专利名称：用于超声流量计的换能器组件的制作方法
技术领域：
本发明的各个实施例涉及超声流量计。
技术背景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(spool piece)，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。
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e 、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e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)。换能器120和130优选地为超声收发器，这表明它们均产生和接 收超声信号。"超声"在上下文中指的是高于大约20千赫的频率。为 了产生超声信号，压电元件被电激发，并且压电元件通过振动作出响 应。压电元件的振动产生出横穿管段通过流体行进到达换能器对的相 应换能器的超声信号。类似地，当受到超声信号冲击时，接收的压电 元件振动并且产生出电信号，此电信号被与流量计相关联的电子器件 探测、数字化和分析。起初，下游换能器120产生超声信号，该信号 然后被上游换能器130接收。稍后，上游换能器130产生返回超声信号，该信号随后被下游换能器120接收。这样，换能器120和130沿 着弦路径110、利用超声信号115进行"一发一收"操作。在操作期间， 这种顺序每分钟可发生数千次。超声信号115在换能器120和130之间的传送时间部分地依赖于 超声信号115相对于流体流是向上游或者向下游行进。向下游(即沿 着与流动相同的方向)行进的超声信号的传送时间比当向上游(即与 流动逆向)行进时的超声信号的传送时间短。上游和下游传送时间可 被用于计算沿着信号路径的平均流速，并且也可被用于计算流体中的 声速。已知载有流体的流量计的截面面积并且假定速度断面的形状， 则在流量计孔的区域上分布的平均流速可被用于确定流动通过流量计 101的流体的量。超声流量计可具有相应于一条或者多条路径的一对或者多对换能 器。图1B是具有直径D的管段的端面视图。在这些实施例中，管段 100包括在通过流体流的不同水平面处的四条弦路径M、 N、 O和P。 每一条弦路径M-P都相应于交替地用作发射器和接收器的两个换能 器。也示出控制电子器件160，它从四条弦路径M-P获取并且处理数 据。相应于弦路径M-P的四对换能器在图1B中被隐藏起来。通过参考图1C可以进一步理解四对换能器的准确排列情况。在一 些实施例中，四对换能器端口被安装在管段100上。每一对换能器端 口都相应于图1B的单独的一条弦路径。第一对换能器端口 125和135 容纳换能器120和130 (图1A)。换能器关于管段100的中心线105 以非垂直角度e安装。另一对换能器端口 165和175(仅仅部分地示出) 容纳相关联的换能器，从而使得弦路径相对于换能器端口 125和135 的弦路径大致形成一个"X"。类似地，换能器端口 185和195可以平 行于换能器端口 165和175放置，但是在不同"水平面"(即在管段 中的不同高度处)处设置。未在图1C中清楚示出的是第四对换能器和 换能器端口。结合图1B和1C，这些换能器对被排列成使得上方的两对换能器相应于弦M和N，并且下方的两对换能器相应于弦O和P。可在每一条弦M-P处确定流体流速，以获得弦流速，并且这些弦流速相结合起来，用以确定在整个管道上的平均流速。虽然四对换能器被示为形成一个x形状，但是可以有多于或者少于四对的换能器。而且，换能器可位于相同平面中或者呈某种其它的构形。图2示意出联接到和/或位于换能器端口 (例如，图1的165、 175) 中的组件200。特别地，该组件200包括在其远端205上具有连接器 204的线束202。线束202，并且尤其是连接器204，利用保持螺母206 和换能器外罩208而联接到换能器端口 (在图2中未示出)。换能器 组件210通过保持螺母206中的孔隙而电联接到线束202的连接器204， 并且因此电联接于流量计的电子器件。换能器组件210叠縮到换能器 外罩208中并且至少部分地被保持螺母206保持到位。当换能器组件 210和换能器外罩208相接合起来时，换能器组件210的压电元件214 以声学方式联接到匹配层212。下面依次讨论换能器外罩208和换能器 组件210中的每一个。图3示出根据本发明实施例的换能器外罩208的透视截面视图。 外罩208包括近端318、远端302以及内部体积310。远端318至少部 分地被声匹配层212闭塞。声匹配层212密封远端302，并且声匹配层 212的外侧314被暴露于流动通过管段/流量计(图1A-C)的流体。在 换能器外罩208的外径上的螺纹306允许外罩208被联接到管段(图 1A-C)，并且o形环308将外罩208密封到换能器端口 (图1A-C)。 在可替代实施例中，换能器外罩208被焊接到管段的换能器端口 (图 1A-C)。在一些实施例中，换能器外罩208是金属(例如低碳不锈钢)。 在可替代实施例中，可等同地使用能够承受流量计中的流体压力的任 何材料(例如高密度塑料或者复合材料)。在一些实施例中，换能器 外罩208的壁厚被选择为响应于在流量计中的流体和内部体积310之间的压力差而稍微压縮。换能器外罩208的壁的压縮在这些实施例中有助于将声匹配层212保持到位。例如，在声匹配层后面的壁稍微向内偏转，并且更小的内径为声匹配层提供支撑作用，以抵抗由于流量计中的流体压力引起的侧向运动。而且，在将声匹配层212结合到换 能器外罩208的过程中，外罩208被拉伸(在壁材料的弹性极限内)， 以接收声匹配层212。为了有助于将声匹配层212结合到换能器外罩208，在一些实施例 中，声匹配层212围绕内侧312上的边缘具有半月板304。图4示意出 换能器外罩208的截面视图，它进一步示意了根据这些实施例的半月 板304。特别地，声匹配层212的半月板304增加了换能器外罩的壁和 声匹配层212之间的接触面积，但是优选地在声匹配层212的内侧312 上留出足够的表面面积，以便允许换能器组件的压电元件(在图4中 未示出)之间的声耦合。因此，换能器组件210提供用于半月板304 的空间，保证半月板304并不影响压电元件与匹配层212的联接。声匹配层212的材料是选自下组中的一种或多种玻璃；陶瓷； 塑料；玻璃填充塑料；或者碳纤维填充塑料。虽然一些实施例使用100% 的玻璃作为声匹配层，但是使用塑料的可替代实施例可具有30%或者 更低的玻璃含量。与声匹配层的材料无关的是，声匹配层212提供压 电元件214和流量计中的流体之间的声耦合。根据本发明的实施例， 声匹配层的声阻抗介于压电元件214的和流量计中流体的声阻抗之间。 利用这种在压电元件的和流量计中流体的声阻抗之间的匹配层声阻 抗，超声信号的质量得到了提高(例如，更大的幅度和更快的上升时 间)。玻璃是用于声匹配层的优选材料，这是因为它具有理想的声阻 抗，以提供优良的声耦合，同时足够坚固，以承受流量计中的流体压 力，从而使得压电元件可从流量计中的流体隔离开。作为比较，基本 包括不锈钢的匹配层的声阻抗高于压电元件的声阻抗，并且因此提供 较差的声耦合。在一些实施例中，声匹配层212的声阻抗在大约1和 大约30兆瑞利(MRayl)之间；或者可替代地，声阻抗在大约10和大约15兆瑞利之间。当换能器组件210被插入换能器外罩208中时，换能器组件210 的压电元件214 (图2)抵靠于声匹配层212的内侧312。为了提供优 良的声耦合，声匹配层212的内部表面312和外部表面314是基本平 坦的并且基本相互平行。在一些实施例中，这些表面平坦度在0.001英 寸内或者更好，并且平行度在0.003英寸内或者更好。另外，换能器组 件210被定位成使得压电元件214相对于声匹配层212居中。具有如 在这里讨论的声匹配层的换能器外罩208可以是由Dash Connector Technology of Spokane Washington公司制造并且从此公司购买的。声匹配层212具有一定厚度(沿着与换能器外罩208的其余部分 共用的轴线)，该厚度在一些实施例中基本等于由压电元件214产生 的声音波长的四分之一的奇数倍(1/4、 3/4、 5/4、 7/4倍等)。例如， 考虑在1MHz的频率下操作的压电元件214以及具有5000m/s的声速 的声匹配层212。在声匹配层中的声音的波长为大致0.197英寸。在这 些实施例中，声匹配层可为0.049; 0.148: 0.246、 0.344等英寸厚。较 薄的声匹配层给出较好的声学性能，但是使得声匹配层较厚能够使得 换能器外罩208承受较高压力。选取最佳匹配层厚度包括选择能够承 受在流量计中可期望的最高压力的最薄的匹配层。为了降低电噪并且使得驱动电压加倍，经常期望以差分方式电连 接压电元件(在下面讨论)，这意味着压电元件抵靠于声匹配层的部 分可具有导电涂层。如果声匹配层是金属的，则薄的电绝缘体被用于 金属和压电元件214之间，用于电绝缘。为了解决上述问题，在一些 实施例中，声匹配层212为电绝缘体，因此降低了或者消除了对于另 外的电绝缘的需要。现在转到集成换能器组件210。图5示意出根据本发明实施例的换 能器组件210的透视图。换能器组件210包括具有沿其伸长方向的轴线505的细长外罩501，在一些实施例中，细长外罩501包括第一部分 500和第二部分502，每一个部分均具有公共轴线505。在这些实施例 中，第二部分502以可伸縮方式联接到第一部分500，从而使得第一部 分500和第二部分502可以沿着轴向方向彼此相对移动。而且，细长 外罩501可以具有柱形形状，但是也可同等地采用其它形状。在细长外罩501包括第一部分500和第二部分502的实施例中， 第二部分502在压电晶体或者远端518处的外径与第一部分500的外 径基本相同。然而，第二部分502还包括减小的直径部分520，该直径 部分叠縮到第一部分500的内径中，并且因此具有稍小于第一部分500 的内径的外径。在一些实施例中，第一部分和第二部分500和502的 相接合的长度大致等于该外径，但是可以等同地采用更长和更短的接 合长度。细长外罩501的外径稍小于换能器外罩208的内径，这便于 保证准确地知道压电元件的位置。根据一些实施例，第二部分502由塑料(例如，UltemlOOO)制成。 在这些实施例中，第二部分502的轴向长度降低(与第一部分500的 轴向长度相比，第一部分优选地为金属的)，这是因为更短的长度降 低了制造成本，而且当由塑料材料制成时，第二部分502易于吸收水 分并且膨胀。第二部分502的膨胀是容许的，并且尽管发生膨胀，但 是降低第二部分502的轴向长度使得能够将换能器组件210从换能器 外罩208移除。第一部分和第二部分500和502的相对旋转运动以及轴向位移受 到了通过第一部分500中的孔隙504从第二部分502径向延伸的插脚 506的限制。在一些实施例中，使用三个这样的插脚和孔隙组合，但是 可以等同地使用少至一个的和多于三个的插脚和孔隙组合。可替代地， 第二部分502可被设计成具有与孔隙504相互作用的凸起部，它作为 第二部分502的一体部分。当压电元件214联接到并且至少部分地闭塞细长外罩501的第一 端部503时，电插脚保持器508联接到并且至少部分地闭塞细长外罩 501的第二端部509。细长外罩501的第一部分500可包括连接键514， 这保证集成换能器组件被适当地定向，以便于联接到连接器204的键 槽。电插脚保持器508可以包括接合连接键514、以防止电插脚保持器 508在细长外罩501中旋转的狭槽515。另外，电插脚保持器508还可 包括防旋转狭槽516，该防旋转狭槽与换能器外罩208上的突片结合， 防止集成换能器组件210在换能器外罩208中旋转。细长外罩501的 第二端部509具有与插脚保持器508的小外径滑动配合的内径。插脚 保持器508可以理想地由UltemlOOO制成，但是也可以使用任何坚硬 的非导电材料。图6示意换能器组件210的透视截面视图。在至少一些实施例中， 压电元件214与换能器外罩208电绝缘，并且因此至少第二部分502 由如上所述的坚硬的非导电材料制成。细长外罩501的内径和压电元 件214的外径被选择成从而使得在换能器组件210和换能器外罩208 之间存在一定空间，换能器组件210被插入该空间中。该空间为用于 声匹配层的半月板304 (图3和4)的间隙提供地方。该空间也为可在 插入换能器外罩208中之前施加到压电元件214表面、以便改进压电 元件214和声匹配层212的声耦合的过多的油或者油脂提供地方。在细长外罩501中的台肩600抵靠于压电元件214，以抵抗压电元 件的轴向运动，例如当换能器组件210被安装在换能器外罩208中时 施加的作用力而引起的轴向运动。在压电元件214后面的体积包括后 匹配层602 (例如，环氧树脂、粉末填充环氧树脂、橡胶、粉末填充橡 胶)，并且用于多种目的。例如，后匹配层将压电元件214以及联结 到压电元件214的一条或者多条导线联接到细长外罩501。特别地，后 匹配层的质量通过降低声学信号的振鸣(ringing)并且增加声学信号的 带宽而改进压电元件214的声学输出。在一些实施例中，后匹配层的 长度(沿着细长外罩的轴线测量到的)被选择成从而使得超声信号在匹配层602中的往返行进时间以比所接收信号的测量时间更长的时间 发生。例如，如果在接收信号中的第四零交点被用作测量点，则往返 行进时间将优选地长于压电元件中心操作频率下的两个循环的时间。或者，在压电元件中心操作频率下，后匹配层602的长度为后匹配层 中的声音的大约1个到大约9个波长。适当长度保证了在超声流量计 的信号传送计时中，任何反射的声学信号不到达压电元件。进一步考虑包括第一部分500和第二部分502的细长外罩501 ，第 二部分502的减小的直径部分520包括台肩608。该台肩足够得小，以 允许导线通过其中的孔隙，并且允许用于注入后匹配层602的开口。 后匹配层可以利用具有小塑料尖端的注射器注入。在该台肩608的端 部上设置了斜面，以保证不会形成将损伤导线的任何锐利边缘。台肩 608在这样一个位置，当偏压第二部分502时，偏压机构(在下面讨论) 可以在这个位置上推动。在细长外罩501包括允许相互间轴向移动的第一部分500和第二 部分502的实施例中，换能器组件210包括偏压机构，例如弹簧610。 偏压机构沿着公共轴线X偏压第一部分500和第二部分502相互远离。 偏压机构偏压第一部分500和第二部分502相互远离的作用力在一些 实施例中为大约4磅到大约12磅。在可替代实施例中，偏压机构可以 是提供偏压力的任何机构，例如垫圈、橡胶片，或者是弹簧、垫圈和/ 或橡胶片的组合。在组装期间，弹簧610被稍微地顶靠台肩618压縮，并且至少一 个插脚(部分地示于506处)和孔隙组合(图5)限制第二部分502在 第一部分500中的轴向运动和旋转运动。 一旦换能器组件210被安装 好，则换能器外罩208、保持螺母206 (图2)进一步压縮弹簧610。 该压縮作用补偿了所组装部件的公差，保证压电元件214的外侧与声 匹配层212的内侧312形成良好接触(图4)。 一旦连接器204 (图2) 被组装好，则弹簧610可被进一步压縮。 一旦连接器204到位，则弹力可具有4.9磅的量级。在可替代实施例中，连接器204不必需在弹簧 上施加进一步的压缩力。在细长外罩501为单个结构的实施例中，用 于保证在压电元件214和声匹配层212之间的良好联接作用(图4)的 作用力可由保持螺母206 (图2)和/或连接器204 (图2)提供。插脚保持器508以所需间隔和暴露的长度保持两个连接插脚610 和612。这些插脚与连接器204配合，从而提供换能器组件与流量计电 子器件的电连接。电插脚610利用延伸通过细长外罩501的内部的第 一导线611而联接到压电元件214。类似地，第二插脚612利用也延伸 通过外罩501的内部的第二导线613而联接到压电元件214。在一些实 施例中，具有PTFE绝缘层的多股铜导线被用于导线611、 613，但是 也可等同地使用其它类型的导线。为了将导线611和613保持到位， 以及将可能存在的电阻器614 (在下面讨论)和电插脚保持器508保持 到位，粘结剂609 (例如环氧树脂)被插入环氧树脂填充端口 612中。 在一些实施例中，连接插脚610和612是坚固的镀金铜插脚，该插脚 具有焊接凹部，但是也可等同地使用其它插脚。采用了两种不同颜色 的导线绝缘层，用于保证在制造期间压电晶体表面的正确极性，并且 壳体上的连接键与连接插脚定向得以保持。导线在组装期间被扭曲， 以保证在导线中任何感应的电信号被平衡，以避免在测量周期期间这 种信号干扰晶体脉冲。在插脚610和612之间联接了一个一兆欧姆的电阻器614，因此联 接了压电晶体的两个电极电镀表面(在下面讨论)。该电阻器614提 供低频率下的短路，用以释放由输送或者安装期间的机械冲击或者温 度变化而产生的任何电能。在高的换能器操作频率( 1MHz)下，电 阻器614实际上对于被发送到或者由压电晶体产生的电信号没有任何 影响。该电阻器的一根引线被绝缘管绝缘，以避免在制造期间引线与 外壳的短路。可替代的换能器设计可包括位于集成换能器组件中的另 外的电子器件(例如，感应器、放大器、开关、稳压二极管，或者电 容器)。可以单独地或者相组合地使用这些器件。图7A和7B示意根据本发明实施例的与压电元件214的电联接。 在一些实施例中，压电元件214是压电晶体，例如PZT-5A或者其它类 似材料。压电晶体的厚度和直径控制着被发射的超声信号的频率。外 侧700是压电元件214的联接到声匹配层的一侧(图3和4)。压电元 件的外侧700和内侧702至少部分地镀有银或者其它金属，以形成电 极表面。在外侧700上的电镀层的一个部分704围绕压电晶体的周边 延伸到内侧702。外侧700 (包括部分704)的电镀层和内侧702的电 镀层由不具有电镀层的区域706电绝缘。以此方式进行电镀使得能够 将导线611和613均联接到压电元件214的内侧702。所示意的镀层布 置允许外侧700是平坦的，以便与声匹配层形成良好接触。或者，一 根导线可围绕压电元件延伸并且联接到外侧700。在这些实施例中，外 罩501 (图5和6)的一部分具有凹口，以便允许导线通过。而且，在 其中一根导线直接地联接到外表面700的这些实施例中，声匹配层214 具有凹口，用以容纳导线。在又一实施例中，第一导线联接到压电元 件的内侧702，并且第二导线联接到压电元件的周边或者边缘。
这种换能器组件210设计极大简化了换能器组件的安装和更换， 尤其是在条件(闪电、天气等)不够理想的管线设施处的安装和更换。 参考图8中的流程图，在各种实施例中，更换换能器组件的方法800 包括以下步骤断开将超声流量计的电子器件(图1A-C)电联接到换 能器组件210的连接线束(方框802)。如果使用了的话，则偏压机构 被脱离接合(方框803)，例如通过松开并且移除螺母206 (图2)。 此后，换能器组件804作为单独单元而被从换能器外罩208移除(方 框804)。更换的换能器组件同样作为单独单元而被插入换能器外罩(方 框806)中。在一些实施例中，例如通过安装保持螺母206而接合偏压 机构(方框807)。最后，线束被重新连接(方框808)。
虽然已经示出和描述了本发明的各个实施例，但是本领域技术人 员可以对其作出改进，而不会背离本发明的精神或者教导。在这里描述的实施例仅仅是示例性的而非限制性的。因此，保护范围不限于在 这里描述的实施例，而是仅由随后的权利要求限制，权利要求的范围 应当包括权利要求主题的所有等同物。
权利要求
1.一种换能器组件，包括限定出内部和外部的细长外罩，该细长外罩具有沿其伸长方向的轴线；联接到并且至少部分地闭塞细长外罩的第一端部的压电元件；联接到并且至少部分地闭塞细长外罩的第二端部的插脚保持器，该插脚保持器包括第一电插脚；和将第一电插脚联接到压电元件的第一导线，其中第一导线延伸通过细长外罩的内部。
2. 根据权利要求1的换能器组件，其中该细长外罩还包括第一部 分和第二部分，其中第二部分沿着所述轴线以可伸縮方式联接到第一 部分。
3. 根据权利要求2的换能器组件，还包括联接到细长外罩的偏压 机构，其中该偏压机构沿着所述轴线相互远离地偏压第一部分和第二 部分。
4. 根据权利要求3的换能器组件，其中该偏压机构提供从大约4 磅到大约12磅的作用力。
5. 根据权利要求3的换能器组件，其中该偏压机构还包括弹簧。
6. 根据权利要求2的换能器组件，还包括 通过第一部分的孔隙；和从第二部分径向向外延伸的插脚，该机械插脚延伸通过该孔隙； 其中该插脚和孔隙限制第一部分相对于第二部分的伸縮运动。
7. 根据权利要求1的换能器组件，其中压电晶体与细长外罩电绝缘。
8. 根据权利要求1的换能器组件，还包括 第二电插脚；和将第二电插脚联接到压电元件的第二导线。
9. 根据权利要求8的换能器组件，其中第一导线和第二导线的每 一条都电联接到压电元件的内侧。
10. 根据权利要求8的换能器组件，其中第一导线联接到压电元 件的内侧并且第二导线联接到压电元件的外侧。
11. 根据权利要求IO的换能器组件，还包括在细长外罩中的凹口， 用以容纳联接到压电元件外侧的一根或者多根导线。
12. 根据权利要求8的换能器组件，其中第一导线联接到压电元 件的内侧，并且第二导线联接到压电元件的周边。
13. 根据权利要求12的换能器组件，还包括细长外罩中的凹口， 用以容纳联接到压电元件的周边的一个或者多个联接装置。
14. 根据权利要求1的换能器组件，其中该细长外罩还包括柱形外罩。
15. 根据权利要求1的换能器组件，还包括在细长外罩内径上的 台肩，其中压电元件抵靠于该台肩。
16. 根据权利要求1的换能器组件，还包括将压电元件联接到细 长外罩的粘结剂。
17.根据权利要求16的换能器组件，其中在压电元件的中心操作 频率下，沿着细长外罩的所述轴线测量的粘结剂的长度为在环氧树脂 中的声音的大约l个到大约9个波长。
18. —种超声流量计，包括具有用于被测量流体的内部流路的管段；和 在管段中处于操作关系中的至少两个换能器外罩； 联接到该至少两个换能器外罩的一个的换能器组件，其中 该换能器组件包括限定出内部和外部的细长外罩，该细长外罩具有沿其伸长方向的轴线；联接到并且至少部分地闭塞细长外罩的第一端部的压电元件； 联接到并且至少部分地闭塞细长外罩的第二端部的插脚保持器，该插脚保持器包括第一电插脚；和将第一电插脚联接到压电元件的第一导线，其中第一导线延伸通过细长外罩的内部。
19. 根据权利要求18的超声流量计，其中该细长外罩还包括第一 部分和第二部分，其中第二部分沿着所述轴线以可伸縮方式联接到第 一部分。
20. 根据权利要求19的超声流量计，还包括联接到细长外罩的偏 压机构，其中该偏压机构沿着所述轴线相互远离地偏压第一部分和第二部分。
21. 根据权利要求20的超声流量计，其中该偏压机构为选自下面 的组中的一种弹簧；垫圈；橡胶片；或者它们的组合。
22. 根据权利要求19的超声流量计，其中每一个换能器外罩包括 由声匹配层至少部分地闭塞的远端，其中该声匹配层在内侧上抵靠于压电元件，并且在外侧上，该声匹配层被暴露于流动通过管段的流体。
23. —种方法，包括以下步骤-断开将超声流量计的电子器件电联接到换能器组件的线束； 作为单独单元，从换能器外罩移除换能器组件； 作为单独单元，将更换的换能器组件插入换能器外罩中；并且重新连接线束。
24. 根据权利要求23的方法，其中在移除之前，该方法还包括以 下步骤将至少部分地在换能器外罩中保持换能器组件的保持螺母拆 下。
25. 根据权利要求23的方法，其中在插入之后，该方法还包括以下步骤将至少部分地联接到更换的换能器组件的保持螺母接合到换能器外罩。
26. 根据权利要求23的方法，还包括以下步骤接合将至少部分地朝向换能器外罩的远端上的声匹配层偏压更换的换能器组件的远端 的偏压机构。
27. 根据权利要求26的方法，其中该偏压机构的偏压力为从大约 4磅到大约12磅。
28. 根据权利要求23的方法，还包括以下步骤定位的更换换能 器组件，从而使得在更换的换能器组件远端处的压电元件居中于换能 器外罩的声匹配层。
全文摘要
一种用于超声流量计的换能器组件。示意性实施例中的至少一些为换能器组件，该换能器组件包括限定出内部和外部的细长外罩(501)，该细长外罩(501)包括沿其伸长维度的轴线(505)；联接到并且至少部分地闭塞细长外罩(501)的第一端部的压电元件；联接到并且至少部分地闭塞细长外罩的第二端部的插脚保持器(500)，该插脚保持器包括第一电插脚(514)；以及将第一电插脚联接到压电元件的第一导线(其中该第一导线延伸通过细长外罩的内部)。
文档编号H01L41/08GK101248541SQ200680029410
公开日2008年8月20日 申请日期2006年7月21日 优先权日2005年8月12日
发明者小亨利·C·斯特劳布, 查尔斯·R·艾伦 申请人:丹尼尔度量和控制公司