超声波流量计和具有隔离的变压器舱的换能器组件的制作方法

专利名称：超声波流量计和具有隔离的变压器舱的换能器组件的制作方法
超声波流量计和具有隔离的变压器舱的换能器组件 关于联邦政府资助的研究或研发的声明不适用。
背景技术：
多种实施方式涉及超声波流量计并且特别涉及在超声波流量计中使用的换能器组件。在已将碳氢化合物从地面移除之后，(液相的或气相的)流体流经由管路输送至各处。所期望的是，精确地获知该流中流动的流体的数量，并且当流体正在转手时，或在“密闭输送”期间，要求特别的精度。然而，即使是在没有发生密闭输送的地方，测量精度也是所期望的，并且在这些情形中可使用超声波流量计。超声波流量计包括两个或更多个换能器组件，每个换能器组件紧固在流量计的本体或管段中的端口的内侧。为了在流量计内容纳输送的流体，在管段中的每个换能器端口的外端上紧固有端部连接器。由此，管段和端部换能器形成压力边界，该压力边界容纳流动通过该流量计的流体。为了测量通过流量计的流体流量，沿着管段的内表面设置有一对换能器组件，使得每个换能器组件彼此面对。每个换能器组件包括压电元件，并且当将交流电施加至第一换能器组件的压电元件时，该压电元件通过在正被输送通过流量计的流体中发射超声波而作出响应。当波入射到第二换能器组件的压电元件上时，该换能器组件通过产生电信号而作出响应。一段时间之后，将交流电施加至第二换能器组件的压电元件，并且该压电元件通过将超声波发射通过流量计中的流体而作出响应。当波入射到第一换能器组件的压电元件上时，该换能器组件通过产生电信号而作出响应。这样一来，换能器组件越过流体流来回地发送和接收信号。每个换能器组件连接至缆线，该缆线穿过端部连接器延伸至管段的外部及诸如通常安装至管段的外部的电子器件罩壳之类的远程位置。缆线将由压电元件产生的信号承载至设置在电子器件罩壳内的采集板，信号可在采集板上进行处理并随后用于确定通过流量计的流体流速。当不处于使用中时，换能器组件中的压电元件可累积电荷。该电荷对在流量计上执行维护的人员存在危险。为了降低维护人员的风险，通常将每个压电元件联接至变压器，该变压器除了下述功能之外，还为由压电元件产生的电荷提供放电路径。变压器还在压电元件与最终接收由压电元件产生的信号的采集装置之间提供抗阻匹配。由此，压电元件和变压器是配对的。因此，变压器通常被设置在换能器组件内。利用大多数的传统设计，当压电元件或变压器需要更换时，整个换能器组件被从管段中的端口上移除，这在将端部连接器移除以触及换能器组件时，通常使得穿过管段的流体流的所不期望的中断成为必需。此外，在许多传统的换能器组件中，换能器组件内的变压器和/或在变压器与压电元件之间的电气连接易于受到在与压电元件所经历的条件相同的条件中的暴露的影响。当变压器或电气连接并不设计用于与压电元件相同的条件时，这种暴露并不是所期望的。例如，穿过流量计的流体可以是腐蚀性的。尽管压电元件可与腐蚀性的条件相容，但变压器可能不与腐蚀性的条件相容。在这种情况下，腐蚀性的流体会损坏变压器和相关联的布线。改善给予流体的超声波信号的质量的机构可改善测量精度。而且，流量计的部件的磨损、破裂、和部件老化(例如，由正被测量的流体的腐蚀性导致)会相当大地缩短该装置的寿命，并且由此，任何提高流量计及其部件的耐用性和/或寿命的设备、方法或系统会是所期望的。最后，超声波流量计可安装在恶劣的环境中，并且由此，任何缩短维修时间并且如果可能的话改善性能的机构会是所期望的。

发明内容
通过一种用于测量通过管路的流体的流量的超声波流量计在一个实施方式中满足现有技术中的这些和其它需要。在一实施方式中，该流量计包括管段，该管段包括通孔和换能器端口，该换能器端口从管段的外表面延伸至通孔。另外，该流量计包括设置在换能器端口中的换能器组件。该换能器组件具有中央轴线并且包括换能器保持器，该换能器保持器具有邻近管段的通孔的第一端部以及远离管段的通孔的第二端部。此外，换能器组件包 括压电舱，该压电舱包括压电元件。该压电舱联接至换能器保持器并从换能器保持器的第一端部大致轴向地延伸。此外，换能器组件包括变压器舱，该变压器舱包括变压器。变压器舱联接至换能器保持器并与压电舱轴向地间隔开。通过一种用于测量通过管路的流体的流量的超声波流量计在另一实施方式中满足现有技术中的这些和其它需要。在一实施方式中，该流量计包括管段，该管段包括通孔和多个换能器端口，该多个换能器端口从管段的外表面延伸至通孔。另外，该流量计包括设置在换能器端口中的一个中的换能器组件。换能器组件具有中央轴线并且包括压电舱，该压电舱具有邻近管段的通孔的第一端部以及远离管段的通孔的第二端部。该压电舱包括在第一端部与第二端部之间延伸的压电壳体。该压电壳体包括从第一端部轴向地延伸的第一沉孔。此外，该压电舱包括设置在第一沉孔中邻近第一端部的压电元件。而且，该换能器组件包括联接至压电舱的变压器舱。变压器舱包括变压器壳体和设置在变压器壳体内的变压器。此外，该换能器组件包括环形密封组件，该环形密封组件径向地设置在换能器组件与管段之间，并轴向地设置在变压器舱与管段的通孔之间。该密封组件阻止流体通过换能器端口在管段的通孔与变压器舱之间的流动。通过一种用于测量通过管路的流体的流量的超声波流量计在另一实施方式中满足现有技术中的这些和其它需要。在一实施方式中，该方法包括将管段联接至管路。该管段包括通孔和从管段的外表面延伸至通孔的换能器端口。另外，该方法包括使流体流动通过管段的通孔。此外，该方法包括组装气体超声波换能器组件。该换能器组件具有中央轴线并且包括联接至管段的压电舱。该压电舱包括压电壳体和设置在压电壳体中的压电元件。此外，换能器组件包括联接至压电舱的变压器舱。该变压器舱包括变压器壳体和设置在变压器壳体中的变压器，并且将变压器电联接至压电元件。此外，该方法包括设置组装在换能器端口中的换能器。而且，该方法包括使压电舱暴露于在管段的通孔中流动的流体。另外，该方法包括将变压器舱与在管段的通孔中流动的流体隔离。由此，于此所述的实施方式包括意在应对与某些现有装置、系统、和方法相关联的多种缺点的特征和优点的结合。一旦所属领域技术人员参照附图阅读详细的说明，上述多种特性及其它特征将易于变得明白。


为了对本发明的示例性实施方式进行详细的说明，现将参照附图进行说明，在附图中图IA为超声波流量计的实施方式的截面俯视图；图IB为图IA的流量计的端部；图IC为图IA的流量计的俯视不意图；
图2为根据于此所述的原理的超声波流量计的实施方式的立体图；图3为设置在图2的超声波流量计的换能器端口中的一个中的气体超声波换能器组件的实施方式的放大的局部截面图；图4为图3的气体超声波换能器组件的放大的局部截面图；图5和图6为图2的压电舱的放大的截面图；图7和8为图2的变压器舱的放大的截面图；图9为图2的变压器舱衬套(spacer)的立体图；图10为图2的接受器舱的分解视图；图11和12为图2的接收器舱的放大的截面图；图13为图2的接收器舱的端视立体图；图14为设置在图2的超声波流量计的换能器端口中的一个中的气体超声波换能器组件的实施方式的放大的局部截面图；图15为图14的压电舱的放大的截面图；图16为图14的压电舱的端视图；图17为根据于此所述的原理的超声波流量计的实施方式的截面图；图18为根据于此所述的原理的超声波流量计的实施方式的截面图。
具体实施例方式下列讨论涉及本发明的多种实施方式。尽管这些实施方式中的一个或更多个是目前优选的，但所公开的实施方式不应当被认为是、或另外被用作限制包括权利要求在内的本公开的范围。另外，所属领域技术人员将理解，下列说明具有广泛的应用，并且对任何实施方式进行的讨论仅意味着是该实施方式的示例，而不意在表示将包括权利要求在内的本公开的范围限制于该实施方式。特定的术语贯穿于下列说明和权利要求使用以指示特定的特征或部件。如所属领域技术人员将会了解到的那样，不同的人可能以不同的名字来指示同一特征或部件。本文献并不意在对名字不同但功能并非不同的部件或特征进行区分。附图无需按比例绘制。此处的特定特征或部件可以放大的比例夸大或以略微示意性的形式示出，并且出于清楚和简要的目的，传统元件的一些细节可不被示出。在下列讨论中并且在权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式的方式使用，并且由此应当被解释为意指“包含，但不限于…”。同样，术语“联接”或“联结”被解释为意值间接的连接或直接的连接。由此，如果第一装置联接至第二装置，该连接可通过直接连接、或通过经由其它装置、部件和连接件的间接连接。另外，如于此所使用的那样，术语“轴向的”和“轴向地”通常意指沿着或平行于中央轴线(例如，本体或端口的中央轴线)，而术语“径向的”和“径向地”通常意指垂直于该中央轴线。例如，轴向距离指的是沿着或平行于中央轴线测量到的距离，而径向距离指的是垂直于中央轴线测量到的距离。图IA和IB示出了超声波流量计10的实施方式，以说明多种部件和关系。适于放置在管路的区段之间的管段11具有预定的尺寸并限定测量过的流体(例如，气体和/或液体)流动通过的中央通道。一对说明性的换能器12和13、以及它们各自的壳体14和16沿管段11的长度设置。换能器12和13为声收发器，并且更特别地为超声波收发器，从而意指它们既产生又接收频率超过约20千赫的声能。声能可由每个换能器中的压电元件产生和接收。为了产生声信号，压电元件经由正弦信号电力地受到刺激，并且它通过振动作出响应。压电元件的振动产生声信号，该声信号通过测量过的流体行进至换能器对的对应的换能器。同样，一旦被声能(即，声信号和其它噪声信号)冲击，接收中的压电兀件振动并产生正弦电信号，该正弦电信号由与流量计相关联的电子设备进行检测、数字化处理、和分析。有时候称之为“弦”的路径17存在于说明性的换能器12与13之间，与中心线20成角度9。“弦”17的长度为在换能器12的正面与换能器13的正面之间的距离。点18和19限定由换能器12和13产生的声信号进入和离开流动通过管段11的流体的位置(即，管段钻孔的入口)。换能器12和13的位置可被角度e、被在换能器12与13之间测量到的第一长度L、与在点18与19之间的轴向距尚相对应的第二长度X、以及与管道内径相对应的第三长度“d”限定。在大多数情况中，距离d、X和L在流量计制造期间被精确地确定。此夕卜，无论流量计的尺寸(即，管段尺寸)如何，诸如换能器12和13之类的换能器通常被分别设置在与点18和19相距特定距离处。诸如天然气之类的流体以速度剖面23在方向22上流动。速度矢量24-29表明了通过管段11的速度朝向中心线20增大。
最初，下游换能器12产生声信号，该声信号越过管段11中的流体传播，并且随后入射到上游换能器13并由上游换能器13进行检测。短时间之后(例如，数毫秒内)，上游换能器13产生返回声信号，该返回声信号越过管段11中的流体向后传播，并且随后入射到下游换能器12并由下游换能器12进行检测。由此，换能器12和13沿着弦路径17利用信号30进行“收和发”。在操作期间，该场景每分钟可发生数千次。声信号30在换能器12与13之间的传播时间部分取决于该声信号30是关于流体流正在逆流地行进还是顺流地行进。声信号顺流地(即，在与流体流动相同的方向上)行进的传播时间比其逆流地(即，逆向于流体流动)行进时的传播时间短。逆流传播时间和顺流传播时间可用于计算沿信号路径的平均速度和测量过的流体中的声速。超声波流量计可具有一个或更多个声信号路径。图IB示出了超声波流量计10的一端的正视图。如图IB中所示，超声波流量计10实际上包括在管段11内处于不同高度处的四个弦路径A、B、C和D。每个弦路径A-D与交替地表现为发送器和接收器的换能器对相对应。同样示出的是控制电子仪器组件或罩壳40，该控制电子仪器组件或罩壳40获取并处理来自四个弦路径A-D的数据。图IB中的视图中所隐藏的是对应于弦路径A-D的四对换能器。参照图1C，可更为容易地理解四对换能器的布置。四对换能器端口安装在管段11上。每对换能器端口与图IB的单个弦路径相对应。第一对换能器端口 14和15包括换能器12和13 (图1A)。换能器安装成与管段11的中心线20成非垂直的角度0。另一对换能器端口 34和35 (在图中仅部分地示出)和相关联的换能器安装成使得它的弦路径关于换能器端口 14和15的弦路径随意地形成为“X”形。同样，换能器端口 38和39放置成平行于换能器端口 34和35，但处于不同的“高度”(即，管道或流量计管段中的不同的径向位置)处。在图IC中未明确示出的是四对换能器和换能器端口。将图IB和IC联系在一起，成对的换能器设置成使得与弦A和B相对应的上面两对换能器形成“X”形，而与弦C和D相对应的下面两对换能器也形成“X”形。流体的流速可于每个弦A-D处加以确定以获得弦流速，并且将弦流速相结合以确定在整个管道上的平均流速。通过平均流速，可确定在管段中流动的流体的数量，并由此确定在管路中流动的流体的数量。现在参见图2和3，分别示出了用于测量管路中的流体流速的超声波流量计100的立体图和局部截面图。超声波流量计100包括本体或管段105、多个气体超声波换能器组件200、导线或缆线125、以及可拆卸的缆线盖120，该导线或缆线125从每个换能器组件200延伸至联接于管段105的顶部的电子仪器组件40。
管段105是用于超声波流量计100的壳体并被构造成用于放置在管路的区段之间。管段105具有中央轴线110并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之间延伸的流体流道或通孔130、和多个从管段105的外表面延伸至通孔130的换能器端口 165。在该实施方式中，端部105a、b各自包括凸缘，该凸缘在管路的各个管道节段之间将管段105轴向地联接成首尾相连。水平基准面111经过中央轴线110并通常将管段105划分成上半部和下半部。最佳如图2中所示，管段105还包括多个换能器凸台135，这多个换能器凸台135通常沿着它的外部圆周竖直地延伸。每个凸台135设置成使得它与两个竖直间隔的换能器端口 165的径向外端部165b相交。每个缆线125在凸台135中的一个内从换能器组件200中的一个延伸至电子仪器组件40。由于两个换能器端口 165与每个凸台135相交，因此，两个缆线125在每个凸台135内垂直地延伸。每个换能器凸台135还包括凹进的正面140、侧部145、150、和侧部沟槽155、160。正面140和侧部145、150在其之间限定容置缆线125的凹处175。侧部沟槽155、160分别沿着侧部145、150的彼此面对并且面对凹处175的表面延伸。在将缆线125设置在换能器凸台135的凹处175内的情况下，将横向侧盖120插入到沟槽155、160中，并滑动地推进经过沟槽155、160，从而覆盖住缆线125并保护它们使其免受管段105外部的环境的影响。在于2007年6月15日提交的名称为“用于超声波流量计的缆线盖(Cable Cover for anUltrasonic Flow Meter)”的美国专利申请序列No. 11/763，783中公开了适用的盖的示例，以参引的方式为了所有的目的而将该美国专利申请的全部合并到本文中。在一些实施方式中，管段105为铸件，在该铸件中机加工出换能器端口 165。凹处175也通过机加工工艺形成所需的尺寸。正面140的宽度比换能器端口 165的直径大。凹处175的深度足以允许将侧部沟槽155、160机加工到换能器凸台135以及凹处175本身的侧面145、150之中，并且该深度足以容置缆线125。在一些实施方式中，侧部沟槽155、160为具有方角的三面沟槽。在其它实施方式中，侧部沟槽155、160可为仅具有两个侧部的半-燕尾槽，其中，第一侧部平行于换能器凸台135的正面140，并且第二侧部被定向为与第一侧部成小于90度的角度。而且，在侧部沟槽155、160为半-燕尾槽的实施方式中，侧部145、150与正面140所成的角度可小于或大于90度。最佳如图3中所示，在每个换能器端口 165内设置有一个换能器组件200。每个换能器端口 165具有中央轴线166并从通孔130处的径向内部(相对于轴线110)或第一端部165a经过管段105延伸至管段105的外表面处的径向外部(相对于轴线110)或第二端部165b。在该实施方式中，每个换能器端口 165通常为水平的。换言之，每个换能器端口165的中央轴线166位于通常平行于基准面111的平面中。虽然每个换能器端口 165的中央轴线166的投影可不必与管段105的中央轴线110相交，但出于简化的目的，可相对于轴线110描述多种特征和部件的径向位置，通常理解的是，“径向内部”(相对于轴线110)指的是通常邻近轴线110和钻孔130的位置，并且“径向外部”(相对于轴线110)指的是通常远离轴线110和钻孔130的位置。每个换能器端口 165的内表面包括在端部165a、b之间的环形肩部167以及轴向地(相对于轴线166)设置在肩部167与第一端部165a之间的内螺纹169。如将在下文中更 为详细描述的那样，肩部167帮助将换能器组件200设置在端口 165内，并且螺纹169接合换能器组件200上的匹配螺纹，从而将换能器组件200螺纹地联接至端口 165和管段105。再次参见图2和3，在使用期间，流体流动通过管路和通孔130。换能器组件200经过在通孔130中的流体流来回地发送声信号。特别地，换能器组件200设置成使得从一个换能器组件200行进至另一换能器组件的声信号与流动通过流量计100的流体以相对于中央轴线110成锐角的方式交叉。电子仪器组件40联接至管段105的顶部，向传感器组件200提供动力，并经由在其间延伸的缆线125接收来自换能器组件200的信号。一旦接收了来自换能器组件200的信号，电子仪器组件就处理该信号以确定经过流量计100的钻孔130的产品的流体流速。现在参见图3，气体超声波换能器组件200同轴地设置在端口 165内并从通孔130延伸至凸台135的凹处175。由此，换能器组件200具有中央或纵向轴线205，当将换能器组件200联接至端口 165内的管段105时，该中央或纵向轴线205通常与端口 165的中央轴线166重合。从管段105的通孔130径向向外移动，换能器组件200包括压电舱210、换能器保持器230、变压器舱250、多个变压器舱衬套270、接收舱300、以及电联接器290。压电舱210、换能器保持器230、变压器舱250、变压器舱衬套270、和接收舱300首尾相连地轴向联接并相对于轴线166、205同轴地定向。由此，压电舱210、换能器保持器230、变压器舱250、变压器舱衬套270、和接收舱300都具有通常与轴线205、166重合的中央轴线。出于简洁的目的，轴线166、205于此用以限定换能器组件200的多种结构元件和部件的轴向位置，了解到的是，每个单独的部件具有当组装到换能器组件200中时通常与轴线205重合、并且当安装在端口 165中时通常与轴线166重合的中央轴线。现在参见图3-6，压电舱210具有邻近钻孔130的径向内部(相对于轴线110)或第一端部210a、远离钻孔130的径向外部(相对于轴线110)或第二端部210b，并且包括本体或壳体211、压电元件212、匹配层214、以及电连接器216。在图3_5中，压电舱210被示出为具有匹配层214 (例如，在匹配层214的安装之后)，并且在图6中，压电舱210被示出为不具有匹配层214 (例如，在包括匹配层214之前)。壳体211在端部210a、b之间轴向地(相对于轴线205)延伸，并且由此，也可被描述为具有通常分别与端部210a、b重合的第一端部211a和第二端部211b。压电舱210的第一端部210a和壳体211的第一端部211a分别轴向地(相对于轴线166、205)延伸至钻孔130并且暴露于在通孔130内流动的流体。另外，壳体211的第一端部211a包括从第一端部211a轴向地(相对于轴线205)延伸的沉孔213。压电元件212同轴地设置在沉孔213中邻近第一端部211a和钻孔130。压电元件212为压电材料，该压电材料响应于施加的机械应力而产生电势，并且响应于施加的电场而产生机械应力和/或应变。更具体地，压电元件212响应于声信号产生电势即相关联的电流,并且响应于施加的电势和相关联的电流产生声信号。通常，压电元件212可包括诸如压电晶体或陶瓷之类的任何适合的压电材料。然而，在该实施方式中，压电元件212为压电晶体。匹配层214填充沉孔213的剩余部分并完全地环绕或包裹住压电元件212。匹配层(例如，匹配层214)可包括诸如塑料、金属、玻璃、陶瓷、环氧树脂、粉末填充的环氧树脂、橡胶、或粉末填充的橡胶之类的任何适合的材料。在该实施方式中，匹配层214包括注入到沉孔213中并以流体的形式围绕并越过该压电元件212并且允许凝固和硬化的环氧树脂。无论匹配层(例如，匹配层214)的材料如何，该匹配层在压电元件(例如，压电元件212)与 流动通过流量计的流体(例如，在流量计100的钻孔130中流动的流体)之间提供声耦合。根据于此公开的某些实施方式，声匹配层具有位于压电元件的声匹配层与在流量计内的流体之间的声抗阻。利用在压电元件的匹配层与在流量计中的流体之间的匹配层的声抗阻，改善了超声波信号的质量(例如，更大的振幅和更快的上升时间)。依然参见图3-6，匹配层214和压电元件212在沉孔213内联接至壳体211。通常，匹配层214可通过包括但不限于焊接、过盈配合或弹簧配合、匹配螺纹的啮合、声联接器油、油脂或粘合剂之类的任何适合的方式联接至壳体211。在该实施方式中，匹配层214通过环氧树脂的粘合剂直接地连接至壳体211的沉孔213的内部圆筒形表面。最佳如图5和6中所示，电连接器216设置于压电舱210的第二端部210b处并联接至壳体211的第二端部211b。特别地，壳体211的第二端部211b包括从第二端部211b轴向地(相对于轴线205)延伸的沉孔215。电连接器216表面安装至设置在沉孔215中的电路板217并从该电路板217轴向地(相对于轴线205)延伸。在该实施方式中，电连接器216为凹形的同轴缆线接收器或插口。通常，“同轴缆线”连接器(例如，凸形的同轴缆线连接器、凹形的同轴缆线连接器、同轴缆线插口、同轴缆线接收器等)为构造成并设计用于同轴用途、或同轴缆线、缆线和联接器。同轴缆线和联接器包括被管状的绝缘层环绕的内部电导体，该管状的绝缘层通常由具有高介电常数的材料构成，并且所有的同轴缆线和联接器都被导电层(通常由柔韧的细织线构成，或由薄金属箔构成)环绕，并最终在外部上覆盖薄的绝缘层。由此，同轴缆线和联接器包括径向内部导体和径向外部导体，该径向外部导体与内部导体是同心的并且通过管状的绝缘层与内部导体径向地间隔开。两条引线或导线(未示出)将压电元件212电联接至电路板217和电连接器216。在压电舱210中的电路板217优选地包括位于在两个压电引线之间的电阻，以在将压电舱210与变压器舱250分离时，允许在压电元件212中的电荷安全地放电。在该实施方式中，电路板217包括在两个压电引线之间的一兆欧电阻(未示出)，以在将压电舱210与变压器舱250分离时，允许在压电元件212中的电荷安全地放电。电路板217和电连接器216通过填充材料218相对于壳体211刚性地保持在适当的位置中，该填充材料218填充沉孔215的剩余部分并且围绕电连接器216的周界设置。在图5中，将压电舱210示出为具有填充材料218 (例如，在将填充材料218安装在沉孔213中之后)，并且在图6中，将压电舱210示出为没有填充材料218 (例如，在将填充材料218包括在沉孔213中之前)。通常，填充材料(例如，填充材料218)可包括诸如塑料或环氧树脂之类的任何适合的材料。填充材料218优选地与电路板217、电连接器216、沉孔215中的任何电阻和引线、以及壳体211形成粘结结合，以将这些部件中的每个刚性地保持在适当的位置中。在该实施方式中，填充材料218为类似于匹配层214的刚性的环氧树脂。仍然参照图3-6，壳体211的径向(相对于轴线205)外表面包括处于第二端部211b处的外螺纹221、位于端部211a、b之间的环形凸缘222、以及在螺纹221与凸缘222之间轴向地(相对于轴线205)设置成邻近于凸缘222的环形凹部或沟槽223。最佳如图3和4中所示，环形沟槽223和设置在其中的环形密封构件225限定径向地(相对于轴线205)设置在壳体211与换能器保持器230之间的密封组件227。密封组件227在壳体211与换能器保持器230之间形成环形密封，并限制和/或防止流体在换能器保持器230与壳体211之间的轴向流动(例如，相对于轴线205)。例如，密封组件227限制和/或防止钻孔130中的流体在壳体211与换能器保持器230之间流动。在该实施方式中，环形密封构件225为弹性的0形圈密封件，一旦组装，该环形密封构件225就在壳体211与换能器保持器230之间 被径向压缩。现在参见图3和4，换能器保持器230具有邻近钻孔130的径向内部(相对于轴线110)或第一端部230a、以及远离钻孔130的径向外部(相对于轴线110)或第二端部230b。每个端部230a、b分别包括具有内螺纹232、234的沉孔231、233。沉孔231、233分别从端部230a、230b轴向地(相对于轴线205)延伸。压电舱210的第二端部210b经由匹配螺纹221,232被沉孔231螺纹地接收，并且如将在下文中更为详细地所述，变压器舱250被沉孔233螺纹地接收。匹配螺纹221、232的啮合优选地足以抵抗由截留的会已随时间的流逝而不期望地渗透密封组件227的压电流体产生的潜在的力。螺纹221、232的这种坚固的啮合在将换能器保持器230和压电舱210从端口 165上移除时或在降低钻孔130内的压力时会是重要的。当将压电舱210从换能器保持器230上松脱时，任何截留在换能器保持器230与压电舱210之间的气体可在密封组件227的周围排出。电联接器235同轴地设置在通孔236中，该通孔236轴向地(相对于轴线205)延伸经过沉孔231、233之间的换能器保持器230。联接器235包括分别连接至压电舱210和变压器舱230的端部235a、b。联接器235将压电舱210与变压器舱230电联接并允许关于在钻孔130中从压电舱210流至变压器舱250的流体的数据的通信。在该实施方式中，电联接器235为同轴的或“同轴缆线的”联接器，该联接器包括处于每个端部235a、b处的同轴缆线连接器。如将在下文中更为详细地描述的那样，在该实施方式中，端部235a、b处的同轴缆线连接器都是凸形的同轴缆线连接器，该凸形的同轴缆线连接器在变压器舱250和压电舱210中匹配并接合对应的凹形同轴缆线连接器。 仍然参见图3和4，在电联接器235与换能器保持器230之间形成环形密封件242，从而限制和/或防止流体在联接器235与换能器保持器230之间的轴向流动(相对于轴线205)。形成在联接器235与换能器保持器230之间的环形密封件242优选地足以经受住钻孔130中的预期流体压力，该预期流体压力通常在约Ipsi与10，OOOpsi之间。因此，如果钻孔130内的加压流体随时间的流逝而渗透或旁路经过密封组件227，则环形密封件242还提供了另一屏障以限制和/或防止钻孔130中的流体到达变压器舱250、衬套270、接收器舱300以及流量计100外部的环境。在该实施方式中，密封件242为处于联接器235与换能器保持器230之间的玻璃密封件。换能器保持器230的径向外(相对于轴线205)表面包括邻近第二端部230b的环形肩部237、设置在肩部237与第一端部230b之间的外螺纹238、以及轴向地(相对于轴线205)设置在外螺纹238与第一端部230a之间的多个环形凹部或沟槽239。环形密封构件241设置在每个沟槽239中。沟槽239和设置在其中的密封件241 —起限定径向地(相对于轴线205)设置在换能器保持器230与管段105之间的密封组件240。密封组件240限制和/或防止流体在换能器保持器230与管段105之间的轴向流动(相对于轴线205)。因此，密封组件限制和/防止钻孔130中的流体在换能器保持器230与管段105之间流动。在该实施方式中，每个环形密封构件241为弹性的0形圈密封件，一旦组装，该其环形密封构件241在管段105与换能器保持器230之间被径向地压缩。如前所述，密封组件227限制和/或防止流体(例如，在钻孔130中流动的流体)在 换能器保持器230与壳体211之间的流动，环形密封件242限制和/防止流体在联接件235与换能器保持器230之间的轴向流动(相对于轴线205)，并且密封组件240限制和/或防止流体在换能器保持器230与管段105之间的流动。由此，密封组件227、密封组件240和密封件242 —起工作以限制和/或防止钻孔130中的潜在危险的、污染性的、或腐蚀性的流体经由端口 165从钻孔130泄漏。限制和/或防止流体从钻孔130流动通过端口 165在钻孔130中的流体包含有毒的和/或有害的物质(例如，该流体是包含硫化氢的碳氢化合物流)的情况下是特别重要的。密封组件227、密封组件240、和密封件242也起作用以维持在管段105外部的周围环境与钻孔130中的压电流体之间的压力差。由此，虽然压电舱210暴露于钻孔130中的流体以及相关的压力，但是变压器舱250、衬套270和接收器舱300与钻孔130内的流体和压力隔离。特别地，变压器舱250、衬套270、和接收器舱300仅仅经受管段105外部的周围环境。换能器保持器130经由匹配螺纹169、238螺纹地联接至管段105，并且换能器保持器230的环形肩部237接合端口 165的环形肩部167。在组装期间，换能器保持器230被旋拧并轴向地(相对于轴线166)推进到端口 165中直到肩部167、237接合，从而防止换能器保持器230 (和换能器组件200)到端口 165中的继续的轴向推进。由此，端口 165中的肩部167限定换能器保持器230 (和换能器组件200)在端口 165内的轴向位置。现在参见图3、4、7和8，变压器舱250具有径向内部(相对于轴线110)或第一端部250a和径向外部(相对于轴线110)或第二端部250b，并包括本体或壳体251、变压器252、和电连接器253。壳体251在端部250a、b之间轴向地延伸(相对于轴线205)，并且由此，也可被描述为具有分别与端部250a、b重合的第一端部251a和第二端部251b。另外,壳体251包括在端部251a、b之间轴向地延伸(相对于轴线205)的通孔254。最佳如图7和8中所不，电连接器253设置于变压器舱250的第一端部250a处并联接至壳体251的第一端部251a。特别地，电连接器253表面安装至设置在通孔254中的电路板255并从该电路板255上轴向地延伸(相对于轴线205)。在该实施方式中，电连接器253为凹形的同轴缆线接收器或插口。第一对引线或导线(未示出)将变压器252电联接至电路板255和电连接器253，并且第二对引线或导线(未示出)电联接变压器252和接收器舱300。通常，变压器252匹配压电元件212对电子设备的阻抗。电路板255和电连接器253通过填充材料256在通孔254内相对于壳体251刚性地保持在适当的位置中，该填充材料256填充通孔254的剩余部分。在图7中，将变压器舱250示出为具有填充材料256 (例如，在将填充材料256安装在通孔254中之后)，并且在图8中，将变压器舱210示出为没有填充材料256(例如，在将填充材料256包括在通孔254中之前)。通常，填充材料(例如，填充材料256)可包括诸如塑料或环氧树脂之类的任何适合的材料。填充材料256优选地在电路板255、电连 接器253、引线、与壳体251之间形成粘结结合，该粘结结合足以将这些部件刚性地保持在适当的位置中。在该实施方式中，填充材料256为类似于匹配层214的刚性的环氧树脂。仍然参照图3、4、7和8,壳体256的径向外(相对于轴线205)表面包括处于第二端部251b处的凹口或凹部257、处于端部251a、b之间的外螺纹、以及邻近第一端部251a的多个平面状的平坦部。具体地，外螺纹258轴向地设置(相对于轴线205)在第二端部251b与平坦部259之间，并且平坦部259轴向地设置(相对于轴线205)在外螺纹258与第一端部251a之间。在该实施方式中，成角度地间隔开180°的两个平坦部259设置在壳体251上。通常，平坦部259提供相对的平坦表面用于变压器舱250与扳手的接合和夹紧，该扳手可用于相对于其它部件旋转变压器舱250。壳体251的径向内表面(相对于轴线205)包括处于第二端部251b处的内螺纹261。最佳如图3和4中所示以及如前所述，电联接器235设置在通孔236中并在压电舱210与变压器舱250之间延伸。同轴缆线联接器的每个端部235a、b分别与电连接器216、253接合并匹配，从而电联接压电舱210与变压器舱250。特别地，变压器舱250经由匹配螺纹234、258螺纹地推进到换能器保持器230的沉孔233中，直至将凸形的同轴缆线连接器235b充分地接收并安置在匹配的电连接器253中。同样，变压器舱210的第二端部210b经由匹配螺纹221、232螺纹地推进到换能器保持器230的沉孔231中，直至将凸形的同轴缆线连接器235a充分地接收并安置在匹配的电连接器216中。由此，压电舱210和变压器舱250通过电联接器235轴向地间隔开(相对于轴线205)。现在参见图3、4和9，每个大致呈圆筒形的衬套270具有径向内部(相对于轴线110)或第一端部270a、径向外部(相对于轴线110)或第二端部270b，并包括在端部270a、b之间延伸的通孔271。第一端部270a包括外螺纹272，并且第二端部270b包括内螺纹273。另外，每个衬套270的径向外表面(相对于轴线205)包括凹部或凹口 274、多个平面状的平坦部275、以及环形环或凸缘276。凹口 274和平坦部275设置于第二端部270b，而环形凸缘276设置成邻近第一端部270a。凹口 274和平坦部275每个都从第二端部270b轴向地延伸(相对于轴线205)。在该实施方式中，成角度地间隔开180°的两个平坦部275设置在每个衬套270上。通常，平坦部275提供相对的平坦的表面用于衬套270与扳手的接合和夹紧，该扳手可用于使衬套270相对于其它部件旋转。最佳如图9中所述，凸缘276具有径向测量(相对于轴线205)的高度H276,该高度H276大于它的轴向测量(相对于轴线205)的宽度W276,并且由此凸缘276也可被描述为“薄的”环或凸缘。如将在下文中更为详细地描述的那样，每个衬套270的凸缘276被构造为是“薄的”，使得可被变形并弯曲到匹配凹口(例如，前述凹口 274或凹口 257)中。虽然在图9中仅详细地示出了一个衬套270，但每个衬套270都是被类似地构造的。然而，每个衬套270的轴向长度视情况而定可以是不同的。
具体参见图3和4，每个衬套270螺纹地联接至换能器组件200中的相邻部件。出于随后进行说明的目的，图3和4中所示的最右侧的衬套270将被称作“第一衬套270”，并且图3和4中所示的最左侧的衬套270将被称作“第二衬套270”。在该实施方式中，第一衬套270的第一端部270a被变压器舱250的通孔254螺纹地接收于第二端部250b，并且第二衬套270的第一端部270a被通孔271螺纹地接收于第一衬套270的第二端部270b。特别地，第一衬套270经由匹配螺纹261、272被螺纹地推进到通孔254中，直至第一衬套270的凸缘276接合或抵接变压器舱250的第二端部250b，并且第二衬套270于该第二衬套270的第二端部270b处经由匹配螺纹272、273被螺纹地推进到通孔271中，直至第二衬套270的凸缘276接合或抵接第一衬套270的第二端部270b。一旦第一衬套270的凸缘276与变压器舱250的第二端部250b接合，凸缘276就被变形并弯曲成与变压器舱250的匹配凹口257相接合，从而限制和/或防止衬套270相对于变压器舱250的旋转。同样，一旦第二衬套270的凸缘276与第一衬套270的第二端部270b接合，凸缘276就被变形并弯曲成与第一衬套270的匹配凹口 274接合，从而限制和/或防止第二衬套270相对于第一衬套270的旋转。为了使得凸缘276能够变形和弯曲，每个变压器衬套270优选地包括诸如铝或黄铜之类的可锻金属。此外，每个衬套270均可为镀镍的或受过阳极化处理的以增强抗腐蚀 性。如将在下文中更为详细地描述的那样，虽然在图3的换能器组件200中示出了两个变 压器衬套270，但是通常，可在每个气体超声波换能器组件200中利用任何数量的变压器衬套 270。现在参见图3和图10-13，接收器舱300包括壳体310、护圈320、保持器330、和接收器340。壳体310、护圈320、保持器330、和接收器340同心且同轴地设置，通常每个都以共同的中央轴线(例如，轴线205)为中心。具体地，护圈320径向地设置在壳体310内，保持器330径向地设置在护圈320内，并且接收器340径向地设置在保持器330内。壳体310具有径向内部(相对于轴线110)或第一端部310a、径向外部(相对于轴线110)或第二端部310b，并包括在端部310a、b之间轴向地延伸(相对于轴线205)的通孔311。由通孔311限定的壳体310的径向内表面(相对于轴线205)包括在端部310a、b之间轴线地(相对于轴线205)设置的环形肩部313。另外，壳体310的内表面包括成角度地间隔开180°的平面状的平坦部314，以及成角度地间隔开180°的弯曲的或轮廓相合的凹处或凹部315。每个平坦部314与每个凹处315成角度地间隔开90°，使得每个平坦部314沿圆周地设置在两个凹处315之间。平坦部314和凹处315每个都从肩部313朝向第一端部310a轴向地延伸(相对于轴线205)。最佳如图12和13中所示，导线端子345在一个平坦部314与第一端部310a之间、在通孔311内电联接至壳体310的内表面。在该实施方式中，导线端子345利用传动螺杆联接至壳体310。仍然参见图3和10-13,壳体310的径向外表面(相对于轴线205)包括处于第一端部310a处的外螺纹316和处于第二端部310b处的多个平面状的平坦部317。在该实施方式中，设置了六个均匀地成角度地间隔开的平坦部317，从而限定六角形的构造。通常，平坦部317提供了多组相对的平坦的表面，用于壳体310与扳手的接合和夹紧，该扳手可用于使壳体310相对于其它部件旋转。壳体310的径向外表面还包括轴向地设置(相对于轴线205)在螺纹316与平坦部317之间的薄的环形环或凸缘318。最佳如图3，壳体310的第一端部310a被衬套270的通孔271螺纹地接收于第二端部270b处。特别地，壳体310经由匹配螺纹273、316被螺纹地推进到通孔271中，直至壳体310的凸缘318接合或抵接衬套270的第二端部270b。一旦壳体310的凸缘318与衬套270的第二端部270b接合，凸缘318就被变形并弯曲成与衬套270的匹配凹口 274接合，从而限制和/或防止壳体310相对于衬套270的旋转。为了使得凸缘318能够变形和弯曲，壳体310优选地包括诸如铝或黄铜之类的可锻金属。此外，壳体310可为镀镍的以增强抗腐蚀性。再次参见图3和10-13，护圈320具有径向内部(相对于轴线110)或第一端部320a、径向外部(相对于轴线110)或第二端部320b，并包括在端部320a、b之间轴向地延伸(相对于轴线205)的通孔321。由通孔321限定的护圈320的径向内表面(相对于轴线205)包括在端部320a、b之间轴向地设置(相对于轴线205)、但邻近于第一端部320a的环形肩部 323。护圈320的径向外表面(相对于轴线205)包括多个平面状的平坦部323和径向地(相对于轴线205)向外延伸的多个突出部或凸部324。在该实施方式中，设置了两个成角 度地间隔开180°的平坦部323。每个平坦部323从第一端部320a完全地延伸至第二端部320b，且被确定尺寸和构造成与壳体310的一个平坦部314滑动地接合和匹配。此外，在该实施方式中，于第一端部320a处设置有两个成角度地间隔开180°的凸部324。每个凸部324被确定尺寸和构造成与壳体310的一个凹处315滑动地接合和匹配。最佳在图11和12中所示，护圈320同轴地设置在壳体310内。护圈320的凸部324设置在壳体310的匹配凹处315中，并且护圈320的平坦部323接合壳体310的匹配平坦部314，从而形成限制和/或防止护圈320相对于壳体310的旋转的键控接合。此外，凸部324接合或抵接壳体310的肩部313，从而有助于护圈320相对于壳体310的轴向定位(相对于轴线205)。具体参见图10-12，护圈320还包括贯通的槽孔325，槽孔325经过护圈320从护圈320的外表面径向地(相对于轴线205)延伸至护圈320的内表面。槽孔325与轴线205轴向地对齐并具有径向内部(相对于轴线205)或第一端部325a和径向外部(相对于轴线205)或第二端部325b。最佳如图10和11中所示，槽孔325具有在端部325a、b之间轴向测量(相对于轴线205)的长度L325、在槽孔325的横向侧面沿圆周地测量的宽度W325、和在护圈320的径向外表面与径向内表面之间径向(相对于轴线205)测量的深度D325。槽孔325的长度L325比它的宽度W325大，并且由此，可将槽孔325称为是“细长的”。槽孔325被确定尺寸和构造成用以接收半径为R326的球326。最佳如图10和11中所示，槽孔325的长度L325大于该半径R326的四倍(即，大于球326的直径的两倍)，槽孔325的宽度W325略大于半径R326的两倍(即，略大于球326的直径)，并且槽孔325的深度D325小于半径R326的二倍(即，小于球326的直径)。由此，球326在槽孔325内在端部325a、b之间能够自由移动，被阻止相对于槽孔325沿圆周地或横向地移动，并且从槽孔325径向地(相对于轴线205)延伸。再次参见图3和10-13，保持器330具有径向内部(相对于轴线110)或第一端部330a、径向外部(相对于轴线110)或第二端部330b，并包括在端部330a、b之间轴向地延伸(相对于轴线205)的通孔331。通孔331通常为圆筒形的并包括在端部330a、b之间轴向地延伸(相对于轴线205)的内螺纹332。此外，保持器330的径向(相对于轴线205)外表面包括位于第一端部330a处的环形凸缘333、处于第二端部330b处的环形沟槽或凹部334、以及在端部330a、b之间轴向地(相对于轴线205)设置的螺旋形沟槽或凹部335。最佳如图11和12中所示，在该实施方式中，环形凹部334为矩形截面，并包括通常平行于轴线205定向的圆筒形基部334a、以及一对通常垂直于轴线205的轴向地(相对于轴线205)间隔开的横向环形侧壁334b。每个侧壁从基部334a径向地(相对于轴线205)向外延伸至保持器330的外表面。环形凹部334被确定尺寸并构造成与围绕保持器330设置在凹部334内的止挡或保持构件336匹配。如图10中所示，止挡构件336具有端部336a、b，并通常被成形为如同开口环。端部336a、b成角度地间隔开超过180° (相对于轴线205)。最佳如图10和11中所示，止挡构件336具有大体上与凹部334的圆筒形基部334a的直径D334a相同或比其略大的内径队36。然而，由于端部336a、b成角度地间隔开超过180° (相对于轴线205)，因此，端部336a、b之间的最小的分隔距离L336小于内径D336并小于外径D334a。由此，当将止挡构件336安装至保持器330处于凹部334内时，端部336a、b在保持器330经过端部336a、b之间时被推开或迫使分开，并且随后在它们移动到保持器330和凹部334的下半部分中时，卡扣或弹跳回它们最初的定向和分隔距离1336。此外，在该实施方式中，衬套环或垫圈337围绕保持器330设置，并且分别轴向地(相对于轴线205)放置在止挡构件336与壳体310的第二端部310b之间以及放置在止挡构件336与护圈320的第二端部320b 之间。在将止挡构件336充分地安置在凹部334中的情况下，端部336a、b限制和/或防止止挡构件336相对于保持器330的径向运动(相对于轴线205)。最佳如图10中所示，螺旋形沟槽335具有第一端部335a以及与第一端部335a轴向地间隔开(相对于轴线205)的第二端部335b。此外，螺旋形沟槽335完全地围绕着保持器330沿圆周地延伸。具体地，沿着螺旋形沟槽335从端部335a移动至端部335b，螺旋形沟槽335延伸通过大于或等于360°的角距离。此外，最佳如图11和12中所示，螺旋形沟槽335在截面上为拱形的或弯曲的，具有曲率半径R335和深度D335。螺旋形沟槽335的曲率半径R335与球326的半径R326大体相同或略大，并且螺旋形沟槽335的深度D335小于求326的半径仏《；(即，小于球326的直径的一半)。由此,沟槽335被确定尺寸并构造成接收球326。槽孔325轴向地延伸(相对于轴线205)穿过螺旋形沟槽335。槽孔325的长度L325是足够大的，使得槽孔325在螺旋形沟槽335的两个端部335a、b之上轴向地延伸(相对于轴线205)。此外，球326设置在槽孔325和沟槽335中。由于球326、槽孔325、和螺旋形沟槽335的按尺寸精加工，通过壳体310的内表面阻止了球326径向地(相对于轴线205)移动脱离与槽孔325和沟槽335的接合。再次参照图3和10-13，保持器330同轴地设置在护圈320内。特别地，保持器330的径向外表面(相对于轴线205)滑动地接合护圈320的由通孔321限定的径向内表面。换言之，并未将保持器330和护圈320螺纹地接合在一起。通过止挡构件336和护圈320的肩部322阻止保持器330相对于护圈320轴向地移动(相对于轴线205)。具体地，保持器330的环形凸缘333接合护圈320的肩部322，并且止挡构件336接合凹部334的横向侧壁334b和垫圈337。然而，保持器330能够相对于护圈320围绕轴线205自由旋转。在保持器330围绕轴线205旋转期间，止挡构件336滑动地接合垫圈337，并且球326能够在槽孔325和沟槽335内自由滚动。如前所述，球326被限制和/或防止与槽孔325和螺旋形沟槽335脱离接合。此外，保持器330相对于护圈320的旋转受到球326与螺旋形沟槽335的端部335a或端部335b的接合的限制。换言之，随着使保持器330围绕轴线205在第一方向中旋转，球326在沟槽335中移动，直至它接合沟槽335的一个端部335a、b，从而限制和/或防止保持器330相对于护圈320在该第一方向中继续旋转。同样，随着使保持器330围绕轴线205在与第一方向反向的第二方向中旋转，球326在沟槽335中移动，直至它接合沟槽335的另一个端部335a、b，从而限制和/或防止保持器330相对于护圈320在该第二方向中继续旋转。由于端部335a、b成角度地间隔开超过360°，因此，保持器330能够在接合另一个端部225a、b之前，从每个端部335a、b围绕轴线205自由旋转。由此，螺旋形沟槽335构造成允许保持器330相对于护圈320旋转满360°，但防止该旋转远超过360°。接收器340同轴地设置在保持器330内并具有径向内部(相对于轴线110)或第一端部340a以及径向外部(相对于轴线110)或第二端部340b。接收器340的径向外部(相对于轴线205)包括在端部340a、b之间延伸的外螺纹341。具有内螺纹343的锁紧螺母342围绕保持器330设置成邻近第二端部340b。特别地，锁紧螺母342经由匹配螺纹341、343螺纹地联接至保持器330。此外，第二端部340b包括连接至联接器290的连接器344。连接器344电联接至穿过每个衬套270的通孔271从第一端部340a轴向地延伸(相对于轴线205)至变压器252的导线(未示出)，从而利用电联接器290电联接变压器252与缆线125， 并允许在变压器252与缆线125之间的数据通信。在该实施方式中，连接器344为接收电联接器290的凹形的同轴缆线连接器。最佳如图11-13中所示，接收器340同轴地设置在保持器330内。具体地，接收器340被通孔331螺纹地接收，并经由匹配螺纹332、341被轴向地(相对于轴线205)推进或推出该通孔331。锁紧螺母342被旋拧至接收器340并接合保持器330的第二端部330b，从而限制和/或防止在保持器330与接收器340之间的相对轴向运动(相对于轴线205)。现在参见图10-12，可通过将接收器340的第一端部340a于保持器330的第二端部330b处轴向地(相对于轴线205)插入到通孔331中，并将接收器340经由匹配螺纹332、341旋拧到通孔331中，直至端部330a、340a彼此轴向地(相对于轴线205)对齐或邻近来组装接收器舱300。随后，将锁紧螺母342从第二端部340b旋拧到接收器340上，直至锁紧螺母342接合第二端部330b，从而限制和/或防止在保持器330与接收器340之间的相对的轴向和旋转运动(相对于轴线205)。接着，将(现在包括接收器340的)保持器330的第二端部330b于护圈320的第一端部320a处插入到通孔321中，并轴向地(相对于轴线205)推进到护圈320中，直至保持器330的环形凸缘333接合护圈320的肩部322。护圈320中的槽孔325和保持器330的螺旋形沟槽335被确定尺寸和定位成使得当凸缘330抵接肩部322时，槽孔325与螺旋形沟槽335重叠。接着，将球326放置在槽孔325中，它的径向下部(相对于轴线205)接合螺旋形沟槽335。在将球326充分地放置在槽孔325和螺旋形沟槽335中的情况下，护圈320的凸部324和平坦部323分别与壳体310的凹处315和平坦部314沿圆周地对齐；并且，将护圈320的第二端部320b于第一端部310a处插入到并轴向地推进到壳体310的通孔311中，直至环形凸部324接合肩部313。如前所述，凸部324与凹处315的接合、平坦部323与平坦部314的接合、护圈320与壳体310的接合被限制和/或防止相对于彼此的旋转(围绕轴线205)。此外，如前所述，在将壳体310围绕护圈320和保持器330设置的情况下，通过壳体310的径向内(相对于轴线205)表面，阻止和/或防止球326与槽孔325和螺旋形沟槽335脱离接合。接着，将接收器340的第二端部340b和保持器330的第二端部330b分别插入到垫圈337中，并且将垫圈337轴向地(相对于轴线205)推进到接收器340和保持器330之上，直至它接合护圈320的第二端部320b和壳体310的第二端部330b。在将垫圈337适当设置的情况下，将止挡构件336围绕保持器330设置在凹部334内，从而限制和/或防止在保持器330、护圈320与壳体310之间的相对的轴向运动(相对于轴线205)。然而，如前所述，允许保持器330并且因此允许接收器340按照由球326和螺旋形沟槽335的接合所允许的那样相对于护圈320旋转。现在参见图3，电联接器290包括连接至接收器340的第一端部290a和连接至缆线125的第二端部290b。在该实施方式中，联接器290为90°推拉式插塞，端部290a、b通常定向成90°间隔开。此外，在该实施方式中，第一端部290a为与凹形的同轴缆线连接器344匹配的凸形的同轴缆线连接器。由此，联接器290电联接缆线125与接收器340和换能器组件200，从而使得数据能够在其间进行通信。缆线125从电联接器290的第二端部290b延伸至电子仪器组件40，该电子仪器组件40接收来自所用气体超声波换能器组件的数据并计算管段105的钻孔130内的流体流速。最佳如图3中所示，90°推拉式插塞联接器290优选地设置并定向成使得第一端 部290a轴向地(相对于轴线166)延伸到钻孔165中，邻近接收器344，并且第二端部290b在凸台135的凹处175内径向地(相对于轴线166)向上延伸。特别地，第一端部290a优选地轴向地(相对于轴线166)延伸到钻孔165中，邻近接收器344，以使得能够将第一端部290a插入到匹配的同轴缆线接收器344中。此外，第二端部290b在凸台135的凹处175内优选地径向地(相对于轴线166)向上延伸，以使得(a)通过盖120来屏蔽并保护缆线125和联接器290，并使得(b)缆线125朝着设置在管段105的顶部上的电子仪器组件40向上延伸。如前所述，保持器330和接收器340可相对于护圈320旋转满360°，从而使得推拉式插塞联接器290能够旋转满360°，以确保第二端部290b在凹处175内的恰当对齐。然而，接收器340和护圈320的旋转受到螺旋形沟槽端部335a、b与球326的接合的限制，并且由此，限制和/或防止推拉式插塞联接器290的过度旋转和缆线125的不期望的过度扭转。现在参见图3、4和10-12，可改变组装换能器组件200的多个部件的次序。然而，优选地在插入到端口 165中之前，组装换能器组件200，此外，优选地在将变压器舱250联接至换能器保持器230之前，组装包括变压器舱250、衬套270、和接收器舱300在内的第一子组件。再者，可在将第一子组件(包括变压器舱250、衬套270、和接收器舱300)联接至换能器保持器230之前或之后，将压电舱210联接至该换能器保持器230。然而，在将压电舱210和第一子组件(包括变压器舱250、衬套270、和接收器舱300)螺纹地联接至换能器保持器230之前，将密封好的电联接器235设置在(相对于轴线205)换能器保持器230的通孔236 中。现在将参照图3、4和10-12来描述用于组装气体换能器组件200的示例性方法。可通过以任一特定的顺序联接变压器舱250、衬套270、和接收器舱300来组装包括变压器舱250、衬套270、和接收器舱300在内的第一子组件。在下文的示例性组装方法中，将以如图3中所示的从右向左移动的顺序来组装这些组件。将具有连接至变压器舱250的电路板255的端部的一对变压器次级导线(未示出)轴向地(相对于轴线205)供给到第一衬套270的通孔271中并完全地穿过第一衬套270的通孔271。随后，通过将第一衬套270的第一端部270a轴向地(相对于轴线205)插入到变压器舱250的沉孔254中，并将第一端部270a经由匹配螺纹261、272旋拧到沉孔254中，直至凸缘270接合变压器舱250的第二端部250b，而将第一衬套270联接至变压器舱250。可将第一衬套270的第二端部270b上的平坦部275以及变压器舱250的第一端部250a上的平坦部259用于使第一衬套270相对于变压器舱250旋转。在将第一衬套270的第一端部270a充分地设置在沉孔254中的情况下，凸缘276被变形并弯曲到变压器舱250的凹口 257中，从而限制和/或防止第一衬套270相对于变压器舱250的旋转(以及进一步的拧紧或松脱)。随后，将具有连接至变压器舱250的电路板255的端部并延伸通过第一衬套270的通孔271的一对变压器次级导线(未示出)轴向地(相对于轴线205)供给到第二衬套270的通孔271中并完全地穿过第二衬套270的通孔271。接着，通过将第二衬套270的第一端部270a于第二端部270b处轴向地(相对于轴线205)插入到第一衬套270的通孔271中，并将第二衬套270的第一端部270a经由匹配螺纹272、273旋拧到第一衬套270的通孔271中，直至第二衬套270的凸缘276接合第一衬套270的第二端部270b，而将第二衬套270联接至第一衬套270。可将第二衬套270的第二端部270b上的平坦部275和第一衬套270的第二端部270b上的平坦部275 (或变压
器舱250的第一端部250a上的平坦部259)用于使第二衬套270相对于第一衬套270和变压器舱250旋转。在将第二衬套270的第一端部270a充分地设置在第一衬套270的通孔271中的情况下，第二衬套270的凸缘276被变形并弯曲到第一衬套270的凹口 274中，从而限制和/或防止第二衬套270相对于第一衬套270和变压器舱250的旋转(和进一步的拧紧或松脱)。将接地导线(未示出)的一个端部卷曲至导线端子345，利用该传动螺杆346将该导线端子345紧固至壳体310。将接地导线(未示出)的另一端部焊接至从接收器340的第一端部340a延伸的第一销(例如，销I)。此外，将具有连接至变压器舱250的电路板255的端部并延伸通过第一衬套270的通孔271和第二衬套270的通孔271的一对变压器次级导线(未示出)分别焊接至从接收器340的第一端部340a延伸的第二销和第三销(例如，销2和3)。接着，通过将壳体310的第一端部310a于第二端部270b处轴向地(相对于轴线205)插入到第二衬套270的通孔271中，并将壳体310的第一端部310a经由匹配螺纹273、316旋拧到第二衬套270的通孔271中，直至壳体310的凸缘318接合第二衬套270的第二端部270b，而将接收器舱300联接至第二衬套270。可将壳体310的第二端部310b上的平坦部317和第二衬套270的第二端部270b上的平坦部275 (或第一衬套270的第二端部270b上的平坦部275或变压器舱250的第一端部250a上的平坦部259)用于使壳体310相对于第二衬套270、第一衬套270、以及变压器舱250旋转。在将壳体310的第一端部310a充分地设置在第二衬套270的通孔271中的情况下，壳体310的凸缘318被变形并弯曲到第二衬套270的凹口 274中，从而限制和/或防止壳体310相对于第二衬套270、第一衬套270、以及变压器舱250的旋转(和进一步的拧紧或松脱)。在组装时，可通过将变压器舱250的第一端部251a轴向地(相对于轴线205)插入到换能器保持器230的沉孔233中，并将换能器舱250经由匹配螺纹234、258旋拧到沉孔233中，直至将换能器舱250充分地安置在沉孔233中，而将包括接收器舱300、衬套270、和变压器舱250在内的第一子组件联接至换能器保持器230。在将第一子组件联接至换能器保持器230之前或之后，可将压电舱210联接至该换能器保持器230。通过将压电舱210的第二端部210b轴向地(相对于轴线205)插入到换能器保持器230的沉孔231中，并将第二端部210b经由匹配螺纹221、232旋拧到沉孔231中，直至将第二端部210b充分地安置在沉孔231中，而将压电舱210联接至换能器保持器230。如上所述，在将第一子组件和压电舱210分别旋拧到沉孔233、231中之前，将密封好的电联接器235设置在换能器保持器230的通孔236中。将变压器舱250和压电舱210优选地分别安置在沉孔233、231中，使得密封好的电联接器235的凸形的同轴缆线连接器235a、b分别充分地接合压电舱210的匹配的电连接器216和变压器250的匹配的电连接器253。现在参见图14，将气体超声波组件500的实施方式示出为同轴地设置在管段405的端口 465中，端口 465与管段405分别与前述端口 165和管段105大致相同。换能器组件500具有中央或纵向轴线505，当将换能器组件500在端口 165内联接至管段405时，该中央或纵向轴线505通常与端口 465的中央轴线466重合。换能器组件500与前述换能器组件200类似。即，换能器组件500包括变压器舱550，该变压器舱550与在管段405的通孔430中流动的流体以及在通孔430内的压力密封地隔离。然而，在该实施方式中，换能器保持器和压电舱根本上合并为一个整体结构，并且另外，将销联接器(与同轴缆线联接器相 对)用于电联接变压器与压电元件。从管段405的通孔430向外移动，换能器组件500包括压电舱510和变压器舱550。可将如前所述的一个或更多个变压器舱衬套270、接收器舱300(未示出)、以及电联接器290联接至变压器舱550。将压电舱510和变压器舱550 (以及任何变压器舱衬套270、接收器舱300、和电联接器290)轴向地首尾相连并相对于轴线466、505同轴地定向。出于简洁的目的，将轴线466、505于此用于限定换能器组件500的多种特征和部件的轴向位置，了解到的是，每个单独的部件具有中央轴线，当将每个单独的部件组装到换能器组件500中时，该中央轴线通常与轴线505重合，并且当将每个单独的部件安装在端口 465中时，该中央轴线通常与轴线466重合。现在参见图14-16，压电舱510具有径向(相对于轴线110)内部或第一端部510a、径向(相对于轴线110)外部或第二端部510b，并且包括本体或壳体511、压电元件512、以及匹配层514。壳体511在端部510a、b之间轴向地(相对于轴线505)延伸，并且由此，也可被描述为具有分别与端部510a、b重合的第一端部511a和第二端部511b。压电舱510的第一端510a和壳体511的第一端部511a分别轴向地(相对于轴线466、505)延伸至通孔430并暴露于在通孔430内流动的流体。另外，壳体511的第一端部511a包括从端部511a轴向地(相对于轴线505)延伸的沉孔513，并且壳体511的第二端部511b包括从端部511b轴向地(相对于轴线505)延伸的沉孔517。两个通孔536在沉孔513、517之间轴向地延伸穿过壳体511。在每个通孔536中同轴地设置一个电联接器535 ;联接器535具有端部535a、bo在该实施方式中，每个电联接器535为延伸穿过通孔536中的一个的长形销。在每个联接器535与壳体511之间设置有环形密封件542，从而限制和/或防止流体在联接器535与壳体511之间的轴向流动(相对于轴线505)。形成在联接器535与壳体511之间的密封件542优选地充以抵抗钻孔430中预期的流体压力，该流体压力通常大于周围环境压力。在该实施方式中，每个密封件542均为玻璃密封件。压电元件512设置在沉孔513中、邻近第一端部511a和钻孔430，并被匹配层514所环绕或被封装在匹配层514中。与前述压电元件212类似，压电元件512为压电材料，该压电材料响应于所施加的机械应力而产生电势，并且响应于所施加的电场而产生机械应力和/或应变。通常，压电元件512可包括诸如压电晶体或陶瓷之类的任何适合的压电材料。然而，在该实施方式中，压电元件512为压电晶体。匹配层514通常填充沉孔513并环绕压电元件512。一旦安装在沉孔513中，匹配层514就从邻近钻孔430的径向(相对于轴线110)内部或第一端部514a (与端部510a重合)和远离钻孔430并邻近通孔536的径向(相对于轴线110)外部或第二端部514b轴向地(相对于轴线505)延伸。在该实施方式中，在匹配层514中设置了一对凹处或接收器516，每个凹处516通常与通孔536和联接器535中的一个对齐。具体地，在该实施方式中，每个凹处516为接收联接器535中的一个的端部535a的凹形插塞接收器。两条引线或导线(未示出)将压电元件512电联接至插口 516。插口 516由匹配层514相对于壳体511刚性地保持在适当位置中，该匹配层514通常填充沉孔513并环绕压电元件512。
仍然参见图14-16，匹配层514和压电元件512在沉孔513内联接至壳体511。在该实施方式中，匹配层514直接地连接至壳体511的沉孔513的内部圆筒形表面。匹配层(例如，匹配层514)可包括诸如塑料、金属、玻璃、陶瓷、环氧树脂、粉末填充的环氧树脂、橡胶、或粉末填充的橡胶之类的任何适合的材料。在该实施方式中，匹配层514包括环氧树月旨，该环氧树脂注入到沉孔514中并围绕并越过压电元件512、将压电元件512电联接至插口 516的两条引线或导线(未示出)、每个插塞516以及每个联接器535。无论匹配层(例如，匹配层514)的材料如何，该匹配层在压电元件(例如，压电元件512)与流动通过流量计的流体之间提供声耦合。根据于此公开的某些实施方式，声匹配层具有位于压电元件的声匹配层与流量计内的流体之间的声抗阻。利用在压电元件的匹配层与流量计中的流体之间的匹配层的声抗阻，改善了超声波信号的质量(例如，更大的振幅和更快的上升时间)。参见图14和15，壳体511的径向(相对于轴线505)外表面包括邻近第二端部510b的环形肩部537、设置在肩部537与内端部510a之间的外螺纹538、以及轴向地(相对于轴线505)设置在外螺纹538与内端部510a之间的环形凹部或沟槽539。环形密封件541设置在沟槽539中。沟槽539与设置在其中的密封件541 —起限定径向地(相对于轴线505)设置在压电舱510与管段405之间的密封组件540。密封组件540在压电舱510与管段405之间形成环形密封，从而限制和/或防止流体(例如，钻孔430中流动的流体)在压电舱510与管段405之间的轴向流动。在该实施方式中，环形密封件541为弹性的0形圈密封件，一旦组装，其就在管段405与压电舱510之间被径向压缩。如前所述，密封组件540限制和/或防止流体(例如，在钻孔430中流动的流体)在压电舱510与管段405之间的流动，并且环形密封件542限制和/防止流体在每个联接件535与壳体511之间的轴向流动(相对于轴线505)。密封组件540和密封件542 —起工作以限制和/或防止钻孔430中的潜在危险的、污染性的、或腐蚀性的流体经由端口 465从钻孔430泄漏。密封组件540和环形密封件542也起作用以维持在位于管段405外部的周围环境与钻孔430中流动的加压流体之间的压力差。由此，虽然压电舱510暴露于钻孔430中的流体和压力，但是变压器舱550 (以及联接于其上的任何衬套270和接收器舱300)与钻孔130内的流体和压力隔离。压电舱510和换能器组件500经由匹配螺纹169、538螺纹地联接至管段405，并且壳体511的环形肩部537接合端口 465的环形肩部167。在组装期间，将压电舱510旋拧到并轴向地推进到端口 465中，直到肩部167、537接合，从而防止压电舱510 (和换能器组件500)机械轴向推进到端口 465中。由此，端口 465中的肩部167限定压电舱510 (和换能器组件500)在端口 465内的轴向位置。现在参见图14，变压器舱550具有径向(相对于轴线110)内部或第一端部550a、径向(相对于轴线110)外部或第二端部550b，并包括本体或壳体551、变压器552、和一对凹形的插口或接收器553。壳体551从与端部550b重合的径向(相对于轴线110)外部或第一端部551b轴向地(相对于轴线505)延伸至邻近端部550a的径向(相对于轴线110)内部或第二端部551a。此外，壳体551包括在端部551a、b之间延伸的通孔554。每个凹形插口 553设置于变压器舱550的第一端部550a处并联接至壳体551的第一端部551a。每个凹形插口 553电联接变压器552。通常，变压器(例如，变压器552)匹配压电元件(例如，压电元件512)对系统电子设备的抗阻。凹形插口 553和变压器552通过填充通孔554的剩余部分的填充材料556相对于壳体551刚性地保持在通孔554内处于 适当位置中。通常，填充材料(例如，填充材料256)可包括诸如塑料、环氧树脂、或陶瓷之类的任何适合的材料。填充材料556在变压器552、变压器552的导线引线(未示出)、以及凹形插口 553之间形成粘结结合，以将这些部件刚性地保持在适当位置中。在该实施方式中，填料556为刚性的环氧树脂。与前述壳体251类似，壳体551的径向(相对于轴线505)外表面处于第二端部551b处包括凹口或凹部557。壳体551的径向(相对于轴线205)内表面包括处于第二端部551b处的内螺纹561。最佳如图14中所示以及如前所述，联接器535在压电舱510与变压器舱550之间轴向地延伸穿过通孔536。每个联接器的端部535a、b分别与插口 516、533接合并匹配，从而电联接压电元件512与变压器552。许多传统的气体超声波换能器利用直式弦套件连接件，该直式弦套件连接件从管段上轴向地(相对于端口中央轴线)突出，并随后被向上弯曲以将弦套件缆线朝向电子仪器组件引导。为了避免由于卷曲或扭折其中的导线而对弦套件造成可能的损坏，大多数的这种弦套件被构造成与90°推拉式插塞联接器相比具有相对大的曲率半径。因此，与于此所述的实施方式相比，大多数的这种传统的弦套件连接件从管段本体上延伸得更远。由于从管段本体上的更大的延伸部，因此，与于此所述的实施方式相比，大多数传统的弦套件连接件占据了更大的空间，可能更难被覆盖和保护，并且会更易受损(例如，在运送期间被动物咀嚼或撞击，等)。在于此所述的实施方式中利用90°推拉式插塞联接器(例如，90°推拉式插塞联接器290)将气体超声波换能器(例如，气体超声波换能器组件200)电联接至电子仪器组件提供了增强对在气体超声波换能器与电子仪器组件之间延伸的缆线(例如，缆线125)进行保护的潜力。具体地，90°推拉式插塞联接器在设置于管段内的换能器组件与沿着管段的外部延伸至电子仪器组件的缆线之间提供了相对短的转弯半径，从而允许将缆线在缆线凸台(例如，凸台135)和相关联的凹处(例如，凹处175)内紧紧地或非常接近地置靠在该管段本体上。应当了解到的是，仅用90°弯管式插塞弦套件连接件替换传统的直式弦套件连接件可能不足以解决大多数传统的直式弦套件连接件的缺点。例如，这种修改会导致不合乎要求的缆线布线，这是因为一旦安装，就对于90°弯管式插塞弦套件连接件的旋转定向存在受限的控制。具体地，多数传统的直式弦套件连接件(直式的或其它的)利用与从换能器组件接收器延伸的两个销相匹配的两个凹处。重要的是，每个销连接至弦套件连接件中的特定的凹处。为了获得正确的连接，换能器组件接收器通常键接于弦套件连接件。因此，换能器组件和换能器组件接收器(及其两个销)的定向支配匹配弦套件连接件的定向。此外，通过将换能器旋拧到管段中的匹配端口中直至换能器组件触底且将压电元件恰当地定位，将大多数传统的气体超声波换能器可旋转地联接至管段。因此，换能器组件相对于管段端口的可旋转定向、以及因此接收器销和90°弯管式插塞弦套件连接件相对于管段端口的可旋转定向难以被预测而且一旦在现场安装，这些可旋转定向在端口与端口之间可变化。由此，在许多情况下，90°弯管式插塞弦套件连接件可不被定向成，使得其远侧端部朝着电子仪器组件向上延伸。在90 °弯管式插塞弦套件连接件并不朝着电子仪器组件向上延伸的情形中，由于使弦套件缆线朝着电子仪器组件向上弯曲和发送所导致的弦套件从管段的突出部可比传统的直式弦套件连接件大。然而，于此所述的包括能够相对于换能器组件(例如，换能器组件)的剩余部分自由旋转的接收器(例如，接收器340)在内的实施方式使得能够在将换能器组件安装到其匹配端口(例如，端口 165)中之后旋转该90°推拉式插塞联接器(例如，90°推拉式插塞联接器290)，从而无论换能器组件(例如，换能器组件200)相对于管段端口的可旋转定向如何，提供了对缆线(例如，缆线125)在从换能器组件至电子仪器组件 的相对直的路径上进行最佳定向和发送的潜能。而且，如果传感器换能器组件并未延伸至管段的外部，则仅用90°弯管式插塞弦套件连接件来替换传统的直式弦套件连接件可能不是可行的选择方案。特别地，如果换能器组件并未延伸至管段的外部(即，管段端口的长度大于换能器组件的长度)，则90°弯管式插塞弦套件连接件可能不能到达并接合换能器组件。大多数换能器端口设置在由在管段中竖向间隔开的两个水平延伸的端口构成的组中。考虑到管段的曲率，给定组内的每个端口具有不同的长度。例如，具有与管段钻孔的中央轴线相交的中央轴线的第一水平端口比平行于第一端口并在第一端口上方竖向间隔开的第二水平端口短。由此，从管段钻孔经过第一水平端口延伸至管段的外表面的气体超声波换能器在设置在第二水平端口中时，可不从管段钻孔延伸至管段的外表面。这就是为什么按照惯例利用直式弦套件的一个原因，用于导致端口长度的变化。然而，于此所述的实施方式提供了通过利用衬套(例如，衬套270)来调节换能器组件(例如，换能器组件200)的整个长度，以便实现90°推拉式插塞接收器(例如，接收器340)邻近凸台(例如，凸台135)的适当定位的潜能。在于此所述的实施方式中，可将衬套(例如，衬套270)用于调节换能器组件的整个长度，使得它从管段的钻孔(例如，钻孔130)延伸至缆线凸台(例如，凸台135)，从而使得接收器(例如，接收器340)能够充分定位成邻近缆线凸台(例如，凸台135)。通常，可将任何适合数量的衬套和/或衬套的任何适合的长度用于获得所需的换能器组件长度。衬套的数量和长度优选地被选择成，使得将接收器轴向地(相对于该组件的中央轴线)设置在凸台内不超过0. 25英寸。现在参见图17和18，分别示出了根据于此所述的原理的气体超声波换能器组件700、800的不同实施方式。除了衬套的数量和长度之外，每个组件700、800与前述换能器组件200大体相同。在图17中，换能器组件700包括压电舱210、换能器保持器230、变压器舱250、接收器舱300和90°推拉式电联接器290，如前所述。然而，在该实施方式中，换能器组件700不包括换能器衬套(例如，衬套270)。更确切地说，接收器舱700直接连接至变压器舱250。通过将壳体310的第一端部310a轴向地(相对于轴线205)插入到变压器舱250的沉孔254中，并将壳体310的第一端部310a经由匹配螺纹261、316旋拧到沉孔254中，直至壳体310的凸缘318接合变压器舱250的第二端部250b。可将接收器舱300的平坦部317和变压器舱250的平坦部259用于使接收器舱300相对于变压器舱250旋转。在将壳体310的第一端部310a充分地设置在沉孔254中的情况下，凸缘318被变形并弯曲到变压器舱250的凹口 257中，从而限制和/或防止壳体310相对于变压器舱250的旋转(以及进一步的拧紧或松脱)。一旦将接收器舱300联接至变压器舱250，它们可联接至换能器保持器230、端口 165、和管段405，如前所述。由于图17中所示的换能器组件700的实施方式不包括衬套，因此，它通常被构造成用于管段中的相对短的端口。现在参见图18，换能器组件800包括压电舱210、换能器保持器230、变压器舱250、接收器舱300、和90°推拉式电联接器290，如前所述。然而，在该实施方式中，换能器组件800仅包括一个变压器衬套270。接收器舱300和变压器舱250联接至衬套270，如前所述。此外，一旦将接收器舱300、衬套270、和变压器舱250联接到一起，它们可联接至换 能器保持器230、端口 165、和管段405，如前所述。由于图15中所示的换能器组件800的实施方式仅包括一个衬套270，因此，它通常被构造成用于中等长度的端口。如前所述，衬套的数量和长度优选地被选择成，使得接收器轴向地(相对于组件的中央轴线)设置在凸台内不超过0.25英寸。通过利用具有不同长度的衬套(例如，衬套270)，如所述，可改变换能器组件的整个长度。为了减小和/或最小化不同长度的衬套的数量(例如，出于库存的目的)，可将衬套制造成两种或三种不同的长度，使得可将衬套组装在不同的组合中，以获得整个所需长度的换能器组件。在于处所述的实施方式中，换能器组件(例如，换能器组件200)的必须暴露于管段的钻孔(例如，钻孔130)中的流动流体的部件与换能器组件的无需暴露于在钻孔或相关联的压力中的流动流体的部件轴向地间隔开并密封地隔离。例如，最佳如图3和4中所示，压电舱210暴露于钻孔130中的流体，而变压器舱250、衬套270、和接收器舱300与压电舱210轴向地(相对于轴线205)间隔开并通过密封组件227、密封组件240、和密封件242与压电舱210密封地隔离。通常，那些无需暴露于管段钻孔中的流动流体的部件与流动流体(以及与必须暴露于流动流体的部件)的密封隔离提供了提高换能器组件的寿命的潜能。具体地，阻止和/或防止选定的部件暴露于流动流体减少了对于流动流体中的腐蚀性的、危险的、和/或污染性的物质的暴露，并且减少了对于管段的钻孔中经受的压力的暴露，上述两者均可随着时间的流逝过早地损坏部件。而且，将换能器组件的必须暴露于流动流体的部件与换能器组件的无需暴露于钻孔中的流动流体的部件轴向地间隔开并密封地隔离提供了用于提高的适用性和维修的潜能。特别地，与流动流体和相关联的压力隔离的部件可在不移除整个换能器组件和压电元件的情况下被移除和替换。此外，移除与流动流体隔离的部件无需停止流体在管段的钻孔中的流动。例如，最佳如图3和4中所示，可在不移除压电舱210的情况下，将接收器舱300、衬套270、变压器舱250、或其结合与换能器保持器230分离并从端口 165移除。此外，由于密封组件227、240和密封好的电联接器235限制和/或防止流体从钻孔130流动通过端口165，因此，通过钻孔130的流体流无需被中断以移除和替换接收器舱300、衬套270、变压器舱250、或其结合。 尽管已经示出并描述了优选实施方式，但在不脱离于此的范围和教授的情况下，所属领域技术人员可对其做出修改。于此所述的实施方式仅是示例性的而非限制性的。于此所述的系统、设备、和工艺的许多变型和修改是可能的，并且处于本发明的范围内。例如，可改变多种部件的相对尺寸、制成不同部件的材料、以及其它参数。因此，保护范围不限于于此所述的实施方式，而是仅受限于所附权利要求，权利要求的范围应当包括权利要求的 主题的等效物。
权利要求
1.一种用于测量经过管路的流体的流量的超声波流量计，包括 管段，所述管段包括通孔和换能器端口，所述换能器端口从所述管段的外表面延伸至所述通孔； 换能器组件，所述换能器组件设置在所述换能器端口中，其中，所述换能器组件具有中央轴线并且包括 换能器保持器，所述换能器保持器具有邻近所述管段的所述通孔的第一端部以及远离所述管段的所述通孔的第二端部； 压电舱，所述压电舱包括压电元件，其中，所述压电舱联接至所述换能器保持器并从所述换能器保持器的所述第一端部大致轴向地延伸； 变压器舱，所述变压器舱包括变压器，其中，所述变压器舱联接至所述换能器保持器并与所述压电舱轴向地间隔开。
2.根据权利要求I所述的流量计，其中，所述换能器保持器的所述第一端部包括第一轴向沉孔，并且所述换能器保持器的所述第二端部包括第二轴向沉孔； 其中，所述换能器保持器包括在所述第一沉孔与所述第二沉孔之间轴向地延伸的通孔； 其中，所述压电舱具有远离所述换能器保持器的第一端部以及安置在所述换能器保持器的所述第一沉孔中的、邻近所述换能器保持器的所述通孔的第二端部；以及 其中，所述变压器舱安置在所述换能器保持器的所述第二沉孔中并且包括邻近所述换能器保持器的所述通孔的第一端部以及远离所述换能器保持器的所述通孔的第二端部。
3.根据权利要求2所述的流量计，还包括设置在所述换能器保持器的所述通孔中的联接器，其中，所述联接器具有连接至所述压电舱的所述第二端部的第一端部以及连接至所述变压器舱的所述第一端部的第二端部，其中，所述联接器电联接所述压电元件与所述变压器。
4.根据权利要求3所述的流量计，其中，所述联接器的所述第一端部和所述第二端部各自包括同轴缆线连接器； 其中，所述压电舱的所述第二端部和所述变压器舱的所述第一端部各自包括与所述联接器的所述同轴缆线连接器中的一个相匹配的同轴缆线连接器。
5.根据权利要求4所述的流量计，其中，所述联接器的每个同轴缆线连接器为凸形同轴缆线连接器，所述压电舱的所述同轴缆线连接器为接合所述联接器的所述第一端部的所述凸形同轴缆线连接器的凹形同轴缆线连接器，并且所述变压器舱的所述同轴缆线连接器为接合所述联接器的所述第二端部的所述凸形同轴缆线连接器的凹形同轴缆线连接器。
6.根据权利要求4所述的流量计，其中，所述压电舱包括径向外部压电壳体，所述径向外部压电壳体包括从所述压电舱的所述第二端部轴向地延伸的沉孔；以及 其中，所述压电舱的所述同轴缆线连接器表面安装至设置在所述压电壳体的所述沉孔中的电路板。
7.根据权利要求6所述的流量计，其中，所述变压器舱包括径向外部变压器壳体； 其中，所述变压器壳体包括从所述变压器舱的所述第一端部延伸至所述变压器舱的所述第二端部的通孔； 其中，所述变压器舱的同轴缆线连接器表面安装至设置在所述变压器壳体的所述通孔中的电路板。
8.根据权利要求4所述的流量计，还包括在所述联接器与所述换能器保持器之间的环形密封件。
9.根据权利要求6所述的流量计，其中，所述环形密封件为玻璃密封件。
10.根据权利要求2所述的流量计，还包括径向地设置在所述换能器保持器与所述压电舱之间的环形密封组件。
11.根据权利要求10所述的流量计，还包括径向地设置在所述换能器保持器与所述管段之间的至少一个环形密封组件。
12.一种用于测量通过管路的流体的流量的超声波流量计，包括 管段，所述管段包括通孔和多个换能器端口，所述换能器端口从所述管段的外表面延伸至所述通孔； 换能器组件，所述换能器组件设置在所述换能器端口中的一个中，其中，所述换能器组件具有中央轴线并且包括 压电舱，所述压电舱具有邻近所述管段的所述通孔的第一端部以及远离所述管段的所述通孔的第二端部，并且所述压电舱包括在所述第一端部与所述第二端部之间延伸的压电壳体； 其中，所述压电壳体包括从所述第一端部轴向地延伸的第一沉孔，所述压电舱包括设置在所述第一沉孔中的、邻近所述第一端部的压电元件；以及 变压器舱，所述变压器舱联接至所述压电舱，其中，所述变压器舱包括变压器壳体和设置在所述变压器壳体内的变压器； 环形密封组件，所述环形密封组件径向地设置在所述换能器组件与所述管段之间，并且轴向地设置在所述变压器舱与所述管段的所述通孔之间，其中，所述密封组件限制流体通过所述换能器端口在所述管段的所述通孔与所述变压器舱之间的流动。
13.根据权利要求12所述的流量计，其中，所述压电壳体包括从所述第二端部轴向地延伸的第二沉孔以及在所述第一沉孔与所述第二沉孔之间延伸的至少一个通孔； 其中，所述变压器舱设置在所述压电舱的所述第二沉孔中并具有邻近所述压电壳体的所述至少一个通孔的第一端部和远离所述压电壳体的所述通孔的第二端部；以及 其中，所述换能器组件还包括设置在所述压电壳体的每个通孔中的联接器，其中，每个联接器具有电联接至所述压电元件的第一端部以及电联接至所述变压器的第二端部。
14.根据权利要求13所述的流量计，还包括设置在每个联接器与所述压电壳体之间的环形密封件。
15.根据权利要求14所述的流量计，其中，在每个联接器与所述压电壳体之间的各个所述环形密封件都是玻璃密封件。
16.根据权利要求14所述的流量计，其中，每个所述联接器都包括在所述第一沉孔中的匹配凹处与在所述变压器舱中的匹配凹处之间延伸的销连接器。
17.根据权利要求14所述的流量计，其中，所述换能器端口包括内螺纹，并且所述压电壳体包括接合所述换能器端口的所述内螺纹的外螺纹。
18.根据权利要求17所述的流量计，其中，所述第二沉孔包括内螺纹，并且所述变压器壳体包括接合所述第二沉孔的所述内螺纹的外螺纹。
19.根据权利要求12所述的流量计，其中，所述至少一个密封组件径向地设置在所述压电壳体与所述管段之间。
20.根据权利要求12所述的流量计，还包括换能器保持器，所述换能器保持器具有邻近所述管段的所述通孔的第一端部以及远离所述管段的所述通孔的第二端部； 其中，所述压电舱联接至所述换能器保持器并且从所述换能器保持器的第一端部大致轴向地延伸； 其中，所述变压器舱联接至所述换能器保持器并且与所述压电舱轴向地间隔开。
21.根据权利要求20所述的流量计，其中，所述至少一个密封组件径向地设置在所述 换能器保持器与所述管段之间。
22.根据权利要求20所述的流量计，其中，所述换能器保持器的所述第一端部包括第 一轴向沉孔，并且所述换能器保持器的第二端部包括第二轴向沉孔； 其中，所述换能器保持器包括在所述换能器保持器的所述第一沉孔与所述第二沉孔之间轴向地延伸的通孔； 其中，所述压电舱的所述第二端部安置在所述换能器保持器的所述第一沉孔中、邻近所述换能器保持器的所述通孔；以及 其中，所述变压器舱安置在所述换能器保持器的所述第二沉孔中，并且包括邻近所述换能器保持器的所述通孔的第一端部以及远离所述换能器保持器的所述通孔的第二端部。
23.根据权利要求22所述的流量计，还包括设置在所述换能器保持器的所述通孔中的联 接器，其中，所述联接器具有连接至所述压电舱的所述第二端部的第一端部以及连接至所述变压器舱的所述第一端部的第二端部，其中，所述联接器电联接所述压电元件与所述变压器。
24.根据权利要求23所述的流量计，还包括设置在所述联接器与所述换能器保持器之间的环形玻璃密封件。
25.根据权利要求23所述的流量计，其中，所述联接器的所述第一端部和所述第二端部各自包括同轴缆线连接器； 其中，所述压电舱的所述第二端部和所述变压器舱的所述第一端部各自包括与所述联接器的所述同轴缆线连接器中的一个相匹配的同轴缆线连接器。
26.根据权利要求24所述的流量计，还包括径向地设置在所述换能器保持器与所述压电舱之间的环形密封组件。
27.一种用于测量通过管路的流体的流量的方法，包括 Ca)将管段联接至所述管路，其中，所述管段包括通孔和换能器端口，所述换能器端口从所述管段的外表面延伸至所述通孔； (b)使所述流体流动通过所述管段的所述通孔； (c)组装气体超声波换能器组件，其中，所述换能器组件具有中央轴线并且包括 压电舱，所述压电舱联接至所述管段，其中，所述压电舱包括压电壳体和设置在所述压电壳体中的压电元件；以及 变压器舱，所述变压器舱联接至所述压电舱，其中，所述变压器舱包括变压器壳体和设置在所述变压器壳体中的变压器，其中，所述变压器电联接至所述压电元件； (d)将所述换能器组件设置在所述换能器端口中；(e)使所述压电舱暴露于在所述管段的所述通孔中流动的流体；以及 (f)使所述变压器舱与在所述管段的所述通孔中流动的流体隔离。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括 (g)在步骤(d)之后，将所述变压器舱从所述气体超声波换能器上移除；以及 (h)在步骤(g)期间，维持所述流体通过所述管段的所述通孔的流量。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，步骤(f)包括限制在所述管段的所述通孔中的流体流动至所述变压器舱。
30.根据权利要求28所述的方法，还包括将所述压电壳体与所述变压器壳体轴向地间隔开。
全文摘要
在一实施方式中，超声波流量计包括管段，该管段包括通孔和从该管段的外表面延伸至该通孔的换能器端口。另外，该超声波流量计包括设置在换能器端口中的换能器组件。该换能器组件具有中央轴线并且包括换能器保持器，该换能器保持器具有邻近管段的通孔的第一端部以及远离管段的通孔的第二端部。此外，换能器组件包括压电舱，该压电舱包括压电元件。压电舱联接至换能器保持器并从换能器保持器的第一端部大致轴向地延伸。此外，换能器组件包括变压器舱，该变压器舱包括变压器。变压器舱联接至换能器保持器并与压电舱轴向地间隔开。
文档编号G01F15/14GK102741665SQ201180008134
公开日2012年10月17日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年1月6日
发明者亨利·查尔斯·小斯特劳布, 查尔斯·罗伯特·阿兰 申请人:丹尼尔测量和控制公司