這些和其它需要。在一實施方式中，該方法包括將管段聯接至管路。該管段包括通孔和從管段的外表面延伸至通孔的換能器埠。另外，該方法包括使流體流動通過管段的通孔。此外，該方法包括組裝氣體超聲波換能器組件。該換能器組件具有中央軸線並且包括聯接至管段的壓電艙。該壓電艙包括壓電殼體和設置在壓電殼體中的壓電元件。此外，換能器組件包括聯接至壓電艙的變壓器艙。該變壓器艙包括變壓器殼體和設置在變壓器殼體中的變壓器，並且將變壓器電聯接至壓電元件。此外，該方法包括設置組裝在換能器埠中的換能器。而且，該方法包括使壓電艙暴露於在管段的通孔中流動的流體。另外，該方法包括將變壓器艙與在管段的通孔中流動的流體隔離。由此，於此所述的實施方式包括意在應對與某些現有裝置、系統、和方法相關聯的多種缺點的特徵和優點的結合。一旦所屬領域技術人員參照附圖閱讀詳細的說明，上述多種特性及其它特徵將易於變得明白。


為了對本發明的示例性實施方式進行詳細的說明，現將參照附圖進行說明，在附圖中圖IA為超聲波流量計的實施方式的截面俯視圖；圖IB為圖IA的流量計的端部；圖IC為圖IA的流量計的俯視不意圖；
圖2為根據於此所述的原理的超聲波流量計的實施方式的立體圖；圖3為設置在圖2的超聲波流量計的換能器埠中的一個中的氣體超聲波換能器組件的實施方式的放大的局部截面圖；圖4為圖3的氣體超聲波換能器組件的放大的局部截面圖；圖5和圖6為圖2的壓電艙的放大的截面圖；圖7和8為圖2的變壓器艙的放大的截面圖；圖9為圖2的變壓器艙襯套(spacer)的立體圖；圖10為圖2的接受器艙的分解視圖；圖11和12為圖2的接收器艙的放大的截面圖；圖13為圖2的接收器艙的端視立體圖；圖14為設置在圖2的超聲波流量計的換能器埠中的一個中的氣體超聲波換能器組件的實施方式的放大的局部截面圖；圖15為圖14的壓電艙的放大的截面圖；圖16為圖14的壓電艙的端視圖；圖17為根據於此所述的原理的超聲波流量計的實施方式的截面圖；圖18為根據於此所述的原理的超聲波流量計的實施方式的截面圖。
具體實施例方式下列討論涉及本發明的多種實施方式。儘管這些實施方式中的一個或更多個是目前優選的，但所公開的實施方式不應當被認為是、或另外被用作限制包括權利要求在內的本公開的範圍。另外，所屬領域技術人員將理解，下列說明具有廣泛的應用，並且對任何實施方式進行的討論僅意味著是該實施方式的示例，而不意在表示將包括權利要求在內的本公開的範圍限制於該實施方式。特定的術語貫穿於下列說明和權利要求使用以指示特定的特徵或部件。如所屬領域技術人員將會了解到的那樣，不同的人可能以不同的名字來指示同一特徵或部件。本文獻並不意在對名字不同但功能並非不同的部件或特徵進行區分。附圖無需按比例繪製。此處的特定特徵或部件可以放大的比例誇大或以略微示意性的形式示出，並且出於清楚和簡要的目的，傳統元件的一些細節可不被示出。在下列討論中並且在權利要求中，術語「包含」和「包括」以開放式的方式使用，並且由此應當被解釋為意指「包含，但不限於…」。同樣，術語「聯接」或「聯結」被解釋為意值間接的連接或直接的連接。由此，如果第一裝置聯接至第二裝置，該連接可通過直接連接、或通過經由其它裝置、部件和連接件的間接連接。另外，如於此所使用的那樣，術語「軸向的」和「軸向地」通常意指沿著或平行於中央軸線(例如，本體或埠的中央軸線)，而術語「徑向的」和「徑向地」通常意指垂直於該中央軸線。例如，軸向距離指的是沿著或平行於中央軸線測量到的距離，而徑向距離指的是垂直於中央軸線測量到的距離。圖IA和IB示出了超聲波流量計10的實施方式，以說明多種部件和關係。適於放置在管路的區段之間的管段11具有預定的尺寸並限定測量過的流體(例如，氣體和/或液體)流動通過的中央通道。一對說明性的換能器12和13、以及它們各自的殼體14和16沿管段11的長度設置。換能器12和13為聲收發器，並且更特別地為超聲波收發器，從而意指它們既產生又接收頻率超過約20千赫的聲能。聲能可由每個換能器中的壓電元件產生和接收。為了產生聲信號，壓電元件經由正弦信號電力地受到刺激，並且它通過振動作出響應。壓電元件的振動產生聲信號，該聲信號通過測量過的流體行進至換能器對的對應的換能器。同樣，一旦被聲能(即，聲信號和其它噪聲信號)衝擊，接收中的壓電兀件振動並產生正弦電信號，該正弦電信號由與流量計相關聯的電子設備進行檢測、數位化處理、和分析。有時候稱之為「弦」的路徑17存在於說明性的換能器12與13之間，與中心線20成角度9。「弦」17的長度為在換能器12的正面與換能器13的正面之間的距離。點18和19限定由換能器12和13產生的聲信號進入和離開流動通過管段11的流體的位置(即，管段鑽孔的入口)。換能器12和13的位置可被角度e、被在換能器12與13之間測量到的第一長度L、與在點18與19之間的軸向距尚相對應的第二長度X、以及與管道內徑相對應的第三長度「d」限定。在大多數情況中，距離d、X和L在流量計製造期間被精確地確定。此夕卜，無論流量計的尺寸(即，管段尺寸)如何，諸如換能器12和13之類的換能器通常被分別設置在與點18和19相距特定距離處。諸如天然氣之類的流體以速度剖面23在方向22上流動。速度矢量24-29表明了通過管段11的速度朝向中心線20增大。
最初，下遊換能器12產生聲信號，該聲信號越過管段11中的流體傳播，並且隨後入射到上遊換能器13並由上遊換能器13進行檢測。短時間之後(例如，數毫秒內)，上遊換能器13產生返回聲信號，該返回聲信號越過管段11中的流體向後傳播，並且隨後入射到下遊換能器12並由下遊換能器12進行檢測。由此，換能器12和13沿著弦路徑17利用信號30進行「收和發」。在操作期間，該場景每分鐘可發生數千次。聲信號30在換能器12與13之間的傳播時間部分取決於該聲信號30是關於流體流正在逆流地行進還是順流地行進。聲信號順流地(即，在與流體流動相同的方向上)行進的傳播時間比其逆流地(即，逆向於流體流動)行進時的傳播時間短。逆流傳播時間和順流傳播時間可用於計算沿信號路徑的平均速度和測量過的流體中的聲速。超聲波流量計可具有一個或更多個聲信號路徑。圖IB示出了超聲波流量計10的一端的正視圖。如圖IB中所示，超聲波流量計10實際上包括在管段11內處於不同高度處的四個弦路徑A、B、C和D。每個弦路徑A-D與交替地表現為發送器和接收器的換能器對相對應。同樣示出的是控制電子儀器組件或罩殼40，該控制電子儀器組件或罩殼40獲取並處理來自四個弦路徑A-D的數據。圖IB中的視圖中所隱藏的是對應於弦路徑A-D的四對換能器。參照圖1C，可更為容易地理解四對換能器的布置。四對換能器埠安裝在管段11上。每對換能器埠與圖IB的單個弦路徑相對應。第一對換能器埠 14和15包括換能器12和13 (圖1A)。換能器安裝成與管段11的中心線20成非垂直的角度0。另一對換能器埠 34和35 (在圖中僅部分地示出)和相關聯的換能器安裝成使得它的弦路徑關於換能器埠 14和15的弦路徑隨意地形成為「X」形。同樣，換能器埠 38和39放置成平行於換能器埠 34和35，但處於不同的「高度」(即，管道或流量計管段中的不同的徑向位置)處。在圖IC中未明確示出的是四對換能器和換能器埠。將圖IB和IC聯繫在一起，成對的換能器設置成使得與弦A和B相對應的上面兩對換能器形成「X」形，而與弦C和D相對應的下面兩對換能器也形成「X」形。流體的流速可於每個弦A-D處加以確定以獲得弦流速，並且將弦流速相結合以確定在整個管道上的平均流速。通過平均流速，可確定在管段中流動的流體的數量，並由此確定在管路中流動的流體的數量。現在參見圖2和3，分別示出了用於測量管路中的流體流速的超聲波流量計100的立體圖和局部截面圖。超聲波流量計100包括本體或管段105、多個氣體超聲波換能器組件200、導線或纜線125、以及可拆卸的纜線蓋120，該導線或纜線125從每個換能器組件200延伸至聯接於管段105的頂部的電子儀器組件40。
管段105是用於超聲波流量計100的殼體並被構造成用於放置在管路的區段之間。管段105具有中央軸線110並包括第一端部或入口端部105a、第二端部或出口端部105b、在端部105a和105b之間延伸的流體流道或通孔130、和多個從管段105的外表面延伸至通孔130的換能器埠 165。在該實施方式中，端部105a、b各自包括凸緣，該凸緣在管路的各個管道節段之間將管段105軸向地聯接成首尾相連。水平基準面111經過中央軸線110並通常將管段105劃分成上半部和下半部。最佳如圖2中所示，管段105還包括多個換能器凸臺135，這多個換能器凸臺135通常沿著它的外部圓周豎直地延伸。每個凸臺135設置成使得它與兩個豎直間隔的換能器埠 165的徑向外端部165b相交。每個纜線125在凸臺135中的一個內從換能器組件200中的一個延伸至電子儀器組件40。由於兩個換能器埠 165與每個凸臺135相交，因此，兩個纜線125在每個凸臺135內垂直地延伸。每個換能器凸臺135還包括凹進的正面140、側部145、150、和側部溝槽155、160。正面140和側部145、150在其之間限定容置纜線125的凹處175。側部溝槽155、160分別沿著側部145、150的彼此面對並且面對凹處175的表面延伸。在將纜線125設置在換能器凸臺135的凹處175內的情況下，將橫向側蓋120插入到溝槽155、160中，並滑動地推進經過溝槽155、160，從而覆蓋住纜線125並保護它們使其免受管段105外部的環境的影響。在於2007年6月15日提交的名稱為「用於超聲波流量計的纜線蓋(Cable Cover for anUltrasonic Flow Meter)」的美國專利申請序列No. 11/763，783中公開了適用的蓋的示例，以參引的方式為了所有的目的而將該美國專利申請的全部合併到本文中。在一些實施方式中，管段105為鑄件，在該鑄件中機加工出換能器埠 165。凹處175也通過機加工工藝形成所需的尺寸。正面140的寬度比換能器埠 165的直徑大。凹處175的深度足以允許將側部溝槽155、160機加工到換能器凸臺135以及凹處175本身的側面145、150之中，並且該深度足以容置纜線125。在一些實施方式中，側部溝槽155、160為具有方角的三面溝槽。在其它實施方式中，側部溝槽155、160可為僅具有兩個側部的半-燕尾槽，其中，第一側部平行於換能器凸臺135的正面140，並且第二側部被定向為與第一側部成小於90度的角度。而且，在側部溝槽155、160為半-燕尾槽的實施方式中，側部145、150與正面140所成的角度可小於或大於90度。最佳如圖3中所示，在每個換能器埠 165內設置有一個換能器組件200。每個換能器埠 165具有中央軸線166並從通孔130處的徑向內部(相對於軸線110)或第一端部165a經過管段105延伸至管段105的外表面處的徑向外部(相對於軸線110)或第二端部165b。在該實施方式中，每個換能器埠 165通常為水平的。換言之，每個換能器埠165的中央軸線166位於通常平行於基準面111的平面中。雖然每個換能器埠 165的中央軸線166的投影可不必與管段105的中央軸線110相交，但出於簡化的目的，可相對於軸線110描述多種特徵和部件的徑向位置，通常理解的是，「徑向內部」(相對於軸線110)指的是通常鄰近軸線110和鑽孔130的位置，並且「徑向外部」(相對於軸線110)指的是通常遠離軸線110和鑽孔130的位置。每個換能器埠 165的內表面包括在端部165a、b之間的環形肩部167以及軸向地(相對於軸線166)設置在肩部167與第一端部165a之間的內螺紋169。如將在下文中更 為詳細描述的那樣，肩部167幫助將換能器組件200設置在埠 165內，並且螺紋169接合換能器組件200上的匹配螺紋，從而將換能器組件200螺紋地聯接至埠 165和管段105。再次參見圖2和3，在使用期間，流體流動通過管路和通孔130。換能器組件200經過在通孔130中的流體流來回地發送聲信號。特別地，換能器組件200設置成使得從一個換能器組件200行進至另一換能器組件的聲信號與流動通過流量計100的流體以相對於中央軸線110成銳角的方式交叉。電子儀器組件40聯接至管段105的頂部，向傳感器組件200提供動力，並經由在其間延伸的纜線125接收來自換能器組件200的信號。一旦接收了來自換能器組件200的信號，電子儀器組件就處理該信號以確定經過流量計100的鑽孔130的產品的流體流速。現在參見圖3，氣體超聲波換能器組件200同軸地設置在埠 165內並從通孔130延伸至凸臺135的凹處175。由此，換能器組件200具有中央或縱向軸線205，當將換能器組件200聯接至埠 165內的管段105時，該中央或縱向軸線205通常與埠 165的中央軸線166重合。從管段105的通孔130徑向向外移動，換能器組件200包括壓電艙210、換能器保持器230、變壓器艙250、多個變壓器艙襯套270、接收艙300、以及電聯接器290。壓電艙210、換能器保持器230、變壓器艙250、變壓器艙襯套270、和接收艙300首尾相連地軸向聯接並相對於軸線166、205同軸地定向。由此，壓電艙210、換能器保持器230、變壓器艙250、變壓器艙襯套270、和接收艙300都具有通常與軸線205、166重合的中央軸線。出於簡潔的目的，軸線166、205於此用以限定換能器組件200的多種結構元件和部件的軸向位置，了解到的是，每個單獨的部件具有當組裝到換能器組件200中時通常與軸線205重合、並且當安裝在埠 165中時通常與軸線166重合的中央軸線。現在參見圖3-6，壓電艙210具有鄰近鑽孔130的徑向內部(相對於軸線110)或第一端部210a、遠離鑽孔130的徑向外部(相對於軸線110)或第二端部210b，並且包括本體或殼體211、壓電元件212、匹配層214、以及電連接器216。在圖3_5中，壓電艙210被示出為具有匹配層214 (例如，在匹配層214的安裝之後)，並且在圖6中，壓電艙210被示出為不具有匹配層214 (例如，在包括匹配層214之前)。殼體211在端部210a、b之間軸向地(相對於軸線205)延伸，並且由此，也可被描述為具有通常分別與端部210a、b重合的第一端部211a和第二端部211b。壓電艙210的第一端部210a和殼體211的第一端部211a分別軸向地(相對於軸線166、205)延伸至鑽孔130並且暴露於在通孔130內流動的流體。另外，殼體211的第一端部211a包括從第一端部211a軸向地(相對於軸線205)延伸的沉孔213。壓電元件212同軸地設置在沉孔213中鄰近第一端部211a和鑽孔130。壓電元件212為壓電材料，該壓電材料響應於施加的機械應力而產生電勢，並且響應於施加的電場而產生機械應力和/或應變。更具體地，壓電元件212響應於聲信號產生電勢即相關聯的電流,並且響應於施加的電勢和相關聯的電流產生聲信號。通常，壓電元件212可包括諸如壓電晶體或陶瓷之類的任何適合的壓電材料。然而，在該實施方式中，壓電元件212為壓電晶體。匹配層214填充沉孔213的剩餘部分並完全地環繞或包裹住壓電元件212。匹配層(例如，匹配層214)可包括諸如塑料、金屬、玻璃、陶瓷、環氧樹脂、粉末填充的環氧樹脂、橡膠、或粉末填充的橡膠之類的任何適合的材料。在該實施方式中，匹配層214包括注入到沉孔213中並以流體的形式圍繞並越過該壓電元件212並且允許凝固和硬化的環氧樹脂。無論匹配層(例如，匹配層214)的材料如何，該匹配層在壓電元件(例如，壓電元件212)與 流動通過流量計的流體(例如，在流量計100的鑽孔130中流動的流體)之間提供聲耦合。根據於此公開的某些實施方式，聲匹配層具有位於壓電元件的聲匹配層與在流量計內的流體之間的聲抗阻。利用在壓電元件的匹配層與在流量計中的流體之間的匹配層的聲抗阻，改善了超聲波信號的質量(例如，更大的振幅和更快的上升時間)。依然參見圖3-6，匹配層214和壓電元件212在沉孔213內聯接至殼體211。通常，匹配層214可通過包括但不限於焊接、過盈配合或彈簧配合、匹配螺紋的嚙合、聲聯接器油、油脂或粘合劑之類的任何適合的方式聯接至殼體211。在該實施方式中，匹配層214通過環氧樹脂的粘合劑直接地連接至殼體211的沉孔213的內部圓筒形表面。最佳如圖5和6中所示，電連接器216設置於壓電艙210的第二端部210b處並聯接至殼體211的第二端部211b。特別地，殼體211的第二端部211b包括從第二端部211b軸向地(相對於軸線205)延伸的沉孔215。電連接器216表面安裝至設置在沉孔215中的電路板217並從該電路板217軸向地(相對於軸線205)延伸。在該實施方式中，電連接器216為凹形的同軸纜線接收器或插口。通常，「同軸纜線」連接器(例如，凸形的同軸纜線連接器、凹形的同軸纜線連接器、同軸纜線插口、同軸纜線接收器等)為構造成並設計用於同軸用途、或同軸纜線、纜線和聯接器。同軸纜線和聯接器包括被管狀的絕緣層環繞的內部電導體，該管狀的絕緣層通常由具有高介電常數的材料構成，並且所有的同軸纜線和聯接器都被導電層(通常由柔韌的細織線構成，或由薄金屬箔構成)環繞，並最終在外部上覆蓋薄的絕緣層。由此，同軸纜線和聯接器包括徑向內部導體和徑向外部導體，該徑向外部導體與內部導體是同心的並且通過管狀的絕緣層與內部導體徑向地間隔開。兩條引線或導線(未示出)將壓電元件212電聯接至電路板217和電連接器216。在壓電艙210中的電路板217優選地包括位於在兩個壓電引線之間的電阻，以在將壓電艙210與變壓器艙250分離時，允許在壓電元件212中的電荷安全地放電。在該實施方式中，電路板217包括在兩個壓電引線之間的一兆歐電阻(未示出)，以在將壓電艙210與變壓器艙250分離時，允許在壓電元件212中的電荷安全地放電。電路板217和電連接器216通過填充材料218相對於殼體211剛性地保持在適當的位置中，該填充材料218填充沉孔215的剩餘部分並且圍繞電連接器216的周界設置。在圖5中，將壓電艙210示出為具有填充材料218 (例如，在將填充材料218安裝在沉孔213中之後)，並且在圖6中，將壓電艙210示出為沒有填充材料218 (例如，在將填充材料218包括在沉孔213中之前)。通常，填充材料(例如，填充材料218)可包括諸如塑料或環氧樹脂之類的任何適合的材料。填充材料218優選地與電路板217、電連接器216、沉孔215中的任何電阻和引線、以及殼體211形成粘結結合，以將這些部件中的每個剛性地保持在適當的位置中。在該實施方式中，填充材料218為類似於匹配層214的剛性的環氧樹脂。仍然參照圖3-6，殼體211的徑向(相對於軸線205)外表面包括處於第二端部211b處的外螺紋221、位於端部211a、b之間的環形凸緣222、以及在螺紋221與凸緣222之間軸向地(相對於軸線205)設置成鄰近於凸緣222的環形凹部或溝槽223。最佳如圖3和4中所示，環形溝槽223和設置在其中的環形密封構件225限定徑向地(相對於軸線205)設置在殼體211與換能器保持器230之間的密封組件227。密封組件227在殼體211與換能器保持器230之間形成環形密封，並限制和/或防止流體在換能器保持器230與殼體211之間的軸向流動(例如，相對於軸線205)。例如，密封組件227限制和/或防止鑽孔130中的流體在殼體211與換能器保持器230之間流動。在該實施方式中，環形密封構件225為彈性的0形圈密封件，一旦組裝，該環形密封構件225就在殼體211與換能器保持器230之間 被徑向壓縮。現在參見圖3和4，換能器保持器230具有鄰近鑽孔130的徑向內部(相對於軸線110)或第一端部230a、以及遠離鑽孔130的徑向外部(相對於軸線110)或第二端部230b。每個端部230a、b分別包括具有內螺紋232、234的沉孔231、233。沉孔231、233分別從端部230a、230b軸向地(相對於軸線205)延伸。壓電艙210的第二端部210b經由匹配螺紋221,232被沉孔231螺紋地接收，並且如將在下文中更為詳細地所述，變壓器艙250被沉孔233螺紋地接收。匹配螺紋221、232的嚙合優選地足以抵抗由截留的會已隨時間的流逝而不期望地滲透密封組件227的壓電流體產生的潛在的力。螺紋221、232的這種堅固的嚙合在將換能器保持器230和壓電艙210從埠 165上移除時或在降低鑽孔130內的壓力時會是重要的。當將壓電艙210從換能器保持器230上鬆脫時，任何截留在換能器保持器230與壓電艙210之間的氣體可在密封組件227的周圍排出。電聯接器235同軸地設置在通孔236中，該通孔236軸向地(相對於軸線205)延伸經過沉孔231、233之間的換能器保持器230。聯接器235包括分別連接至壓電艙210和變壓器艙230的端部235a、b。聯接器235將壓電艙210與變壓器艙230電聯接並允許關於在鑽孔130中從壓電艙210流至變壓器艙250的流體的數據的通信。在該實施方式中，電聯接器235為同軸的或「同軸纜線的」聯接器，該聯接器包括處於每個端部235a、b處的同軸纜線連接器。如將在下文中更為詳細地描述的那樣，在該實施方式中，端部235a、b處的同軸纜線連接器都是凸形的同軸纜線連接器，該凸形的同軸纜線連接器在變壓器艙250和壓電艙210中匹配並接合對應的凹形同軸纜線連接器。 仍然參見圖3和4，在電聯接器235與換能器保持器230之間形成環形密封件242，從而限制和/或防止流體在聯接器235與換能器保持器230之間的軸向流動(相對於軸線205)。形成在聯接器235與換能器保持器230之間的環形密封件242優選地足以經受住鑽孔130中的預期流體壓力，該預期流體壓力通常在約Ipsi與10，OOOpsi之間。因此，如果鑽孔130內的加壓流體隨時間的流逝而滲透或旁路經過密封組件227，則環形密封件242還提供了另一屏障以限制和/或防止鑽孔130中的流體到達變壓器艙250、襯套270、接收器艙300以及流量計100外部的環境。在該實施方式中，密封件242為處於聯接器235與換能器保持器230之間的玻璃密封件。換能器保持器230的徑向外(相對於軸線205)表面包括鄰近第二端部230b的環形肩部237、設置在肩部237與第一端部230b之間的外螺紋238、以及軸向地(相對於軸線205)設置在外螺紋238與第一端部230a之間的多個環形凹部或溝槽239。環形密封構件241設置在每個溝槽239中。溝槽239和設置在其中的密封件241 —起限定徑向地(相對於軸線205)設置在換能器保持器230與管段105之間的密封組件240。密封組件240限制和/或防止流體在換能器保持器230與管段105之間的軸向流動(相對於軸線205)。因此，密封組件限制和/防止鑽孔130中的流體在換能器保持器230與管段105之間流動。在該實施方式中，每個環形密封構件241為彈性的0形圈密封件，一旦組裝，該其環形密封構件241在管段105與換能器保持器230之間被徑向地壓縮。如前所述，密封組件227限制和/或防止流體(例如，在鑽孔130中流動的流體)在 換能器保持器230與殼體211之間的流動，環形密封件242限制和/防止流體在聯接件235與換能器保持器230之間的軸向流動(相對於軸線205)，並且密封組件240限制和/或防止流體在換能器保持器230與管段105之間的流動。由此，密封組件227、密封組件240和密封件242 —起工作以限制和/或防止鑽孔130中的潛在危險的、汙染性的、或腐蝕性的流體經由埠 165從鑽孔130洩漏。限制和/或防止流體從鑽孔130流動通過埠 165在鑽孔130中的流體包含有毒的和/或有害的物質(例如，該流體是包含硫化氫的碳氫化合物流)的情況下是特別重要的。密封組件227、密封組件240、和密封件242也起作用以維持在管段105外部的周圍環境與鑽孔130中的壓電流體之間的壓力差。由此，雖然壓電艙210暴露於鑽孔130中的流體以及相關的壓力，但是變壓器艙250、襯套270和接收器艙300與鑽孔130內的流體和壓力隔離。特別地，變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300僅僅經受管段105外部的周圍環境。換能器保持器130經由匹配螺紋169、238螺紋地聯接至管段105，並且換能器保持器230的環形肩部237接合埠 165的環形肩部167。在組裝期間，換能器保持器230被旋擰並軸向地(相對於軸線166)推進到埠 165中直到肩部167、237接合，從而防止換能器保持器230 (和換能器組件200)到埠 165中的繼續的軸向推進。由此，埠 165中的肩部167限定換能器保持器230 (和換能器組件200)在埠 165內的軸向位置。現在參見圖3、4、7和8，變壓器艙250具有徑向內部(相對於軸線110)或第一端部250a和徑向外部(相對於軸線110)或第二端部250b，並包括本體或殼體251、變壓器252、和電連接器253。殼體251在端部250a、b之間軸向地延伸(相對於軸線205)，並且由此，也可被描述為具有分別與端部250a、b重合的第一端部251a和第二端部251b。另外,殼體251包括在端部251a、b之間軸向地延伸(相對於軸線205)的通孔254。最佳如圖7和8中所不，電連接器253設置於變壓器艙250的第一端部250a處並聯接至殼體251的第一端部251a。特別地，電連接器253表面安裝至設置在通孔254中的電路板255並從該電路板255上軸向地延伸(相對於軸線205)。在該實施方式中，電連接器253為凹形的同軸纜線接收器或插口。第一對引線或導線(未示出)將變壓器252電聯接至電路板255和電連接器253，並且第二對引線或導線(未示出)電聯接變壓器252和接收器艙300。通常，變壓器252匹配壓電元件212對電子設備的阻抗。電路板255和電連接器253通過填充材料256在通孔254內相對於殼體251剛性地保持在適當的位置中，該填充材料256填充通孔254的剩餘部分。在圖7中，將變壓器艙250示出為具有填充材料256 (例如，在將填充材料256安裝在通孔254中之後)，並且在圖8中，將變壓器艙210示出為沒有填充材料256(例如，在將填充材料256包括在通孔254中之前)。通常，填充材料(例如，填充材料256)可包括諸如塑料或環氧樹脂之類的任何適合的材料。填充材料256優選地在電路板255、電連 接器253、引線、與殼體251之間形成粘結結合，該粘結結合足以將這些部件剛性地保持在適當的位置中。在該實施方式中，填充材料256為類似於匹配層214的剛性的環氧樹脂。仍然參照圖3、4、7和8,殼體256的徑向外(相對於軸線205)表面包括處於第二端部251b處的凹口或凹部257、處於端部251a、b之間的外螺紋、以及鄰近第一端部251a的多個平面狀的平坦部。具體地，外螺紋258軸向地設置(相對於軸線205)在第二端部251b與平坦部259之間，並且平坦部259軸向地設置(相對於軸線205)在外螺紋258與第一端部251a之間。在該實施方式中，成角度地間隔開180°的兩個平坦部259設置在殼體251上。通常，平坦部259提供相對的平坦表面用於變壓器艙250與扳手的接合和夾緊，該扳手可用於相對於其它部件旋轉變壓器艙250。殼體251的徑向內表面(相對於軸線205)包括處於第二端部251b處的內螺紋261。最佳如圖3和4中所示以及如前所述，電聯接器235設置在通孔236中並在壓電艙210與變壓器艙250之間延伸。同軸纜線聯接器的每個端部235a、b分別與電連接器216、253接合併匹配，從而電聯接壓電艙210與變壓器艙250。特別地，變壓器艙250經由匹配螺紋234、258螺紋地推進到換能器保持器230的沉孔233中，直至將凸形的同軸纜線連接器235b充分地接收並安置在匹配的電連接器253中。同樣，變壓器艙210的第二端部210b經由匹配螺紋221、232螺紋地推進到換能器保持器230的沉孔231中，直至將凸形的同軸纜線連接器235a充分地接收並安置在匹配的電連接器216中。由此，壓電艙210和變壓器艙250通過電聯接器235軸向地間隔開(相對於軸線205)。現在參見圖3、4和9，每個大致呈圓筒形的襯套270具有徑向內部(相對於軸線110)或第一端部270a、徑向外部(相對於軸線110)或第二端部270b，並包括在端部270a、b之間延伸的通孔271。第一端部270a包括外螺紋272，並且第二端部270b包括內螺紋273。另外，每個襯套270的徑向外表面(相對於軸線205)包括凹部或凹口 274、多個平面狀的平坦部275、以及環形環或凸緣276。凹口 274和平坦部275設置於第二端部270b，而環形凸緣276設置成鄰近第一端部270a。凹口 274和平坦部275每個都從第二端部270b軸向地延伸(相對於軸線205)。在該實施方式中，成角度地間隔開180°的兩個平坦部275設置在每個襯套270上。通常，平坦部275提供相對的平坦的表面用於襯套270與扳手的接合和夾緊，該扳手可用於使襯套270相對於其它部件旋轉。最佳如圖9中所述，凸緣276具有徑向測量(相對於軸線205)的高度H276,該高度H276大於它的軸向測量(相對於軸線205)的寬度W276,並且由此凸緣276也可被描述為「薄的」環或凸緣。如將在下文中更為詳細地描述的那樣，每個襯套270的凸緣276被構造為是「薄的」，使得可被變形並彎曲到匹配凹口(例如，前述凹口 274或凹口 257)中。雖然在圖9中僅詳細地示出了一個襯套270，但每個襯套270都是被類似地構造的。然而，每個襯套270的軸向長度視情況而定可以是不同的。
具體參見圖3和4，每個襯套270螺紋地聯接至換能器組件200中的相鄰部件。出於隨後進行說明的目的，圖3和4中所示的最右側的襯套270將被稱作「第一襯套270」，並且圖3和4中所示的最左側的襯套270將被稱作「第二襯套270」。在該實施方式中，第一襯套270的第一端部270a被變壓器艙250的通孔254螺紋地接收於第二端部250b，並且第二襯套270的第一端部270a被通孔271螺紋地接收於第一襯套270的第二端部270b。特別地，第一襯套270經由匹配螺紋261、272被螺紋地推進到通孔254中，直至第一襯套270的凸緣276接合或抵接變壓器艙250的第二端部250b，並且第二襯套270於該第二襯套270的第二端部270b處經由匹配螺紋272、273被螺紋地推進到通孔271中，直至第二襯套270的凸緣276接合或抵接第一襯套270的第二端部270b。一旦第一襯套270的凸緣276與變壓器艙250的第二端部250b接合，凸緣276就被變形並彎曲成與變壓器艙250的匹配凹口257相接合，從而限制和/或防止襯套270相對於變壓器艙250的旋轉。同樣，一旦第二襯套270的凸緣276與第一襯套270的第二端部270b接合，凸緣276就被變形並彎曲成與第一襯套270的匹配凹口 274接合，從而限制和/或防止第二襯套270相對於第一襯套270的旋轉。為了使得凸緣276能夠變形和彎曲，每個變壓器襯套270優選地包括諸如鋁或黃銅之類的可鍛金屬。此外，每個襯套270均可為鍍鎳的或受過陽極化處理的以增強抗腐蝕 性。如將在下文中更為詳細地描述的那樣，雖然在圖3的換能器組件200中示出了兩個變 壓器襯套270，但是通常，可在每個氣體超聲波換能器組件200中利用任何數量的變壓器襯套 270。現在參見圖3和圖10-13，接收器艙300包括殼體310、護圈320、保持器330、和接收器340。殼體310、護圈320、保持器330、和接收器340同心且同軸地設置，通常每個都以共同的中央軸線(例如，軸線205)為中心。具體地，護圈320徑向地設置在殼體310內，保持器330徑向地設置在護圈320內，並且接收器340徑向地設置在保持器330內。殼體310具有徑向內部(相對於軸線110)或第一端部310a、徑向外部(相對於軸線110)或第二端部310b，並包括在端部310a、b之間軸向地延伸(相對於軸線205)的通孔311。由通孔311限定的殼體310的徑向內表面(相對於軸線205)包括在端部310a、b之間軸線地(相對於軸線205)設置的環形肩部313。另外，殼體310的內表面包括成角度地間隔開180°的平面狀的平坦部314，以及成角度地間隔開180°的彎曲的或輪廓相合的凹處或凹部315。每個平坦部314與每個凹處315成角度地間隔開90°，使得每個平坦部314沿圓周地設置在兩個凹處315之間。平坦部314和凹處315每個都從肩部313朝向第一端部310a軸向地延伸(相對於軸線205)。最佳如圖12和13中所示，導線端子345在一個平坦部314與第一端部310a之間、在通孔311內電聯接至殼體310的內表面。在該實施方式中，導線端子345利用傳動螺杆聯接至殼體310。仍然參見圖3和10-13,殼體310的徑向外表面(相對於軸線205)包括處於第一端部310a處的外螺紋316和處於第二端部310b處的多個平面狀的平坦部317。在該實施方式中，設置了六個均勻地成角度地間隔開的平坦部317，從而限定六角形的構造。通常，平坦部317提供了多組相對的平坦的表面，用於殼體310與扳手的接合和夾緊，該扳手可用於使殼體310相對於其它部件旋轉。殼體310的徑向外表面還包括軸向地設置(相對於軸線205)在螺紋316與平坦部317之間的薄的環形環或凸緣318。最佳如圖3，殼體310的第一端部310a被襯套270的通孔271螺紋地接收於第二端部270b處。特別地，殼體310經由匹配螺紋273、316被螺紋地推進到通孔271中，直至殼體310的凸緣318接合或抵接襯套270的第二端部270b。一旦殼體310的凸緣318與襯套270的第二端部270b接合，凸緣318就被變形並彎曲成與襯套270的匹配凹口 274接合，從而限制和/或防止殼體310相對於襯套270的旋轉。為了使得凸緣318能夠變形和彎曲，殼體310優選地包括諸如鋁或黃銅之類的可鍛金屬。此外，殼體310可為鍍鎳的以增強抗腐蝕性。再次參見圖3和10-13，護圈320具有徑向內部(相對於軸線110)或第一端部320a、徑向外部(相對於軸線110)或第二端部320b，並包括在端部320a、b之間軸向地延伸(相對於軸線205)的通孔321。由通孔321限定的護圈320的徑向內表面(相對於軸線205)包括在端部320a、b之間軸向地設置(相對於軸線205)、但鄰近於第一端部320a的環形肩部 323。護圈320的徑向外表面(相對於軸線205)包括多個平面狀的平坦部323和徑向地(相對於軸線205)向外延伸的多個突出部或凸部324。在該實施方式中，設置了兩個成角 度地間隔開180°的平坦部323。每個平坦部323從第一端部320a完全地延伸至第二端部320b，且被確定尺寸和構造成與殼體310的一個平坦部314滑動地接合和匹配。此外，在該實施方式中，於第一端部320a處設置有兩個成角度地間隔開180°的凸部324。每個凸部324被確定尺寸和構造成與殼體310的一個凹處315滑動地接合和匹配。最佳在圖11和12中所示，護圈320同軸地設置在殼體310內。護圈320的凸部324設置在殼體310的匹配凹處315中，並且護圈320的平坦部323接合殼體310的匹配平坦部314，從而形成限制和/或防止護圈320相對於殼體310的旋轉的鍵控接合。此外，凸部324接合或抵接殼體310的肩部313，從而有助於護圈320相對於殼體310的軸向定位(相對於軸線205)。具體參見圖10-12，護圈320還包括貫通的槽孔325，槽孔325經過護圈320從護圈320的外表面徑向地(相對於軸線205)延伸至護圈320的內表面。槽孔325與軸線205軸向地對齊並具有徑向內部(相對於軸線205)或第一端部325a和徑向外部(相對於軸線205)或第二端部325b。最佳如圖10和11中所示，槽孔325具有在端部325a、b之間軸向測量(相對於軸線205)的長度L325、在槽孔325的橫向側面沿圓周地測量的寬度W325、和在護圈320的徑向外表面與徑向內表面之間徑向(相對於軸線205)測量的深度D325。槽孔325的長度L325比它的寬度W325大，並且由此，可將槽孔325稱為是「細長的」。槽孔325被確定尺寸和構造成用以接收半徑為R326的球326。最佳如圖10和11中所示，槽孔325的長度L325大於該半徑R326的四倍(即，大於球326的直徑的兩倍)，槽孔325的寬度W325略大於半徑R326的兩倍(即，略大於球326的直徑)，並且槽孔325的深度D325小於半徑R326的二倍(即，小於球326的直徑)。由此，球326在槽孔325內在端部325a、b之間能夠自由移動，被阻止相對於槽孔325沿圓周地或橫向地移動，並且從槽孔325徑向地(相對於軸線205)延伸。再次參見圖3和10-13，保持器330具有徑向內部(相對於軸線110)或第一端部330a、徑向外部(相對於軸線110)或第二端部330b，並包括在端部330a、b之間軸向地延伸(相對於軸線205)的通孔331。通孔331通常為圓筒形的並包括在端部330a、b之間軸向地延伸(相對於軸線205)的內螺紋332。此外，保持器330的徑向(相對於軸線205)外表面包括位於第一端部330a處的環形凸緣333、處於第二端部330b處的環形溝槽或凹部334、以及在端部330a、b之間軸向地(相對於軸線205)設置的螺旋形溝槽或凹部335。最佳如圖11和12中所示，在該實施方式中，環形凹部334為矩形截面，並包括通常平行於軸線205定向的圓筒形基部334a、以及一對通常垂直於軸線205的軸向地(相對於軸線205)間隔開的橫向環形側壁334b。每個側壁從基部334a徑向地(相對於軸線205)向外延伸至保持器330的外表面。環形凹部334被確定尺寸並構造成與圍繞保持器330設置在凹部334內的止擋或保持構件336匹配。如圖10中所示，止擋構件336具有端部336a、b，並通常被成形為如同開口環。端部336a、b成角度地間隔開超過180° (相對於軸線205)。最佳如圖10和11中所示，止擋構件336具有大體上與凹部334的圓筒形基部334a的直徑D334a相同或比其略大的內徑隊36。然而，由於端部336a、b成角度地間隔開超過180° (相對於軸線205)，因此，端部336a、b之間的最小的分隔距離L336小於內徑D336並小於外徑D334a。由此，當將止擋構件336安裝至保持器330處於凹部334內時，端部336a、b在保持器330經過端部336a、b之間時被推開或迫使分開，並且隨後在它們移動到保持器330和凹部334的下半部分中時，卡扣或彈跳回它們最初的定向和分隔距離1336。此外，在該實施方式中，襯套環或墊圈337圍繞保持器330設置，並且分別軸向地(相對於軸線205)放置在止擋構件336與殼體310的第二端部310b之間以及放置在止擋構件336與護圈320的第二端部320b 之間。在將止擋構件336充分地安置在凹部334中的情況下，端部336a、b限制和/或防止止擋構件336相對於保持器330的徑向運動(相對於軸線205)。最佳如圖10中所示，螺旋形溝槽335具有第一端部335a以及與第一端部335a軸向地間隔開(相對於軸線205)的第二端部335b。此外，螺旋形溝槽335完全地圍繞著保持器330沿圓周地延伸。具體地，沿著螺旋形溝槽335從端部335a移動至端部335b，螺旋形溝槽335延伸通過大於或等於360°的角距離。此外，最佳如圖11和12中所示，螺旋形溝槽335在截面上為拱形的或彎曲的，具有曲率半徑R335和深度D335。螺旋形溝槽335的曲率半徑R335與球326的半徑R326大體相同或略大，並且螺旋形溝槽335的深度D335小於求326的半徑仏《；(即，小於球326的直徑的一半)。由此,溝槽335被確定尺寸並構造成接收球326。槽孔325軸向地延伸(相對於軸線205)穿過螺旋形溝槽335。槽孔325的長度L325是足夠大的，使得槽孔325在螺旋形溝槽335的兩個端部335a、b之上軸向地延伸(相對於軸線205)。此外，球326設置在槽孔325和溝槽335中。由於球326、槽孔325、和螺旋形溝槽335的按尺寸精加工，通過殼體310的內表面阻止了球326徑向地(相對於軸線205)移動脫離與槽孔325和溝槽335的接合。再次參照圖3和10-13，保持器330同軸地設置在護圈320內。特別地，保持器330的徑向外表面(相對於軸線205)滑動地接合護圈320的由通孔321限定的徑向內表面。換言之，並未將保持器330和護圈320螺紋地接合在一起。通過止擋構件336和護圈320的肩部322阻止保持器330相對於護圈320軸向地移動(相對於軸線205)。具體地，保持器330的環形凸緣333接合護圈320的肩部322，並且止擋構件336接合凹部334的橫向側壁334b和墊圈337。然而，保持器330能夠相對於護圈320圍繞軸線205自由旋轉。在保持器330圍繞軸線205旋轉期間，止擋構件336滑動地接合墊圈337，並且球326能夠在槽孔325和溝槽335內自由滾動。如前所述，球326被限制和/或防止與槽孔325和螺旋形溝槽335脫離接合。此外，保持器330相對於護圈320的旋轉受到球326與螺旋形溝槽335的端部335a或端部335b的接合的限制。換言之，隨著使保持器330圍繞軸線205在第一方向中旋轉，球326在溝槽335中移動，直至它接合溝槽335的一個端部335a、b，從而限制和/或防止保持器330相對於護圈320在該第一方向中繼續旋轉。同樣，隨著使保持器330圍繞軸線205在與第一方向反向的第二方向中旋轉，球326在溝槽335中移動，直至它接合溝槽335的另一個端部335a、b，從而限制和/或防止保持器330相對於護圈320在該第二方向中繼續旋轉。由於端部335a、b成角度地間隔開超過360°，因此，保持器330能夠在接合另一個端部225a、b之前，從每個端部335a、b圍繞軸線205自由旋轉。由此，螺旋形溝槽335構造成允許保持器330相對於護圈320旋轉滿360°，但防止該旋轉遠超過360°。接收器340同軸地設置在保持器330內並具有徑向內部(相對於軸線110)或第一端部340a以及徑向外部(相對於軸線110)或第二端部340b。接收器340的徑向外部(相對於軸線205)包括在端部340a、b之間延伸的外螺紋341。具有內螺紋343的鎖緊螺母342圍繞保持器330設置成鄰近第二端部340b。特別地，鎖緊螺母342經由匹配螺紋341、343螺紋地聯接至保持器330。此外，第二端部340b包括連接至聯接器290的連接器344。連接器344電聯接至穿過每個襯套270的通孔271從第一端部340a軸向地延伸(相對於軸線205)至變壓器252的導線(未示出)，從而利用電聯接器290電聯接變壓器252與纜線125， 並允許在變壓器252與纜線125之間的數據通信。在該實施方式中，連接器344為接收電聯接器290的凹形的同軸纜線連接器。最佳如圖11-13中所示，接收器340同軸地設置在保持器330內。具體地，接收器340被通孔331螺紋地接收，並經由匹配螺紋332、341被軸向地(相對於軸線205)推進或推出該通孔331。鎖緊螺母342被旋擰至接收器340並接合保持器330的第二端部330b，從而限制和/或防止在保持器330與接收器340之間的相對軸向運動(相對於軸線205)。現在參見圖10-12，可通過將接收器340的第一端部340a於保持器330的第二端部330b處軸向地(相對於軸線205)插入到通孔331中，並將接收器340經由匹配螺紋332、341旋擰到通孔331中，直至端部330a、340a彼此軸向地(相對於軸線205)對齊或鄰近來組裝接收器艙300。隨後，將鎖緊螺母342從第二端部340b旋擰到接收器340上，直至鎖緊螺母342接合第二端部330b，從而限制和/或防止在保持器330與接收器340之間的相對的軸向和旋轉運動(相對於軸線205)。接著，將(現在包括接收器340的)保持器330的第二端部330b於護圈320的第一端部320a處插入到通孔321中，並軸向地(相對於軸線205)推進到護圈320中，直至保持器330的環形凸緣333接合護圈320的肩部322。護圈320中的槽孔325和保持器330的螺旋形溝槽335被確定尺寸和定位成使得當凸緣330抵接肩部322時，槽孔325與螺旋形溝槽335重疊。接著，將球326放置在槽孔325中，它的徑向下部(相對於軸線205)接合螺旋形溝槽335。在將球326充分地放置在槽孔325和螺旋形溝槽335中的情況下，護圈320的凸部324和平坦部323分別與殼體310的凹處315和平坦部314沿圓周地對齊；並且，將護圈320的第二端部320b於第一端部310a處插入到並軸向地推進到殼體310的通孔311中，直至環形凸部324接合肩部313。如前所述，凸部324與凹處315的接合、平坦部323與平坦部314的接合、護圈320與殼體310的接合被限制和/或防止相對於彼此的旋轉(圍繞軸線205)。此外，如前所述，在將殼體310圍繞護圈320和保持器330設置的情況下，通過殼體310的徑向內(相對於軸線205)表面，阻止和/或防止球326與槽孔325和螺旋形溝槽335脫離接合。接著，將接收器340的第二端部340b和保持器330的第二端部330b分別插入到墊圈337中，並且將墊圈337軸向地(相對於軸線205)推進到接收器340和保持器330之上，直至它接合護圈320的第二端部320b和殼體310的第二端部330b。在將墊圈337適當設置的情況下，將止擋構件336圍繞保持器330設置在凹部334內，從而限制和/或防止在保持器330、護圈320與殼體310之間的相對的軸向運動(相對於軸線205)。然而，如前所述，允許保持器330並且因此允許接收器340按照由球326和螺旋形溝槽335的接合所允許的那樣相對於護圈320旋轉。現在參見圖3，電聯接器290包括連接至接收器340的第一端部290a和連接至纜線125的第二端部290b。在該實施方式中，聯接器290為90°推拉式插塞，端部290a、b通常定向成90°間隔開。此外，在該實施方式中，第一端部290a為與凹形的同軸纜線連接器344匹配的凸形的同軸纜線連接器。由此，聯接器290電聯接纜線125與接收器340和換能器組件200，從而使得數據能夠在其間進行通信。纜線125從電聯接器290的第二端部290b延伸至電子儀器組件40，該電子儀器組件40接收來自所用氣體超聲波換能器組件的數據並計算管段105的鑽孔130內的流體流速。最佳如圖3中所示，90°推拉式插塞聯接器290優選地設置並定向成使得第一端 部290a軸向地(相對於軸線166)延伸到鑽孔165中，鄰近接收器344，並且第二端部290b在凸臺135的凹處175內徑向地(相對於軸線166)向上延伸。特別地，第一端部290a優選地軸向地(相對於軸線166)延伸到鑽孔165中，鄰近接收器344，以使得能夠將第一端部290a插入到匹配的同軸纜線接收器344中。此外，第二端部290b在凸臺135的凹處175內優選地徑向地(相對於軸線166)向上延伸，以使得(a)通過蓋120來屏蔽並保護纜線125和聯接器290，並使得(b)纜線125朝著設置在管段105的頂部上的電子儀器組件40向上延伸。如前所述，保持器330和接收器340可相對於護圈320旋轉滿360°，從而使得推拉式插塞聯接器290能夠旋轉滿360°，以確保第二端部290b在凹處175內的恰當對齊。然而，接收器340和護圈320的旋轉受到螺旋形溝槽端部335a、b與球326的接合的限制，並且由此，限制和/或防止推拉式插塞聯接器290的過度旋轉和纜線125的不期望的過度扭轉。現在參見圖3、4和10-12，可改變組裝換能器組件200的多個部件的次序。然而，優選地在插入到埠 165中之前，組裝換能器組件200，此外，優選地在將變壓器艙250聯接至換能器保持器230之前，組裝包括變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300在內的第一子組件。再者，可在將第一子組件(包括變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300)聯接至換能器保持器230之前或之後，將壓電艙210聯接至該換能器保持器230。然而，在將壓電艙210和第一子組件(包括變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300)螺紋地聯接至換能器保持器230之前，將密封好的電聯接器235設置在(相對於軸線205)換能器保持器230的通孔236 中。現在將參照圖3、4和10-12來描述用於組裝氣體換能器組件200的示例性方法。可通過以任一特定的順序聯接變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300來組裝包括變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300在內的第一子組件。在下文的示例性組裝方法中，將以如圖3中所示的從右向左移動的順序來組裝這些組件。將具有連接至變壓器艙250的電路板255的端部的一對變壓器次級導線(未示出)軸向地(相對於軸線205)供給到第一襯套270的通孔271中並完全地穿過第一襯套270的通孔271。隨後，通過將第一襯套270的第一端部270a軸向地(相對於軸線205)插入到變壓器艙250的沉孔254中，並將第一端部270a經由匹配螺紋261、272旋擰到沉孔254中，直至凸緣270接合變壓器艙250的第二端部250b，而將第一襯套270聯接至變壓器艙250。可將第一襯套270的第二端部270b上的平坦部275以及變壓器艙250的第一端部250a上的平坦部259用於使第一襯套270相對於變壓器艙250旋轉。在將第一襯套270的第一端部270a充分地設置在沉孔254中的情況下，凸緣276被變形並彎曲到變壓器艙250的凹口 257中，從而限制和/或防止第一襯套270相對於變壓器艙250的旋轉(以及進一步的擰緊或鬆脫)。隨後，將具有連接至變壓器艙250的電路板255的端部並延伸通過第一襯套270的通孔271的一對變壓器次級導線(未示出)軸向地(相對於軸線205)供給到第二襯套270的通孔271中並完全地穿過第二襯套270的通孔271。接著，通過將第二襯套270的第一端部270a於第二端部270b處軸向地(相對於軸線205)插入到第一襯套270的通孔271中，並將第二襯套270的第一端部270a經由匹配螺紋272、273旋擰到第一襯套270的通孔271中，直至第二襯套270的凸緣276接合第一襯套270的第二端部270b，而將第二襯套270聯接至第一襯套270。可將第二襯套270的第二端部270b上的平坦部275和第一襯套270的第二端部270b上的平坦部275 (或變壓
器艙250的第一端部250a上的平坦部259)用於使第二襯套270相對於第一襯套270和變壓器艙250旋轉。在將第二襯套270的第一端部270a充分地設置在第一襯套270的通孔271中的情況下，第二襯套270的凸緣276被變形並彎曲到第一襯套270的凹口 274中，從而限制和/或防止第二襯套270相對於第一襯套270和變壓器艙250的旋轉(和進一步的擰緊或鬆脫)。將接地導線(未示出)的一個端部捲曲至導線端子345，利用該傳動螺杆346將該導線端子345緊固至殼體310。將接地導線(未示出)的另一端部焊接至從接收器340的第一端部340a延伸的第一銷(例如，銷I)。此外，將具有連接至變壓器艙250的電路板255的端部並延伸通過第一襯套270的通孔271和第二襯套270的通孔271的一對變壓器次級導線(未示出)分別焊接至從接收器340的第一端部340a延伸的第二銷和第三銷(例如，銷2和3)。接著，通過將殼體310的第一端部310a於第二端部270b處軸向地(相對於軸線205)插入到第二襯套270的通孔271中，並將殼體310的第一端部310a經由匹配螺紋273、316旋擰到第二襯套270的通孔271中，直至殼體310的凸緣318接合第二襯套270的第二端部270b，而將接收器艙300聯接至第二襯套270。可將殼體310的第二端部310b上的平坦部317和第二襯套270的第二端部270b上的平坦部275 (或第一襯套270的第二端部270b上的平坦部275或變壓器艙250的第一端部250a上的平坦部259)用於使殼體310相對於第二襯套270、第一襯套270、以及變壓器艙250旋轉。在將殼體310的第一端部310a充分地設置在第二襯套270的通孔271中的情況下，殼體310的凸緣318被變形並彎曲到第二襯套270的凹口 274中，從而限制和/或防止殼體310相對於第二襯套270、第一襯套270、以及變壓器艙250的旋轉(和進一步的擰緊或鬆脫)。在組裝時，可通過將變壓器艙250的第一端部251a軸向地(相對於軸線205)插入到換能器保持器230的沉孔233中，並將換能器艙250經由匹配螺紋234、258旋擰到沉孔233中，直至將換能器艙250充分地安置在沉孔233中，而將包括接收器艙300、襯套270、和變壓器艙250在內的第一子組件聯接至換能器保持器230。在將第一子組件聯接至換能器保持器230之前或之後，可將壓電艙210聯接至該換能器保持器230。通過將壓電艙210的第二端部210b軸向地(相對於軸線205)插入到換能器保持器230的沉孔231中，並將第二端部210b經由匹配螺紋221、232旋擰到沉孔231中，直至將第二端部210b充分地安置在沉孔231中，而將壓電艙210聯接至換能器保持器230。如上所述，在將第一子組件和壓電艙210分別旋擰到沉孔233、231中之前，將密封好的電聯接器235設置在換能器保持器230的通孔236中。將變壓器艙250和壓電艙210優選地分別安置在沉孔233、231中，使得密封好的電聯接器235的凸形的同軸纜線連接器235a、b分別充分地接合壓電艙210的匹配的電連接器216和變壓器250的匹配的電連接器253。現在參見圖14，將氣體超聲波組件500的實施方式示出為同軸地設置在管段405的埠 465中，埠 465與管段405分別與前述埠 165和管段105大致相同。換能器組件500具有中央或縱向軸線505，當將換能器組件500在埠 165內聯接至管段405時，該中央或縱向軸線505通常與埠 465的中央軸線466重合。換能器組件500與前述換能器組件200類似。即，換能器組件500包括變壓器艙550，該變壓器艙550與在管段405的通孔430中流動的流體以及在通孔430內的壓力密封地隔離。然而，在該實施方式中，換能器保持器和壓電艙根本上合併為一個整體結構，並且另外，將銷聯接器(與同軸纜線聯接器相 對)用於電聯接變壓器與壓電元件。從管段405的通孔430向外移動，換能器組件500包括壓電艙510和變壓器艙550。可將如前所述的一個或更多個變壓器艙襯套270、接收器艙300(未示出)、以及電聯接器290聯接至變壓器艙550。將壓電艙510和變壓器艙550 (以及任何變壓器艙襯套270、接收器艙300、和電聯接器290)軸向地首尾相連並相對於軸線466、505同軸地定向。出於簡潔的目的，將軸線466、505於此用於限定換能器組件500的多種特徵和部件的軸向位置，了解到的是，每個單獨的部件具有中央軸線，當將每個單獨的部件組裝到換能器組件500中時，該中央軸線通常與軸線505重合，並且當將每個單獨的部件安裝在埠 465中時，該中央軸線通常與軸線466重合。現在參見圖14-16，壓電艙510具有徑向(相對於軸線110)內部或第一端部510a、徑向(相對於軸線110)外部或第二端部510b，並且包括本體或殼體511、壓電元件512、以及匹配層514。殼體511在端部510a、b之間軸向地(相對於軸線505)延伸，並且由此，也可被描述為具有分別與端部510a、b重合的第一端部511a和第二端部511b。壓電艙510的第一端510a和殼體511的第一端部511a分別軸向地(相對於軸線466、505)延伸至通孔430並暴露於在通孔430內流動的流體。另外，殼體511的第一端部511a包括從端部511a軸向地(相對於軸線505)延伸的沉孔513，並且殼體511的第二端部511b包括從端部511b軸向地(相對於軸線505)延伸的沉孔517。兩個通孔536在沉孔513、517之間軸向地延伸穿過殼體511。在每個通孔536中同軸地設置一個電聯接器535 ;聯接器535具有端部535a、bo在該實施方式中，每個電聯接器535為延伸穿過通孔536中的一個的長形銷。在每個聯接器535與殼體511之間設置有環形密封件542，從而限制和/或防止流體在聯接器535與殼體511之間的軸向流動(相對於軸線505)。形成在聯接器535與殼體511之間的密封件542優選地充以抵抗鑽孔430中預期的流體壓力，該流體壓力通常大於周圍環境壓力。在該實施方式中，每個密封件542均為玻璃密封件。壓電元件512設置在沉孔513中、鄰近第一端部511a和鑽孔430，並被匹配層514所環繞或被封裝在匹配層514中。與前述壓電元件212類似，壓電元件512為壓電材料，該壓電材料響應於所施加的機械應力而產生電勢，並且響應於所施加的電場而產生機械應力和/或應變。通常，壓電元件512可包括諸如壓電晶體或陶瓷之類的任何適合的壓電材料。然而，在該實施方式中，壓電元件512為壓電晶體。匹配層514通常填充沉孔513並環繞壓電元件512。一旦安裝在沉孔513中，匹配層514就從鄰近鑽孔430的徑向(相對於軸線110)內部或第一端部514a (與端部510a重合)和遠離鑽孔430並鄰近通孔536的徑向(相對於軸線110)外部或第二端部514b軸向地(相對於軸線505)延伸。在該實施方式中，在匹配層514中設置了一對凹處或接收器516，每個凹處516通常與通孔536和聯接器535中的一個對齊。具體地，在該實施方式中，每個凹處516為接收聯接器535中的一個的端部535a的凹形插塞接收器。兩條引線或導線(未示出)將壓電元件512電聯接至插口 516。插口 516由匹配層514相對於殼體511剛性地保持在適當位置中，該匹配層514通常填充沉孔513並環繞壓電元件512。
仍然參見圖14-16，匹配層514和壓電元件512在沉孔513內聯接至殼體511。在該實施方式中，匹配層514直接地連接至殼體511的沉孔513的內部圓筒形表面。匹配層(例如，匹配層514)可包括諸如塑料、金屬、玻璃、陶瓷、環氧樹脂、粉末填充的環氧樹脂、橡膠、或粉末填充的橡膠之類的任何適合的材料。在該實施方式中，匹配層514包括環氧樹月旨，該環氧樹脂注入到沉孔514中並圍繞並越過壓電元件512、將壓電元件512電聯接至插口 516的兩條引線或導線(未示出)、每個插塞516以及每個聯接器535。無論匹配層(例如，匹配層514)的材料如何，該匹配層在壓電元件(例如，壓電元件512)與流動通過流量計的流體之間提供聲耦合。根據於此公開的某些實施方式，聲匹配層具有位於壓電元件的聲匹配層與流量計內的流體之間的聲抗阻。利用在壓電元件的匹配層與流量計中的流體之間的匹配層的聲抗阻，改善了超聲波信號的質量(例如，更大的振幅和更快的上升時間)。參見圖14和15，殼體511的徑向(相對於軸線505)外表面包括鄰近第二端部510b的環形肩部537、設置在肩部537與內端部510a之間的外螺紋538、以及軸向地(相對於軸線505)設置在外螺紋538與內端部510a之間的環形凹部或溝槽539。環形密封件541設置在溝槽539中。溝槽539與設置在其中的密封件541 —起限定徑向地(相對於軸線505)設置在壓電艙510與管段405之間的密封組件540。密封組件540在壓電艙510與管段405之間形成環形密封，從而限制和/或防止流體(例如，鑽孔430中流動的流體)在壓電艙510與管段405之間的軸向流動。在該實施方式中，環形密封件541為彈性的0形圈密封件，一旦組裝，其就在管段405與壓電艙510之間被徑向壓縮。如前所述，密封組件540限制和/或防止流體(例如，在鑽孔430中流動的流體)在壓電艙510與管段405之間的流動，並且環形密封件542限制和/防止流體在每個聯接件535與殼體511之間的軸向流動(相對於軸線505)。密封組件540和密封件542 —起工作以限制和/或防止鑽孔430中的潛在危險的、汙染性的、或腐蝕性的流體經由埠 465從鑽孔430洩漏。密封組件540和環形密封件542也起作用以維持在位於管段405外部的周圍環境與鑽孔430中流動的加壓流體之間的壓力差。由此，雖然壓電艙510暴露於鑽孔430中的流體和壓力，但是變壓器艙550 (以及聯接於其上的任何襯套270和接收器艙300)與鑽孔130內的流體和壓力隔離。壓電艙510和換能器組件500經由匹配螺紋169、538螺紋地聯接至管段405，並且殼體511的環形肩部537接合埠 465的環形肩部167。在組裝期間，將壓電艙510旋擰到並軸向地推進到埠 465中，直到肩部167、537接合，從而防止壓電艙510 (和換能器組件500)機械軸向推進到埠 465中。由此，埠 465中的肩部167限定壓電艙510 (和換能器組件500)在埠 465內的軸向位置。現在參見圖14，變壓器艙550具有徑向(相對於軸線110)內部或第一端部550a、徑向(相對於軸線110)外部或第二端部550b，並包括本體或殼體551、變壓器552、和一對凹形的插口或接收器553。殼體551從與端部550b重合的徑向(相對於軸線110)外部或第一端部551b軸向地(相對於軸線505)延伸至鄰近端部550a的徑向(相對於軸線110)內部或第二端部551a。此外，殼體551包括在端部551a、b之間延伸的通孔554。每個凹形插口 553設置於變壓器艙550的第一端部550a處並聯接至殼體551的第一端部551a。每個凹形插口 553電聯接變壓器552。通常，變壓器(例如，變壓器552)匹配壓電元件(例如，壓電元件512)對系統電子設備的抗阻。凹形插口 553和變壓器552通過填充通孔554的剩餘部分的填充材料556相對於殼體551剛性地保持在通孔554內處於 適當位置中。通常，填充材料(例如，填充材料256)可包括諸如塑料、環氧樹脂、或陶瓷之類的任何適合的材料。填充材料556在變壓器552、變壓器552的導線引線(未示出)、以及凹形插口 553之間形成粘結結合，以將這些部件剛性地保持在適當位置中。在該實施方式中，填料556為剛性的環氧樹脂。與前述殼體251類似，殼體551的徑向(相對於軸線505)外表面處於第二端部551b處包括凹口或凹部557。殼體551的徑向(相對於軸線205)內表面包括處於第二端部551b處的內螺紋561。最佳如圖14中所示以及如前所述，聯接器535在壓電艙510與變壓器艙550之間軸向地延伸穿過通孔536。每個聯接器的端部535a、b分別與插口 516、533接合併匹配，從而電聯接壓電元件512與變壓器552。許多傳統的氣體超聲波換能器利用直式弦套件連接件，該直式弦套件連接件從管段上軸向地(相對於埠中央軸線)突出，並隨後被向上彎曲以將弦套件纜線朝向電子儀器組件引導。為了避免由於捲曲或扭折其中的導線而對弦套件造成可能的損壞，大多數的這種弦套件被構造成與90°推拉式插塞聯接器相比具有相對大的曲率半徑。因此，與於此所述的實施方式相比，大多數的這種傳統的弦套件連接件從管段本體上延伸得更遠。由於從管段本體上的更大的延伸部，因此，與於此所述的實施方式相比，大多數傳統的弦套件連接件佔據了更大的空間，可能更難被覆蓋和保護，並且會更易受損(例如，在運送期間被動物咀嚼或撞擊，等)。在於此所述的實施方式中利用90°推拉式插塞聯接器(例如，90°推拉式插塞聯接器290)將氣體超聲波換能器(例如，氣體超聲波換能器組件200)電聯接至電子儀器組件提供了增強對在氣體超聲波換能器與電子儀器組件之間延伸的纜線(例如，纜線125)進行保護的潛力。具體地，90°推拉式插塞聯接器在設置於管段內的換能器組件與沿著管段的外部延伸至電子儀器組件的纜線之間提供了相對短的轉彎半徑，從而允許將纜線在纜線凸臺(例如，凸臺135)和相關聯的凹處(例如，凹處175)內緊緊地或非常接近地置靠在該管段本體上。應當了解到的是，僅用90°彎管式插塞弦套件連接件替換傳統的直式弦套件連接件可能不足以解決大多數傳統的直式弦套件連接件的缺點。例如，這種修改會導致不合乎要求的纜線布線，這是因為一旦安裝，就對於90°彎管式插塞弦套件連接件的旋轉定向存在受限的控制。具體地，多數傳統的直式弦套件連接件(直式的或其它的)利用與從換能器組件接收器延伸的兩個銷相匹配的兩個凹處。重要的是，每個銷連接至弦套件連接件中的特定的凹處。為了獲得正確的連接，換能器組件接收器通常鍵接於弦套件連接件。因此，換能器組件和換能器組件接收器(及其兩個銷)的定向支配匹配弦套件連接件的定向。此外，通過將換能器旋擰到管段中的匹配埠中直至換能器組件觸底且將壓電元件恰當地定位，將大多數傳統的氣體超聲波換能器可旋轉地聯接至管段。因此，換能器組件相對於管段埠的可旋轉定向、以及因此接收器銷和90°彎管式插塞弦套件連接件相對於管段埠的可旋轉定向難以被預測而且一旦在現場安裝，這些可旋轉定向在埠與埠之間可變化。由此，在許多情況下，90°彎管式插塞弦套件連接件可不被定向成，使得其遠側端部朝著電子儀器組件向上延伸。在90 °彎管式插塞弦套件連接件並不朝著電子儀器組件向上延伸的情形中，由於使弦套件纜線朝著電子儀器組件向上彎曲和發送所導致的弦套件從管段的突出部可比傳統的直式弦套件連接件大。然而，於此所述的包括能夠相對於換能器組件(例如，換能器組件)的剩餘部分自由旋轉的接收器(例如，接收器340)在內的實施方式使得能夠在將換能器組件安裝到其匹配埠(例如，埠 165)中之後旋轉該90°推拉式插塞聯接器(例如，90°推拉式插塞聯接器290)，從而無論換能器組件(例如，換能器組件200)相對於管段埠的可旋轉定向如何，提供了對纜線(例如，纜線125)在從換能器組件至電子儀器組件 的相對直的路徑上進行最佳定向和發送的潛能。而且，如果傳感器換能器組件並未延伸至管段的外部，則僅用90°彎管式插塞弦套件連接件來替換傳統的直式弦套件連接件可能不是可行的選擇方案。特別地，如果換能器組件並未延伸至管段的外部(即，管段埠的長度大於換能器組件的長度)，則90°彎管式插塞弦套件連接件可能不能到達並接合換能器組件。大多數換能器埠設置在由在管段中豎向間隔開的兩個水平延伸的埠構成的組中。考慮到管段的曲率，給定組內的每個埠具有不同的長度。例如，具有與管段鑽孔的中央軸線相交的中央軸線的第一水平埠比平行於第一埠並在第一埠上方豎向間隔開的第二水平埠短。由此，從管段鑽孔經過第一水平埠延伸至管段的外表面的氣體超聲波換能器在設置在第二水平埠中時，可不從管段鑽孔延伸至管段的外表面。這就是為什麼按照慣例利用直式弦套件的一個原因，用於導致埠長度的變化。然而，於此所述的實施方式提供了通過利用襯套(例如，襯套270)來調節換能器組件(例如，換能器組件200)的整個長度，以便實現90°推拉式插塞接收器(例如，接收器340)鄰近凸臺(例如，凸臺135)的適當定位的潛能。在於此所述的實施方式中，可將襯套(例如，襯套270)用於調節換能器組件的整個長度，使得它從管段的鑽孔(例如，鑽孔130)延伸至纜線凸臺(例如，凸臺135)，從而使得接收器(例如，接收器340)能夠充分定位成鄰近纜線凸臺(例如，凸臺135)。通常，可將任何適合數量的襯套和/或襯套的任何適合的長度用於獲得所需的換能器組件長度。襯套的數量和長度優選地被選擇成，使得將接收器軸向地(相對於該組件的中央軸線)設置在凸臺內不超過0. 25英寸。現在參見圖17和18，分別示出了根據於此所述的原理的氣體超聲波換能器組件700、800的不同實施方式。除了襯套的數量和長度之外，每個組件700、800與前述換能器組件200大體相同。在圖17中，換能器組件700包括壓電艙210、換能器保持器230、變壓器艙250、接收器艙300和90°推拉式電聯接器290，如前所述。然而，在該實施方式中，換能器組件700不包括換能器襯套(例如，襯套270)。更確切地說，接收器艙700直接連接至變壓器艙250。通過將殼體310的第一端部310a軸向地(相對於軸線205)插入到變壓器艙250的沉孔254中，並將殼體310的第一端部310a經由匹配螺紋261、316旋擰到沉孔254中，直至殼體310的凸緣318接合變壓器艙250的第二端部250b。可將接收器艙300的平坦部317和變壓器艙250的平坦部259用於使接收器艙300相對於變壓器艙250旋轉。在將殼體310的第一端部310a充分地設置在沉孔254中的情況下，凸緣318被變形並彎曲到變壓器艙250的凹口 257中，從而限制和/或防止殼體310相對於變壓器艙250的旋轉(以及進一步的擰緊或鬆脫)。一旦將接收器艙300聯接至變壓器艙250，它們可聯接至換能器保持器230、埠 165、和管段405，如前所述。由於圖17中所示的換能器組件700的實施方式不包括襯套，因此，它通常被構造成用於管段中的相對短的埠。現在參見圖18，換能器組件800包括壓電艙210、換能器保持器230、變壓器艙250、接收器艙300、和90°推拉式電聯接器290，如前所述。然而，在該實施方式中，換能器組件800僅包括一個變壓器襯套270。接收器艙300和變壓器艙250聯接至襯套270，如前所述。此外，一旦將接收器艙300、襯套270、和變壓器艙250聯接到一起，它們可聯接至換 能器保持器230、埠 165、和管段405，如前所述。由於圖15中所示的換能器組件800的實施方式僅包括一個襯套270，因此，它通常被構造成用於中等長度的埠。如前所述，襯套的數量和長度優選地被選擇成，使得接收器軸向地(相對於組件的中央軸線)設置在凸臺內不超過0.25英寸。通過利用具有不同長度的襯套(例如，襯套270)，如所述，可改變換能器組件的整個長度。為了減小和/或最小化不同長度的襯套的數量(例如，出於庫存的目的)，可將襯套製造成兩種或三種不同的長度，使得可將襯套組裝在不同的組合中，以獲得整個所需長度的換能器組件。在於處所述的實施方式中，換能器組件(例如，換能器組件200)的必須暴露於管段的鑽孔(例如，鑽孔130)中的流動流體的部件與換能器組件的無需暴露於在鑽孔或相關聯的壓力中的流動流體的部件軸向地間隔開並密封地隔離。例如，最佳如圖3和4中所示，壓電艙210暴露於鑽孔130中的流體，而變壓器艙250、襯套270、和接收器艙300與壓電艙210軸向地(相對於軸線205)間隔開並通過密封組件227、密封組件240、和密封件242與壓電艙210密封地隔離。通常，那些無需暴露於管段鑽孔中的流動流體的部件與流動流體(以及與必須暴露於流動流體的部件)的密封隔離提供了提高換能器組件的壽命的潛能。具體地，阻止和/或防止選定的部件暴露於流動流體減少了對於流動流體中的腐蝕性的、危險的、和/或汙染性的物質的暴露，並且減少了對於管段的鑽孔中經受的壓力的暴露，上述兩者均可隨著時間的流逝過早地損壞部件。而且，將換能器組件的必須暴露於流動流體的部件與換能器組件的無需暴露於鑽孔中的流動流體的部件軸向地間隔開並密封地隔離提供了用於提高的適用性和維修的潛能。特別地，與流動流體和相關聯的壓力隔離的部件可在不移除整個換能器組件和壓電元件的情況下被移除和替換。此外，移除與流動流體隔離的部件無需停止流體在管段的鑽孔中的流動。例如，最佳如圖3和4中所示，可在不移除壓電艙210的情況下，將接收器艙300、襯套270、變壓器艙250、或其結合與換能器保持器230分離並從埠 165移除。此外，由於密封組件227、240和密封好的電聯接器235限制和/或防止流體從鑽孔130流動通過埠165，因此，通過鑽孔130的流體流無需被中斷以移除和替換接收器艙300、襯套270、變壓器艙250、或其結合。 儘管已經示出並描述了優選實施方式，但在不脫離於此的範圍和教授的情況下，所屬領域技術人員可對其做出修改。於此所述的實施方式僅是示例性的而非限制性的。於此所述的系統、設備、和工藝的許多變型和修改是可能的，並且處於本發明的範圍內。例如，可改變多種部件的相對尺寸、製成不同部件的材料、以及其它參數。因此，保護範圍不限于于此所述的實施方式，而是僅受限於所附權利要求，權利要求的範圍應當包括權利要求的 主題的等效物。
權利要求
1.一種用於測量經過管路的流體的流量的超聲波流量計，包括 管段，所述管段包括通孔和換能器埠，所述換能器埠從所述管段的外表面延伸至所述通孔； 換能器組件，所述換能器組件設置在所述換能器埠中，其中，所述換能器組件具有中央軸線並且包括 換能器保持器，所述換能器保持器具有鄰近所述管段的所述通孔的第一端部以及遠離所述管段的所述通孔的第二端部； 壓電艙，所述壓電艙包括壓電元件，其中，所述壓電艙聯接至所述換能器保持器並從所述換能器保持器的所述第一端部大致軸向地延伸； 變壓器艙，所述變壓器艙包括變壓器，其中，所述變壓器艙聯接至所述換能器保持器並與所述壓電艙軸向地間隔開。
2.根據權利要求I所述的流量計，其中，所述換能器保持器的所述第一端部包括第一軸向沉孔，並且所述換能器保持器的所述第二端部包括第二軸向沉孔； 其中，所述換能器保持器包括在所述第一沉孔與所述第二沉孔之間軸向地延伸的通孔； 其中，所述壓電艙具有遠離所述換能器保持器的第一端部以及安置在所述換能器保持器的所述第一沉孔中的、鄰近所述換能器保持器的所述通孔的第二端部；以及 其中，所述變壓器艙安置在所述換能器保持器的所述第二沉孔中並且包括鄰近所述換能器保持器的所述通孔的第一端部以及遠離所述換能器保持器的所述通孔的第二端部。
3.根據權利要求2所述的流量計，還包括設置在所述換能器保持器的所述通孔中的聯接器，其中，所述聯接器具有連接至所述壓電艙的所述第二端部的第一端部以及連接至所述變壓器艙的所述第一端部的第二端部，其中，所述聯接器電聯接所述壓電元件與所述變壓器。
4.根據權利要求3所述的流量計，其中，所述聯接器的所述第一端部和所述第二端部各自包括同軸纜線連接器； 其中，所述壓電艙的所述第二端部和所述變壓器艙的所述第一端部各自包括與所述聯接器的所述同軸纜線連接器中的一個相匹配的同軸纜線連接器。
5.根據權利要求4所述的流量計，其中，所述聯接器的每個同軸纜線連接器為凸形同軸纜線連接器，所述壓電艙的所述同軸纜線連接器為接合所述聯接器的所述第一端部的所述凸形同軸纜線連接器的凹形同軸纜線連接器，並且所述變壓器艙的所述同軸纜線連接器為接合所述聯接器的所述第二端部的所述凸形同軸纜線連接器的凹形同軸纜線連接器。
6.根據權利要求4所述的流量計，其中，所述壓電艙包括徑向外部壓電殼體，所述徑向外部壓電殼體包括從所述壓電艙的所述第二端部軸向地延伸的沉孔；以及 其中，所述壓電艙的所述同軸纜線連接器表面安裝至設置在所述壓電殼體的所述沉孔中的電路板。
7.根據權利要求6所述的流量計，其中，所述變壓器艙包括徑向外部變壓器殼體； 其中，所述變壓器殼體包括從所述變壓器艙的所述第一端部延伸至所述變壓器艙的所述第二端部的通孔； 其中，所述變壓器艙的同軸纜線連接器表面安裝至設置在所述變壓器殼體的所述通孔中的電路板。
8.根據權利要求4所述的流量計，還包括在所述聯接器與所述換能器保持器之間的環形密封件。
9.根據權利要求6所述的流量計，其中，所述環形密封件為玻璃密封件。
10.根據權利要求2所述的流量計，還包括徑向地設置在所述換能器保持器與所述壓電艙之間的環形密封組件。
11.根據權利要求10所述的流量計，還包括徑向地設置在所述換能器保持器與所述管段之間的至少一個環形密封組件。
12.一種用於測量通過管路的流體的流量的超聲波流量計，包括 管段，所述管段包括通孔和多個換能器埠，所述換能器埠從所述管段的外表面延伸至所述通孔； 換能器組件，所述換能器組件設置在所述換能器埠中的一個中，其中，所述換能器組件具有中央軸線並且包括 壓電艙，所述壓電艙具有鄰近所述管段的所述通孔的第一端部以及遠離所述管段的所述通孔的第二端部，並且所述壓電艙包括在所述第一端部與所述第二端部之間延伸的壓電殼體； 其中，所述壓電殼體包括從所述第一端部軸向地延伸的第一沉孔，所述壓電艙包括設置在所述第一沉孔中的、鄰近所述第一端部的壓電元件；以及 變壓器艙，所述變壓器艙聯接至所述壓電艙，其中，所述變壓器艙包括變壓器殼體和設置在所述變壓器殼體內的變壓器； 環形密封組件，所述環形密封組件徑向地設置在所述換能器組件與所述管段之間，並且軸向地設置在所述變壓器艙與所述管段的所述通孔之間，其中，所述密封組件限制流體通過所述換能器埠在所述管段的所述通孔與所述變壓器艙之間的流動。
13.根據權利要求12所述的流量計，其中，所述壓電殼體包括從所述第二端部軸向地延伸的第二沉孔以及在所述第一沉孔與所述第二沉孔之間延伸的至少一個通孔； 其中，所述變壓器艙設置在所述壓電艙的所述第二沉孔中並具有鄰近所述壓電殼體的所述至少一個通孔的第一端部和遠離所述壓電殼體的所述通孔的第二端部；以及 其中，所述換能器組件還包括設置在所述壓電殼體的每個通孔中的聯接器，其中，每個聯接器具有電聯接至所述壓電元件的第一端部以及電聯接至所述變壓器的第二端部。
14.根據權利要求13所述的流量計，還包括設置在每個聯接器與所述壓電殼體之間的環形密封件。
15.根據權利要求14所述的流量計，其中，在每個聯接器與所述壓電殼體之間的各個所述環形密封件都是玻璃密封件。
16.根據權利要求14所述的流量計，其中，每個所述聯接器都包括在所述第一沉孔中的匹配凹處與在所述變壓器艙中的匹配凹處之間延伸的銷連接器。
17.根據權利要求14所述的流量計，其中，所述換能器埠包括內螺紋，並且所述壓電殼體包括接合所述換能器埠的所述內螺紋的外螺紋。
18.根據權利要求17所述的流量計，其中，所述第二沉孔包括內螺紋，並且所述變壓器殼體包括接合所述第二沉孔的所述內螺紋的外螺紋。
19.根據權利要求12所述的流量計，其中，所述至少一個密封組件徑向地設置在所述壓電殼體與所述管段之間。
20.根據權利要求12所述的流量計，還包括換能器保持器，所述換能器保持器具有鄰近所述管段的所述通孔的第一端部以及遠離所述管段的所述通孔的第二端部； 其中，所述壓電艙聯接至所述換能器保持器並且從所述換能器保持器的第一端部大致軸向地延伸； 其中，所述變壓器艙聯接至所述換能器保持器並且與所述壓電艙軸向地間隔開。
21.根據權利要求20所述的流量計，其中，所述至少一個密封組件徑向地設置在所述 換能器保持器與所述管段之間。
22.根據權利要求20所述的流量計，其中，所述換能器保持器的所述第一端部包括第 一軸向沉孔，並且所述換能器保持器的第二端部包括第二軸向沉孔； 其中，所述換能器保持器包括在所述換能器保持器的所述第一沉孔與所述第二沉孔之間軸向地延伸的通孔； 其中，所述壓電艙的所述第二端部安置在所述換能器保持器的所述第一沉孔中、鄰近所述換能器保持器的所述通孔；以及 其中，所述變壓器艙安置在所述換能器保持器的所述第二沉孔中，並且包括鄰近所述換能器保持器的所述通孔的第一端部以及遠離所述換能器保持器的所述通孔的第二端部。
23.根據權利要求22所述的流量計，還包括設置在所述換能器保持器的所述通孔中的聯 接器，其中，所述聯接器具有連接至所述壓電艙的所述第二端部的第一端部以及連接至所述變壓器艙的所述第一端部的第二端部，其中，所述聯接器電聯接所述壓電元件與所述變壓器。
24.根據權利要求23所述的流量計，還包括設置在所述聯接器與所述換能器保持器之間的環形玻璃密封件。
25.根據權利要求23所述的流量計，其中，所述聯接器的所述第一端部和所述第二端部各自包括同軸纜線連接器； 其中，所述壓電艙的所述第二端部和所述變壓器艙的所述第一端部各自包括與所述聯接器的所述同軸纜線連接器中的一個相匹配的同軸纜線連接器。
26.根據權利要求24所述的流量計，還包括徑向地設置在所述換能器保持器與所述壓電艙之間的環形密封組件。
27.一種用於測量通過管路的流體的流量的方法，包括 Ca)將管段聯接至所述管路，其中，所述管段包括通孔和換能器埠，所述換能器埠從所述管段的外表面延伸至所述通孔； (b)使所述流體流動通過所述管段的所述通孔； (c)組裝氣體超聲波換能器組件，其中，所述換能器組件具有中央軸線並且包括 壓電艙，所述壓電艙聯接至所述管段，其中，所述壓電艙包括壓電殼體和設置在所述壓電殼體中的壓電元件；以及 變壓器艙，所述變壓器艙聯接至所述壓電艙，其中，所述變壓器艙包括變壓器殼體和設置在所述變壓器殼體中的變壓器，其中，所述變壓器電聯接至所述壓電元件； (d)將所述換能器組件設置在所述換能器埠中；(e)使所述壓電艙暴露於在所述管段的所述通孔中流動的流體；以及 (f)使所述變壓器艙與在所述管段的所述通孔中流動的流體隔離。
28.根據權利要求27所述的方法，還包括 (g)在步驟(d)之後，將所述變壓器艙從所述氣體超聲波換能器上移除；以及 (h)在步驟(g)期間，維持所述流體通過所述管段的所述通孔的流量。
29.根據權利要求27所述的方法，其中，步驟(f)包括限制在所述管段的所述通孔中的流體流動至所述變壓器艙。
30.根據權利要求28所述的方法，還包括將所述壓電殼體與所述變壓器殼體軸向地間隔開。
全文摘要
在一實施方式中，超聲波流量計包括管段，該管段包括通孔和從該管段的外表面延伸至該通孔的換能器埠。另外，該超聲波流量計包括設置在換能器埠中的換能器組件。該換能器組件具有中央軸線並且包括換能器保持器，該換能器保持器具有鄰近管段的通孔的第一端部以及遠離管段的通孔的第二端部。此外，換能器組件包括壓電艙，該壓電艙包括壓電元件。壓電艙聯接至換能器保持器並從換能器保持器的第一端部大致軸向地延伸。此外，換能器組件包括變壓器艙，該變壓器艙包括變壓器。變壓器艙聯接至換能器保持器並與壓電艙軸向地間隔開。
文檔編號G01F15/14GK102741665SQ201180008134
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月4日 優先權日2010年1月6日
發明者亨利·查爾斯·小斯特勞布, 查爾斯·羅伯特·阿蘭 申請人:丹尼爾測量和控制公司