超聲聯接器組件的製作方法

2023-06-10 16:38:41

專利名稱：超聲聯接器組件的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及超聲流率測量，並且更具體而言，涉及超聲聯接器組件。
背景技術：
使用超聲流量計來確定在大小和形狀不同的管道中流動的流體中的各種流體(例如液體、氣體等)的流率(即平均管道流率(VJ)。在採用傳播時間流量計量的一種類型的超聲流量計中，可將ー對或多對超聲換能器附連到管道壁的外部上，其中各對可包含位於彼此的上遊和下遊的超聲換能器，從而在它們之間形成超聲路徑。當被通電時，各個超聲換能器沿著通過流動的流體的超聲路徑發送超聲信號(例如聲波)，超聲信號由另ー個 超聲換能器接收和檢測。可根據下者之間的差來確定流動的流體沿著超聲路逕取平均的路徑速度(即路徑或弦速度(Vp)) :S卩，(I)超聲信號沿著超聲路徑逆著流向從下遊超聲換能器向上遊行進到上遊超聲換能器的傳播時間，以及(2)超聲信號沿著超聲路徑順著流向從上遊超聲換能器向下遊行進到下遊超聲換能器的傳播時間。知道流體的流率可使得能夠確定流體的其它物理屬性或質量。例如，在一些密閉輸送應用中，可使用流率來確定通過管道從賣方輸送到買方的流體(例如水、石油或氣體)的總體積(Q)，以確定交易的費用，其中總體積等於流率乘以管道的橫截面積(A)在流動的時間裡的積分。在一些應用(例如精煉廠或核動カ裝置)中，超聲流量計附連到其上的管道運送導致管道壁也達到極高的溫度的高溫流體(例如在精煉廠中處於400°C的焦炭)，或者運送導致管道壁也達到極低的溫度的低溫流體(例如液化天然氣)。附連到那些極端溫度的管道壁上的超聲換能器被管道的極端溫度加熱或冷卻，並且因此必須由恰當的材料構建而成，這會提高這些超聲換能器的成本。例如，定額為+200°C或更高的超聲換能器可顯著地比定額為+100°C的超聲換能器更昂貴。類似地，定額為-200°C或更低的超聲換能器可顯著地比定額為-ioo°c的超聲換能器更昂貴。另外，即使在由適於極端溫度應用的材料構建而成時，不斷暴露於極端溫度的超聲換能器也將經歷熱應力，熱應カ可減少裝置的使用壽命。在某些現有的超聲流量計裝置中，超聲聯接器安裝在超聲換能器和管道壁之間，使得超聲換能器不直接接觸管道壁，並且因此不會直接暴露於管道壁的極端溫度。在這個構造中，例如，超聲聯接器的一端會經歷來自管道壁的直接的熱傳遞。附連到超聲聯接器的另一端處的超聲換能器不會直接暴露於管道壁的極端溫度，而是相反，僅暴露於超聲聯接器的較接近周圍室溫的較低的溫度。因此，可將超聲換能器定額成經受住較窄的溫度範圍。雖然這些超聲聯接器可消除對定額為較高的溫度範圍的超聲換能器的需要，但是它們也可在超聲流量計所提供的流量測量中弓I入誤差或不確定性。例如，某些超聲聯接器要求超聲換能器所發送的超聲信號束在超聲換能器和管道壁之間在超聲聯接器中改變方向，從而在超聲聯接器不是根據嚴格的公差和設計標準製造而成的情況下引入可能的誤差。類似地，行進通過某些超聲聯接器的超聲信號可被在超聲聯接器中形成的、會改變超聲信號束的方向的等溫線扭曲或彎曲。因此，存在對在不會不利地影響超聲流量計所提供的流量測量的精度的情況下降低超聲換能器的所需溫度額定值的需要。
僅針對一般的背景信息而提供上面的論述，而且該論述不意圖被用來協助確定聲明的主題的範圍。

發明內容
公開了ー種用於將超聲換能器聯接到管道壁上的超聲聯接器組件，其中，使用三個四邊形區段來構造超聲聯接器，以降低超聲換能器所受到的極端溫度，以及改進傳送通過超聲聯接器的超聲信號的質量。在實踐超聲聯接器組件的一些公開的實施例時可實現的優點在幹，降低在高溫應用中使用的超聲換能器的所需溫度額定值，以及增加可使用特定的超聲換能器來進行流量測量的應用的數量。另外，通過降低超聲換能器所受到的極端溫度，可延長超聲換能器的壽命。在一個示例性實施例中，公開了ー種用於將超聲換能器聯接到管道壁上的超聲聯接器組件。該超聲聯接器組件包括第一四邊形區段、第二四邊形區段，以及在第一四邊形區 段和第二四邊形區段之間且連接它們的長斜方形區段。在另ー個示例性實施例中，該超聲聯接器組件包括第一梯形區段、第二梯形區段，以及在第一梯形區段和第二梯形區段之間且連接它們的長斜方形區段，其中，長斜方形區段包括自第一梯形區段的頂側邊的右端延伸到第二梯形區段的頂側邊的左端的頂側邊、自第一梯形區段的底側邊的右端延伸到第二梯形區段的底側邊的左端的底側邊、在第一梯形區段的右側邊附近的左側邊，以及在第二梯形區段的左側邊附近的右側邊，其中，頂側邊平行於底側邊，左側邊平行於右側邊，左側邊與頂側邊形成鋭角，以及與底側邊形成鈍角，而右側邊與頂側邊形成鈍角，以及與底側邊形成鋭角，其中，第一梯形區段包括自長斜方形區段的頂側邊的右端延伸的頂側邊、自長斜方形區段的底側邊的左端延伸的底側邊、在長斜方形區段的左側邊附近的右側邊，以及左側邊，其中，頂側邊平行於底側邊，右側邊與頂側邊和底側邊形成直角，而左側邊與頂側邊形成鋭角，以及與底側邊形成鈍角，以及其中，第ニ梯形區段包括自長斜方形區段的頂側邊的右端延伸的頂側邊、自長斜方形區段的底側邊的右端延伸的底側邊、在長斜方形區段的右側邊附近的左側邊，以及右側邊，其中，頂側邊平行於底側邊，左側邊與頂側邊和底側邊形成直角，而右側邊與頂側邊形成鈍角，以及與底側邊形成鋭角。在又一個示例性實施例中，該超聲聯接器組件包括第一直角平行四邊形區段、第二直角平行四邊形區段，以及在第一直角平行四邊形區段和第二直角平行四邊形區段之間且連接它們的長斜方形區段，其中，長斜方形區段包括自第一直角平行四邊形區段的頂側邊的右端延伸到第二直角平行四邊形區段的頂側邊的左端的頂側邊、自第一直角平行四邊形區段的底側邊的右端延伸到第二直角平行四邊形區段的底側邊的左端的底側邊、在第一直角平行四邊形區段的右側邊附近的左側邊，以及在第二直角平行四邊形區段的左側邊附近的右側邊，其中，頂側邊平行於底側邊，左側邊平行於右側邊，左側邊與頂側邊形成鋭角，以及與底側邊形成鈍角，而右側邊與頂側邊形成鈍角，以及與底側邊形成鋭角，其中，第一直角平行四邊形區段包括自長斜方形區段的頂側邊的左端延伸的頂側邊、自長斜方形區段的底側邊的左端延伸的底側邊、在長斜方形區段的左側邊附近的右側邊，以及左側邊，其中，頂側邊平行於底側邊，右側邊平行於左側邊，右側邊與頂側邊和底側邊形成直角，而左側邊與頂側邊和底側邊形成直角，以及其中，第二直角平行四邊形區段包括自長斜方形區段的頂側邊的右端延伸的頂側邊、自長斜方形區段的底側邊的右端延伸的底側邊、在長斜方形區段的右側邊附近的左側邊，以及右側邊，其中，頂側邊平行於底側邊，右側邊平行於左側邊，左側邊與頂側邊和底側邊形成直角，而右側邊與頂側邊和底側邊形成直角。本發明的這個簡要描述僅意圖提供根據ー個或多個示例性實施例的本文公開的主題的簡要綜述，而不用作解釋權利要求或限定或限制本發明的範圍的指導，本發明的範圍僅由所附權利要求限定。提供這個簡要描述來以簡化的形式介紹一系列說明性的概念，下面在詳細描述中進一步描述了這些概念。這個簡要描述不意圖標識聲明的主題的關鍵特徵或實質特徵，也不意圖被用來協助確定聲明的主題的範圍。聲明的主題不限於解決背景技術中提到的任何或全部缺點的實現。


為了有可理解本發明的特徵的方式，可通過參照某些實施例而獲得的本發明的詳細描述，在附圖中示出了實施例中的ー些。但是，要注意，圖僅示出了本發明的某些實施例，並且因此，圖不應看作限制本發明的範圍，因為本發明的範圍包含其它同樣有效的實施例。 不必按比例繪製圖，重點大體放在示出本發明的某些實施例的特徵上。在圖中，使用相同標號來在所有各種視圖中指示相同部件。因而，為了進ー步理解本發明，可對以下詳細描述進行參照，與圖結合起來閱讀以下詳細描述，其中圖I是在本發明的一個示例性實施例中的安裝在管道上的、採用傳播時間流量計量來確定流體的流率的超聲流量計的橫截面；圖2是圖I的超聲流量計的一部分的放大橫截面圖，其顯示了在本發明的ー個示例性實施例中的安裝在管道上的超聲聯接器組件；圖3是在本發明的一個示例性實施例中的超聲聯接器組件的側視圖；圖4是在本發明的另ー個示例性實施例中的超聲聯接器組件的側視圖；以及圖5是在本發明的ー個不例性實施例中的超聲聯接器的溫度分布。
具體實施例方式公開了ー種用於將超聲換能器聯接到管道壁上的超聲聯接器組件，其中，使用三個四邊形區段來構造超聲聯接器，以降低超聲換能器所受到的極端溫度，以及改進傳送通過超聲聯接器的超聲信號的質量。圖I是在本發明的一個示例性實施例中的安裝在管道20上的、採用傳播時間流量計量來確定流體的流率的超聲流量計的橫截面。圖2是圖I的超聲流量計的一部分的放大橫截面圖，其顯示了在本發明的一個示例性實施例中安裝在管道壁120上的超聲聯接器組件100。雖然圖I顯示了形成通過流體的單個超聲路徑104的單對超聲換能器110、210，但是，本領域普通技術人員將理解，可使用各自形成単獨的超聲路徑的兩對或更多對超聲換能器110、210來形成多路徑超聲流量計。基於流向10，可在下遊超聲換能器210的上遊將ー個超聲換能器110安裝在管道20上。通過流體的超聲路徑104可通過管道20的中心軸線(即直徑(D))或在弦路徑上(即不通過管道20的中心軸線的路徑)。當被通電時，各個超聲換能器110、210通過流動的流體而發送超聲信號，該超聲信號由另ー個超聲換能器210、110接收和檢測。
為了簡單起見，圖I和2僅顯示了超聲信號從上遊超聲換能器110發送到下遊超聲換能器210，但是在典型的超聲流量計中，超聲信號還將從下遊超聲換能器210發送到上遊超聲換能器110。而且，在未顯示的另ー個實施例中，超聲換能器110、210可位於管道20的同一壁上，超聲信號在相對的壁上反射。根據超聲信號的上遊傳播時間(tup)(即超聲信號沿著通過流體的超聲路徑104逆著流向10從下遊超聲換能器210向上遊行進到上遊超聲換能器110的時間)和下遊傳播時間(tdn)(即超聲信號沿著通過流體的超聲路徑104順著流向10從上遊超聲換能器110向下遊行進到下遊超聲換能器210的時間)之間的差來確定流體沿著通過流體的超聲路徑104取平均的路徑速度(Vp)。在存在流體流動的情況下，順著流向10行進的下遊傳播時間(tj比逆著流向10行進的上遊傳播時間(tup)更快(或更短)。由於傳播時間差(At)與流體的路徑速度(Vp)成比例，所以可根據傳播時間差(At)以及其它已知參數(例如管道20直徑(D)、超聲路徑長度(P)、在通過流體的超聲路徑104和垂直於流向10 (以及上部管道壁120和下部管道壁220的表面)的平面之間形成的角度(e 4)，以及沿著圖I和2中顯 示的管道軸線的路徑長度(P)的投影(L))來確定流體沿著通過流體的超聲路徑104取平均的路徑速度(Vp)
權利要求
1.一種用於將超聲換能器(310，410)聯接到管道壁(320，420)上的超聲聯接器組件(300，400)，包括 第一四邊形區段(340，440)； 第二四邊形區段(360，460);以及 在所述第一四邊形區段(340，440)和所述第二四邊形區段(360，460)之間且連接它們的長斜方形區段(350，450)。
2.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(300，400)，其特徵在於，所述長斜方形區段(350,450)包括自所述第一四邊形區段(340，440)的頂側邊(342，442)的右端延伸到所述第二四邊形區段(360，460)的頂側邊(362，462)的左端的頂側邊(352，452)、自所述第一四邊形區段(340，440)的底側邊(344，444)的右端延伸到所述第二四邊形區段(360，460)的底側邊(364，464)的左端的底側邊(354，454)、在所述第一四邊形區段(340，440)的右側邊(346,446)附近的左側邊(356，456)，以及所述第二四邊形區段(360，460)的左側邊(366，466)附近的右側邊(358，458)，其中，所述頂側邊(352，452)平行於所述底側邊(354，454)，所述左側邊(356，456)平行於所述右側邊(358，458)，所述左側邊(356，456)與所述頂側邊(352,452)形成鋭角，以及與所述底側邊(354，454)形成鈍角，而所述右側邊(358，458)與所述頂側邊(352，452)形成鈍角，以及與所述底側邊(354，454)形成鋭角。
3.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(300)，其特徵在於，所述第一四邊形區段(340)是梯形。
4.根據權利要求3所述的超聲聯接器組件(300)，其特徵在於，所述第一四邊形區段(340)包括自所述長斜方形區段(350)的所述頂側邊(352)的右端延伸的頂側邊(342)、自所述長斜方形區段(350)的所述底側邊(354)的左端延伸的底側邊(344)、在所述長斜方形區段(350)的所述左側邊(356)附近的右側邊(346)，以及左側邊(348)，其中，所述頂側邊(342)平行於所述底側邊(344)，所述右側邊(346)與所述頂側邊(342)和所述底側邊(344)形成直角，而所述左側邊(348)與所述頂側邊(342)形成鋭角，以及與所述底側邊(344)形成鈍角。
5.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(300)，其特徵在於，所述第二四邊形區段(360)是梯形。
6.根據權利要求5所述的超聲聯接器組件(300)，其特徵在於，所述第二四邊形區段(360)包括自所述長斜方形區段(350)的所述頂側邊(352)的右端延伸的頂側邊(362)、自所述長斜方形區段(350)的所述底側邊(354)的右端延伸的底側邊(364)、在所述長斜方形區段(350)的所述右側邊(358)附近的左側邊(366)，以及右側邊(368)，其中，所述頂側邊(362)平行於所述底側邊(364)，所述左側邊(366)與所述頂側邊(362)和所述底側邊(364)形成直角，而所述右側邊(368)與所述頂側邊(362)形成鈍角，以及與所述底側邊(364)形成鋭角。
7.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(400)，其特徵在於，所述第一四邊形區段(440)是直角平行四邊形。
8.根據權利要求7所述的超聲聯接器組件(400)，其特徵在於，所述第一四邊形區段(440)包括自所述長斜方形區段(450)的所述頂側邊(452)的左端延伸的頂側邊(442)、自所述長斜方形區段(450)的所述底側邊(454)的左端延伸的底側邊(444)、在所述長斜方形區段(450)的所述左側邊(456)附近的右側邊(446)，以及左側邊(448)，其中，所述頂側邊(442)平行於所述底側邊(444)，所述右側邊(446)平行於所述左側邊(448)，所述右側邊(446)與所述頂側邊(442)和所述底側邊(444)形成直角，而所述左側邊(448)與所述頂側邊(442)和所述底側邊(448)形成直角。
9.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(400)，其特徵在於，所述第二四邊形區段(460)是直角平行四邊形。
10.根據權利要求9所述的超聲聯接器組件(400)，其特徵在於，所述第二四邊形區段(460)包括自所述長斜方形區段(450)的所述頂側邊(452)的右端延伸的頂側邊(462)、自所述長斜方形區段(450)的所述底側邊(454)的右端延伸的底側邊(464)、在所述長斜方形區段(450)的所述右側邊(458)附近的左側邊(466)，以及右側邊(468)，其中，所述頂側邊(462)平行於所述底側邊(464)，所述右側邊(468)平行於所述左側邊(466)，所述左側邊(466)與所述頂側邊(462)和所述底側邊(464)形成直角，而所述右側邊(468)與所述頂側邊(462)和所述底側邊(464)形成直角。
11.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(300，400)，其特徵在於，所述超聲聯接器組件(300，400)進ー步包括緊鄰所述第一四邊形區段(340，440)的所述頂側邊(342，442)的楔(312，412)。
12.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(300，400)，其特徵在於，所述超聲聯接器組件(300，400)進ー步包括緊鄰所述第二四邊形區段(360，460)的所述底側邊(364，464)的楔(312，412)。
13.根據權利要求6所述的超聲聯接器組件(300)，其特徵在於，在所述第二四邊形區段(360)的所述右側邊(368)和所述第二四邊形區段(360)的所述底側邊(364)之間的所述銳角構造成使得在所述第二四邊形區段(360)的所述底側邊(364)和所述管道壁(320)之間的交接點(363)處反射的主超聲信號的部分沿著垂直於所述第二四邊形區段(360)的所述右側邊(368)的反射超聲路徑(305)而反射。
14.根據權利要求I所述的超聲聯接器組件(300，400)，其特徵在於，所述第一四邊形區段(340，440)、所述第二四邊形區段(360，460)和所述長斜方形區段(350，450)共同形成單個部件。
全文摘要
本發明涉及超聲聯接器組件。公開了一種用於將超聲換能器(310)聯接到管道壁(320)上的超聲聯接器組件(300)，其中，使用三個四邊形區段(340，350，360)來構造超聲聯接器(330)，以降低超聲換能器(310)所受到的極端溫度，以及改進傳送通過超聲聯接器(330)的超聲信號的質量。
文檔編號G01F1/66GK102778262SQ20121012955
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月20日 優先權日2011年4月21日
發明者C·A·弗雷爾, O·A·赫拉科夫斯基, 敖曉蕾, 馬玥 申請人:通用電氣公司