专利名称：变压器板的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及一种超声流量计。更具体地，本公开内容涉及一种变压器板，该变 压器板能对变压器进行定位，联接到位于超声流量计内的传感器，并且位于流量计的压力 边界之外。
背景技术：
在碳氢化合物从地面脱离之后，流体流(如原油或天然气)经由管线被运输到各 处。期望精确地知晓流体流中流动的流体量，在将流体进行倒手(changing hands)或“交 接”(“custody transfer")时，更是要求特别的精度。即便不发生交接，也仍期望测量精确。超声流量计可用在比如交接的情形。超声流量计包括两个或两个以上的传感器， 它们中的每一个都包含在壳体内，所述壳体固定于流量计主体中的端口、或管件(spool piece)内部。为了将流体包含在流量计内，端部连接器固定于每个传感器的端口上。因而， 管件和端部连接器构成含有流经通过所述流量计流体的压力边界。为了测量通过流量计的 流体流量，沿管件内表面设置一对传感器，从而使两个传感器彼此面对。每个传感器包括压 电元件，并且当交流电流被施加到第一传感器的压电元件上时，压电元件做出响应，向通过 流量计的流体中辐射超声波。当所述波入射到第二传感器的压电晶体时，所述传感器做出 响应产生电信号。一段时间之后，交流电流被施加到第二传感器的压电元件上，并且压电元 件做出响应辐射出穿过流量计中的流体的超声波。当所述波入射到第一传感器的压电晶体 时，该传感器做出响应产生电信号。通过这种方式，传感器来回地横穿流体流发射并接收信 号。每个传感器都联接到穿过端部连接器并沿着管件外表面延伸到远程位置的 电缆上，所述远程位置比如是安装在所述管件上的电子基部外壳(electronics base enclosure)。电缆将压电元件生成的信号传送到定位于电子基部外壳内的采集板 (acquisition board)上，信号在该处可进行处理并接着用于确定穿过流量计的流体流速。传感器中的压电元件在不使用时可能聚集电荷。这种电荷对维修保养流量计的个 体来说是有危害的。为了降低对维修保养人员存在的风险，每个压电元件都与变压器联接， 所述变压器除了起到下面所讨论的功能之外，还为压电元件生成的电荷提供释放通路。变压器还在传感器的压电元件和采集装置之间提供了阻抗匹配，所述采集装置最 终接收压电元件产生的信号。因此，传感器和变压器匹配在一起。为此，相关技术中的变压 器被定位在传感器中。当传感器或变压器中的任一个需要更换的话，由于它们是匹配的，所 以两个部件一起被替换掉。将变压器定位于传感器内使变压器被暴露在与传感器所经受的相同条件下。这种 暴露在变压器限制了传感器尺寸或未按与传感器相同的条件设计时是不希望发生的。例 如，穿通流量计的流体可能是腐蚀性的。尽管传感器可能相容于腐蚀性条件，但变压器可能 不行。在这样的状况下，腐蚀性流体可能会损坏变压器和与之相关联的电子线路。
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一种避免对变压器发生腐蚀性损坏的途径是将变压器封裹在能禁受腐蚀性环境 的材料中。但是，这个过程可能是代价高昂的。
发明内容
上面提出的问题都通过变压器板得到至少部分地解决。在一些实施例中，变压器 板包括基部、第一电路板、具有第一绕组和第二绕组的变压器、第一连接器和第二连接器、 带状电缆和非导电填充材料。基部具有凹陷部，其中第一电路板被定位在所述凹陷部中。变 压器与第一电路板机械联接。第一连接器构造成与在超声流量计压力边界内的传感器电联 接，并具有与变压器的第一绕组电联接的多个电触点。带状电缆在其近端处与变压器的第 二绕组电联接，而在其远端处与第二连接器电联接。第二连接器构造成与第二电路板相联 接。非导电填充材料由所述凹陷部容纳，并封裹了第一电路板、变压器、第二连接器与变压 器的第二绕组的联接头以及带状电缆与变压器的第一绕组的联接头。一些系统的实施例包括超声流量计，所述流量计具有将流体包含于其中的压力边 界、定位于压力边界内的传感器和定位于压力边界外的变压器。变压器构造成在传感器和 信号采集系统之间提供阻抗匹配。一些方法实施例包括使流体穿通超声流量计，所述流量计具有将流体包含于其中 的压力边界，发送由第一传感器产生的声信号，所述声信号穿过流体入射到第二传感器，由 第二传感器响应所述声信号产生电信号，并发送由第一传感器产生的声信号，所述声信号 穿过流体入射到第二传感器。第一传感器和第二传感器被定位于所述压力边界内。变压器 至少部分地在传感器和信号采集系统之间提供阻抗匹配。至少一个实施例是超声计包括管件，所述管件在压力边界内限定流体流动通路； 和第一传感器和第二传感器，所述传感器可操作地与管件联接并位于压力边界内。第一传 感器和第二传感器是彼此可操作的关系。超声计还包括电子外壳，所述电子外壳与管件在 压力边界外联接。信号采集电路板和接近信号采集电路板的变压器板被定位于电子外壳 内。变压器板包括带凹陷部的基部、凹陷部内的电路板、和第一变压器和第二变压器， 所述变压器与电路板机械联接。每个变压器包括第一绕组和第二绕组。第一变压器的第二 绕组与第一传感器电联接，第二变压器的第二绕组与第二传感器电联接。第一变压器的第 一绕组与信号采集板电联接，第二变压器的第一绕组与信号采集板电联接。第一变压器和 第二变压器至少部分地在传感器和信号采集系统之间提供阻抗匹配。非导电填充材料由凹 陷部容纳并封裹了电路板和变压器。前述内容对公开的实施例的特征进行了相当宽泛地概述，以便接下来的细节介绍 能够得到更好理解。其他的特征将会在此后进行介绍，其形成了权利要求的特定主题。标记和术语表特定术语在接下来的介绍中会用到，并且声明指代的是特别的系统部件。正如本 领域技术人员将会理解到的，不同人可能会用不同名称指代一个部件。本文件不打算区分 这些仅名称不同而非功能不同的部件。附图不必要按比例绘制。本发明的特定特征可能按 比例或某种示意性形式放大显示，并且传统部件的一些细节可能不会显示，这些全部都是 为了清楚和简明之需。
在接下来的讨论和权利要求中，表述“包括(including) ”和“包含(comprising) ”
都是按开放式使用，因此应当被理解为“包括但不限于......”。并且，术语“联接
(couple) ”是要表达间接或直接连接的任一种。因此，如果第一装置联接到第二装置的话， 该连接可以是通过直接连接或经由其他装置或连接件的间接连接。
对于各种实施例的细节介绍，现在将要参照的是附图，其中图1是依照在此介绍的原理，带有变压器板的超声流量计透视图；图2是图1的超声流量计的横截面视图，示出了变压器板在流量计压力边界之外 的位置；图3是电子基部外壳的放大横截面视图，变压器板定位于其中；图4示出了变压器板与信号采集板之间的联接；图5示出了变压器板的列式(inline)插孔连接器与插针连接器的联接；图6示出了变压器板与传感器之间的联接；以及图7示出了将电信号从传感器传送到变压器的各种代表性方法实施例。
具体实施例方式接下来的讨论针对的是本发明的各种实施例。本领域技术人员将会理解到接下来 的介绍具有广泛的适用性，并且任何实施例的讨论都仅意味着对实施例的示例，并不是要 暗示出包括权利要求在内的公开内容的范围仅限于该实施例。图1是依照在此公开的原理，带有变压器板的超声流量计透视图。超声流量计100 包括具有穿过其中的轴向流孔(flowbore) 130的管件105和与管件105外表面139联接的 电子基部外壳190。管件105是超声流量计100的壳体，并构造成安置在管线的横断面之 间。流体流动穿过孔130，并且该流体可以本身是腐蚀性的和/或具有极端温度。电子基部 外壳是圆柱形的壳体。但是电子外壳基部190可等效地采用其他物理形状。图2是在图1中示出的超声流量计100的横截面视图。如图所示，管件105还包括 两个传感器端口 165、170，传感器110、115分别被放置在所述端口中。端部连接器137越过 每个传感器端口 165、170与管件105联接。端部连接器137和管件105形成了压力边界， 所述边界含有超声流量计100内的加压流体。在一些实施例中，每个端部连接器137和传 感器110、115是一体成型部件。一个或多个单独导体与每个传感器110、115联接，并在传感器110、115与远程位 置之间传送信号。这些单独的导体被统称为电缆125。在这一示例性实施例中，远程位置是 电子基部外壳190。电缆125从传感器110、115穿过开口 192延伸进入电子外壳基部190。变压器板195和信号采集板200设置在电子外壳基部190内并通过托架203固定 于电子外壳基部190。变压器板195通过插针连接器205与信号采集板200电联接。电缆 125与变压器板195联接。由电缆125从传感器110、115传送的信号被传输穿过变压器板 195和插针连接器205到达信号采集板200，信号可以在所述信号采集板上进行处理。在至 少一些实施例中，信号采集板200是模数转换装置。图3是电子基部外壳190和信号采集板200的横截面视图。变压器板195包括一个或多个变压器210。将变压器210定位在超声流量计100的压力边界外能避免变压器210 暴露于超声流量计100内含有的流体中，该流体可能是腐蚀性的和/或易受极端温度影响。 此外，将变压器210定位在电子外壳基部190内能避免变压器210暴露于有可能损坏变压 器210的周围环境条件下(如天气)。尽管变压器板195，进而以及压器210在图1-3示出 的示例性实施例中定位在电子基部外壳190内，但是变压器板195也可以等效地定位在压 力边界外的任意位置，同时仍与流量计100内的传感器110、115联接。仍参见图3，变压器板195还包括基部240 ；电路板245 ；插针连接器250 ；列式插 孔连接器255、225和带状电缆260。与变压器210机械联接的电路板245定位在基部240 中的凹陷部内。插针连接器250通过针252联接到电路板245，所述针从连接器250的基部 延伸并插入电路板245上的槽中。每个变压器210包括初级绕组和次级绕组。插针连接器 250通过针252联接到变压器210的次级绕组上。带状电缆260联接到变压器210的初级 绕组和列式插孔连接器225之间。电缆125(未示出)可联接到变压器板195的列式插孔 连接器255，这将会介绍到。基部240被两个螺钉275 (在图3中仅有一个可见)机械联接 到托架203上，所述两个螺钉275被拧进定位于基部240相对端处的孔洞270 (在图3中仅 有一个可见)中。基部240是类壳式壳体，所述壳体还包括非导电填充材料265和两个斜截角267， 在图3中仅有一个斜截角可见。非导电填充材料265形成了基部245内的层，所述层围绕、 覆盖和保护了变压器210、电路板245、连接器250与变压器210次级绕组的联接头、以及带 状电缆260与变压器210初级绕组的联接头。在一些实施例中，非导电填充材料265包括 环氧树脂，但其他物质也可以等效地使用。斜截角267能够将变压器板195接近圆柱形电 子外壳基部190内的信号采集板200定位。尽管在示例性实施例中示出的是带有斜截角的 长方形，但是基部240可等效采用其他物理形状。在至少一些实施例中，基部240还包括塑 料。信号采集板200上的插针连接器205能够使变压器板195与信号采集板联接。插 针连接器205通过针282联接到信号采集板200，所述针从连接器205的基部延伸并插入信 号采集板200上的槽中。在这个示例性实施例中，插针连接器205不是变压器板195的部 件。但是，在其他实施例中，插针连接器205可以是变压器板195的部件。图4示出了变压器板195的列式插孔连接器225与插针连接器205，进而与信号采 集板200的联接。插针连接器205包括两个螺纹孔215和多个针220，它们位于沿连接器 205顶部的凹陷部222内。列式插孔连接器225包括两个螺钉230和延长部232，所述延长 部含有沿连接器225基部的多个插孔235。为了使变压器板195与插针连接器205如图3 所示的那样机械联接，连接器225的延长部232插入连接器205的凹陷部222中，而连接器 225的插孔235与连接器205的针220接合。为了保证连接器205、225之间的联接牢固，列 式插孔连接器225的螺钉230被拧进插针连接器205的孔洞215中。一旦以这种方式机械 联接在一起，连接器225还会通过针220与插孔235的电连接，而与连接器205，并进而与信 号采集板200电联接。图5示出了插针连接器250与列式插孔连接器255之间的联接。在一些实施例中， 包括图5所示出的那些，该联接与上面介绍的列式插孔连接器225与插针连接器205的联 接相同或相似。插针连接器250包括两个螺纹孔315和多个针320，它们位于沿连接器250
8顶部的凹陷部322内。列式插孔连接器255包括两个螺钉330和延长部332，所述延长部 含有沿连接器255基部的多个插孔335。为了使列式插孔连接器255与插针连接器250如 图3所示的那样机械联接，连接器255的延长部332插入连接器250的凹陷部322中，而连 接器255的插孔335与连接器250的针320接合。为了保证连接器250，255之间的联接牢 固，列式插孔连接器255的螺钉330被拧进插针连接器250的孔洞315中。一旦以这种方 式机械联接在一起，连接器255还会通过针320与插孔335的电连接，而与连接器250电联 接。图6示出了变压器板195与电缆125，进而与传感器110、115之间的联接。列式插 孔连接器255包括多个开口 280、孔洞285和螺钉287。如上面介绍，电缆125包括许多单 独的导体，它们与传感器110或是与传感器115任一个联接。为了使电缆125与变压器板 195联接，单独的导体，它们共同组成电缆125，每个都被插入列式插孔连接器255内的开口 280中。螺钉287，它们每个一对一位于每个孔洞285内，将导体固定于列式插孔连接器255 内。图7示出了将电信号从传感器110、115传送到变压器板195的变压器210的各种 方法实施例。这些方法实施例从流体穿通超声流量计100的轴向流孔130时开始(方框 710)。声信号由传感器110产生(方框720)。声信号接着穿过流体行进入射到传感器115 上(方框730)。传感器110、115两者都被定位在超声流量计100的压力边界内，例如，在传 感器端口 165、170内。响应声信号，传感器115做出响应产生电信号(方框740)。备选地，声信号可由传感器115产生(方框750)。声信号接着穿过流体行进入射 到传感器110上(方框760)。响应声信号，传感器110做出响应产生电信号(方框770)。不论电信号是由传感器110产生还是由传感器115产生，电信号然后都会传送到 变压器210，所述变压器定位于超声流量计100的压力边界外(方框780)。变压器210至 少部分地在传感器110、115和信号采集装置200之间提供了阻抗匹配(方框790)。由于变压器210被定位于超声流量计100的压力边界外，所以变压器210不会被 暴露在流量计100所含有的流体中，该流体有可能是腐蚀性和/或暴露于极端温度。另外， 电子外壳基部190内接纳变压器210避免了变压器210暴露于围绕流量计100的可能的损 坏性环境条件之下。尽管优选实施例已经被显示和介绍，其修正可能在不脱离此处的范围或教导的情 况下由本领域技术人员做出。此处介绍的实施例仅为示例性的，而非限定性的。对系统和 仪器的许多变型和修正都是有可能的，并且当上面公开的内容被完全理解时这些变型和修 正对本领域技术人员来说会是显而易见的。例如，各种组成部分的相对尺寸、制成各种组成 部分的材料、及其他参数可以是变化的。含在变压器板195中的变压器210数目可以变化。 变压器板195可被定位于超声流量计100压力边界外除安装在流量计管件105上的电子外 壳基部190的部位。相应地，所附权利要求应被解释为涵盖所有这样的变型和修正。
权利要求
一种变压器板，包括基部，其包括凹陷部；第一电路板，其位于所述凹陷部内；变压器，其机械地联接到所述电路板，所述变压器包括第一绕组和第二绕组；第一连接器，其具有多个电触点，所述第一连接器与所述基部机械联接，并且所述电触点与所述变压器的第二绕组电联接，所述第一连接器与在超声流量计的压力边界内的传感器电联接；带状电缆，其具有与所述变压器的第一绕组电联接的近端，并且所述带状电缆具有远端；第二连接器，其与所述所述带状电缆的远端联接，所述第二连接器与第二电路板联接；以及非导电填充材料，其由所述凹陷部容纳，并封裹了所述第一电路板、所述变压器、所述第一连接器与所述第二绕组的联接头和所述带状电缆与所述第一绕组的联接头。
2.如权利要求1所述的变压器板，还包括第三连接器，其与所述第一连接器机械联接，所述第三连接器包括多个电触点，其与所述第一连接器的电触点电联接；和多个开口，每个开口都成形为接纳用于传送来自所述传感器的信号的电导体。
3.如权利要求1所述的变压器板，其中所述非导电填充材料包括环氧树脂。
4.如权利要求1所述的变压器板，其中所述基部是具有至少两个斜截角的长方形。
5.如权利要求1所述的变压器板，其中变压器的数目等于所述超声计所用的传感器的 数目。
6.如权利要求5所述的变压器板，其中存在四个变压器和四个传感器。
7.一种系统，包括超声流量计，其具有将流体包含于其中的压力边界和定位于所述压力边界内的传感 器；和变压器，其定位于所述压力边界外，所述变压器提供在所述传感器与信号采集系统之 间的阻抗匹配。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述变压器定位于基部内，所述基部具有凹陷部，并 且其中所述变压器被非导电填充材料覆盖。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述变压器定位于外壳内，所述外壳放置在所述压 力边界外部。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述超声流量计还包括管件，并且其中所述外壳与 所述管件联接。
11.如权利要求7所述的系统，其中所述信号采集装置是模数转换装置。
12.一种方法，包括令流体通过超声流量计，所述超声流量计具有将流体包含于其中的压力边界； 发送由第一传感器产生的声信号穿过流体入射到第二传感器，其中所述第一传感器和 所述第二传感器定位于所述压力边界内；由所述第二传感器响应所述声信号产生电信号；并且将所述电信号传送到变压器，所述变压器定位于所述压力边界外，所述变压器至少部 分地提供在所述传感器与信号采集装置之间的阻抗匹配。
13.如权利要求12所述的方法，还包括将所述电信号从所述变压器传送到所述信号采集装装置。
14.如权利要求13所述的方法，还包括由所述信号采集装置处理所述电信号。
15.如权利要求12所述的方法，其中传送过程包括沿电缆将所述电信号从所述第二传 感器传输到与所述变压器联接的连接器。
16.如权利要求12所述的方法，其中传送过程还包括传送到所述变压器的过程，所述 变压器定位于外壳内，所述外壳放置在所述超声流量计外部。
17.一种超声计，包括管件，其限定在压力边界内的流体流动通路；第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器以可操作的方式与所述管件 联接并位于所述压力边界内，所述第一传感器和第二传感器是彼此可操作的关系； 电子外壳，其联接到所述管件，所述电子外壳处于所述压力边界外； 信号采集电路板，其定位于所述电子外壳内；变压器板，其接近所述信号采集电路板定位于所述电子外壳内，所述变压器板包括 基部，其包括凹陷部； 电路板，其位于凹陷部内；第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和第二变压器与所述电路板机械联接，每 个变压器包括第一绕组和第二绕组；所述第一变压器的所述第二绕组与所述第一传感器电联接，所述第二变压器的第二绕 组与所述第二传感器电联接；所述第一变压器的所述第一绕组与所述信号采集板电联接，所述第二变压器的第一绕 组与所述信号采集板电联接；所述第一变压器和第二变压器至少部分地提供在所述传感器与所述信号采集板之间 的阻抗匹配；和非导电填充材料，其由所述凹陷部容纳，并封裹了所述电路板和变压器。
18.如权利要求17所述的超声计，其中所述基部是从由以下组成的组中选出的至少一 个长方形；带至少两个斜截角的长方形；和梯形。
19.如权利要求17所述的超声计，其中所述非导电填充材料包括环氧树脂。
20.如权利要求17所述的超声计，其中所述变压器板与所述电子外壳机械联接。
21.如权利要求17所述的超声计，还包括第一连接器，所述第一连接器电联接在所述 第一传感器和第二传感器中的至少一个与所述第一变压器和第二变压器的第二绕组之间。
22.如权利要求21所述的超声计，还包括第二连接器，所述第二连接器电联接在所述 第一传感器和第二传感器中的至少一个与所述第一变压器和第二变压器的第二绕组之间， 并联接到所述第一连接器。
23.如权利要求17所述的超声计，还包括带状电缆，所述带状电缆电联接在所述第一 变压器和第二变压器的第一绕组与所述信号采集板之间。
24.如权利要求23所述的超声计，还包括连接器，所述连接器电联接在所述带状电缆与所述信号采集板之间。
全文摘要
公开了一种变压器板。在一些实施例中，变压器板包括基部、电路板、具有第一绕组和第二绕组的变压器、第一连接器和第二连接器、带状电缆和非导电填充材料。基部具有凹陷部，电路板定位在该凹陷部中。变压器与电路板机械联接。第一连接器构造成与在超声流量计的压力边界内的传感器电联接，并与变压器的第二绕组电联接。带状电缆在变压器的第一绕组与第二连接器之间电联接。非导电填充材料由凹陷部容纳，并封裹了电路板、变压器、第一连接器与变压器的第二绕组的联接头和带状电缆与变压器的第一绕组的联接头。
文档编号A61B8/00GK101917909SQ200880124373
公开日2010年12月15日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年1月8日
发明者查尔斯·罗伯特·阿兰 申请人:丹尼尔度量和控制公司