超声波信号耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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(I)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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]在另一个实施例中，一种超声波耦合系统包括多对耦合器。各个耦合器的第一侧构造成联接于管的外表面。多个超声波变换器附接于耦合器的第二侧。联接于成对耦合器的超声波变换器构造成在它们自身之间发射和接收超声波信号。耦合器的第一侧与第二侧之间的距离小于它们的第一侧的长度。
[0010]本发明的该简要描述仅旨在提供根据一个或更多个示范性实施例的本文公开的主题的简要概述，并且并未用作阐释权利要求或限定或限制本发明的范围的指导，本发明的范围仅由所附权利要求限定。该简要描述提供成以简化形式介绍构想的示范性选定，这在详细描述中在以下进一步描述。该简要描述并不旨在识别要求权利的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作确定要求权利的主题的范围的帮助。要求权利的主题不限于解决【背景技术】中提到的任何或所有缺点的实施。
【附图说明】
[0011]为了可理解本发明的特征的方式，可参照某些实施例来详细描述本发明，其中一些在附图中示出。然而，将注意的是，附图仅示出了本发明的某些实施例，并且因此并未认作是限制其范围，因为本发明的范围包含其它同样有效的实施例。附图不必按比例，重点大体上放在示出本发明的某些实施例的特征。在附图中，相似的数字用于遍及各种视图指示相似部分。因此，为了进一步理解本发明，可参照结合附图阅读的以下详细描述，在该附图中:
图1为示例性超声波耦合器系统的正视图；
图2为图1的示例性超声波耦合器系统的侧视图；
图3为示例性对立超声波耦合器系统的正视图；
图4为图3的示例性对立超声波耦合器系统的侧视图；
图5为示例性弦向超声波耦合器系统的正视图；
图6为图5的示例性弦向超声波耦合器系统的侧视图；以及图7为示例性多个弦向超声波耦合器系统的侧视图。
【具体实施方式】
[0012]图1和图2分别示出了超声波耦合器组件100的一个实施例的正视图和侧视图，其中超声波变换器101，103附接于超声波耦合器102，其继而附接于传送沿方向121行进穿过其(在图1的正视图中示为从左到右行进)的流体的管120。超声波变换器101，103均传输超声波信号，其沿典型超声波信号通路节段151，152，153，154从超声波变换器101，103中的各个行进至另一个。
[0013]超声波变换器101，103中的各个能够发射超声波信号和检测超声波信号。例如，当超声波变换器101发射超声波信号时，其沿典型超声波信号通路节段151行进穿过超声波耦合器102和管120，接着沿典型超声波信号通路节段152由行进穿过管120的流体折射，接着沿典型超声波信号通路节段153折射出管120的内表面122，接着由管120沿典型超声波信号通路节段154折射穿过管120和超声波耦合器102，由此由超声波变换器101发射的超声波信号由超声波变换器103检测到。
[0014]类似地，当超声波变换器103发射超声波信号时，其沿典型超声波信号通路节段154行进穿过超声波耦合器102和管120，接着沿典型超声波信号通路节段153由行进穿过管120的流体折射，接着沿典型超声波信号通路节段152折射出管120的内表面122，接着由管120沿典型超声波信号通路节段151折射穿过管120和超声波耦合器102，由此由超声波变换器101发射的超声波信号由超声波变换器101检测到。在一个实施例中，超声波耦合器102焊接就位用于在超声波耦合器102与管120之间提供高质量的声耦合。在另一个实施例中，超声波耦合器102使用夹具安装在管120上。在这些实施例中的任一个中，超声波耦合器102可由与管120相同或不同的材料制成。超声波耦合器102可与管120集成地形成，并且在基于挤出的制造过程中由与管120相同的材料制成，或者其可在铸造制造过程中使用与管相同的材料模制到管120中。
[0015]在图1和图2中所示的实施例中，矩形超声波耦合器102包括顶面142和底面144，以及由正交于超声波耦合器102的顶面142和底面144两者的线测得的超声波耦合器高度105。如图1-2中所示，超声波耦合器102不限于矩形形状，并且还可包括偏菱形或