专利名称：超声联接器组件的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及超声流率測量，并且更具体而言，涉及超声联接器组件。
背景技术：
使用超声流量计来确定在大小和形状不同的管道中流动的流体中的各种流体(例如液体、气体等)的流率(即平均管道流率(VJ)。在采用传播时间流量计量的一种类型的超声流量计中，可将ー对或多对超声换能器附连到管道壁的外部上，其中各对可包含位于彼此的上游和下游的超声换能器，从而在它们之间形成超声路径。当被通电时，各个超声换能器沿着通过流动的流体的超声路径发送超声信号(例如声波)，超声信号由另ー个 超声换能器接收和检測。可根据下者之间的差来确定流动的流体沿着超声路径取平均的路径速度(即路径或弦速度(Vp)) :S卩，(I)超声信号沿着超声路径逆着流向从下游超声换能器向上游行进到上游超声换能器的传播时间，以及(2)超声信号沿着超声路径顺着流向从上游超声换能器向下游行进到下游超声换能器的传播时间。知道流体的流率可使得能够确定流体的其它物理属性或质量。例如，在一些密闭输送应用中，可使用流率来确定通过管道从卖方输送到买方的流体(例如水、石油或气体)的总体积(Q)，以确定交易的费用，其中总体积等于流率乘以管道的横截面积(A)在流动的时间里的积分。在一些应用(例如精炼厂或核动カ装置)中，超声流量计附连到其上的管道运送导致管道壁也达到极高的温度的高温流体(例如在精炼厂中处于400°C的焦炭)，或者运送导致管道壁也达到极低的温度的低温流体(例如液化天然气)。附连到那些极端温度的管道壁上的超声换能器被管道的极端温度加热或冷却，并且因此必须由恰当的材料构建而成，这会提高这些超声换能器的成本。例如，定额为+200°C或更高的超声换能器可显著地比定额为+100°C的超声换能器更昂贵。类似地，定额为-200°C或更低的超声换能器可显著地比定额为-ioo°c的超声换能器更昂贵。另外，即使在由适于极端温度应用的材料构建而成时，不断暴露于极端温度的超声换能器也将经历热应力，热应カ可減少装置的使用寿命。在某些现有的超声流量计装置中，超声联接器安装在超声换能器和管道壁之间，使得超声换能器不直接接触管道壁，并且因此不会直接暴露于管道壁的极端温度。在这个构造中，例如，超声联接器的一端会经历来自管道壁的直接的热传递。附连到超声联接器的另一端处的超声换能器不会直接暴露于管道壁的极端温度，而是相反，仅暴露于超声联接器的较接近周围室温的较低的温度。因此，可将超声换能器定额成经受住较窄的温度范围。虽然这些超声联接器可消除对定额为较高的温度范围的超声换能器的需要，但是它们也可在超声流量计所提供的流量測量中弓I入误差或不确定性。例如，某些超声联接器要求超声换能器所发送的超声信号束在超声换能器和管道壁之间在超声联接器中改变方向，从而在超声联接器不是根据严格的公差和设计标准制造而成的情况下引入可能的误差。类似地，行进通过某些超声联接器的超声信号可被在超声联接器中形成的、会改变超声信号束的方向的等温线扭曲或弯曲。因此，存在对在不会不利地影响超声流量计所提供的流量测量的精度的情况下降低超声换能器的所需温度额定值的需要。
仅针对一般的背景信息而提供上面的论述，而且该论述不意图被用来协助确定声明的主题的范围。
发明内容
公开了ー种用于将超声换能器联接到管道壁上的超声联接器组件，其中，使用三个四边形区段来构造超声联接器，以降低超声换能器所受到的极端温度，以及改进传送通过超声联接器的超声信号的质量。在实践超声联接器组件的一些公开的实施例时可实现的优点在干，降低在高温应用中使用的超声换能器的所需温度额定值，以及增加可使用特定的超声换能器来进行流量测量的应用的数量。另外，通过降低超声换能器所受到的极端温度，可延长超声换能器的寿命。在一个示例性实施例中，公开了ー种用于将超声换能器联接到管道壁上的超声联接器组件。该超声联接器组件包括第一四边形区段、第二四边形区段，以及在第一四边形区 段和第二四边形区段之间且连接它们的长斜方形区段。在另ー个示例性实施例中，该超声联接器组件包括第一梯形区段、第二梯形区段，以及在第一梯形区段和第二梯形区段之间且连接它们的长斜方形区段，其中，长斜方形区段包括自第一梯形区段的顶侧边的右端延伸到第二梯形区段的顶侧边的左端的顶侧边、自第一梯形区段的底侧边的右端延伸到第二梯形区段的底侧边的左端的底侧边、在第一梯形区段的右侧边附近的左侧边，以及在第二梯形区段的左侧边附近的右侧边，其中，顶侧边平行于底侧边，左侧边平行于右侧边，左侧边与顶侧边形成鋭角，以及与底侧边形成钝角，而右侧边与顶侧边形成钝角，以及与底侧边形成鋭角，其中，第一梯形区段包括自长斜方形区段的顶侧边的右端延伸的顶侧边、自长斜方形区段的底侧边的左端延伸的底侧边、在长斜方形区段的左侧边附近的右侧边，以及左侧边，其中，顶侧边平行于底侧边，右侧边与顶侧边和底侧边形成直角，而左侧边与顶侧边形成鋭角，以及与底侧边形成钝角，以及其中，第ニ梯形区段包括自长斜方形区段的顶侧边的右端延伸的顶侧边、自长斜方形区段的底侧边的右端延伸的底侧边、在长斜方形区段的右侧边附近的左侧边，以及右侧边，其中，顶侧边平行于底侧边，左侧边与顶侧边和底侧边形成直角，而右侧边与顶侧边形成钝角，以及与底侧边形成鋭角。在又一个示例性实施例中，该超声联接器组件包括第一直角平行四边形区段、第二直角平行四边形区段，以及在第一直角平行四边形区段和第二直角平行四边形区段之间且连接它们的长斜方形区段，其中，长斜方形区段包括自第一直角平行四边形区段的顶侧边的右端延伸到第二直角平行四边形区段的顶侧边的左端的顶侧边、自第一直角平行四边形区段的底侧边的右端延伸到第二直角平行四边形区段的底侧边的左端的底侧边、在第一直角平行四边形区段的右侧边附近的左侧边，以及在第二直角平行四边形区段的左侧边附近的右侧边，其中，顶侧边平行于底侧边，左侧边平行于右侧边，左侧边与顶侧边形成鋭角，以及与底侧边形成钝角，而右侧边与顶侧边形成钝角，以及与底侧边形成鋭角，其中，第一直角平行四边形区段包括自长斜方形区段的顶侧边的左端延伸的顶侧边、自长斜方形区段的底侧边的左端延伸的底侧边、在长斜方形区段的左侧边附近的右侧边，以及左侧边，其中，顶侧边平行于底侧边，右侧边平行于左侧边，右侧边与顶侧边和底侧边形成直角，而左侧边与顶侧边和底侧边形成直角，以及其中，第二直角平行四边形区段包括自长斜方形区段的顶侧边的右端延伸的顶侧边、自长斜方形区段的底侧边的右端延伸的底侧边、在长斜方形区段的右侧边附近的左侧边，以及右侧边，其中，顶侧边平行于底侧边，右侧边平行于左侧边，左侧边与顶侧边和底侧边形成直角，而右侧边与顶侧边和底侧边形成直角。本发明的这个简要描述仅意图提供根据ー个或多个示例性实施例的本文公开的主题的简要综述，而不用作解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。提供这个简要描述来以简化的形式介绍一系列说明性的概念，下面在详细描述中进一步描述了这些概念。这个简要描述不意图标识声明的主题的关键特征或实质特征，也不意图被用来协助确定声明的主题的范围。声明的主题不限于解决背景技术中提到的任何或全部缺点的实现。
为了有可理解本发明的特征的方式，可通过參照某些实施例而获得的本发明的详细描述，在附图中示出了实施例中的ー些。但是，要注意，图仅示出了本发明的某些实施例，并且因此，图不应看作限制本发明的范围，因为本发明的范围包含其它同样有效的实施例。 不必按比例绘制图，重点大体放在示出本发明的某些实施例的特征上。在图中，使用相同标号来在所有各种视图中指示相同部件。因而，为了进ー步理解本发明，可对以下详细描述进行參照，与图结合起来阅读以下详细描述，其中图I是在本发明的一个示例性实施例中的安装在管道上的、采用传播时间流量计量来确定流体的流率的超声流量计的横截面；图2是图I的超声流量计的一部分的放大横截面图，其显示了在本发明的ー个示例性实施例中的安装在管道上的超声联接器组件；图3是在本发明的一个示例性实施例中的超声联接器组件的侧视图；图4是在本发明的另ー个示例性实施例中的超声联接器组件的侧视图；以及图5是在本发明的ー个不例性实施例中的超声联接器的温度分布。
具体实施例方式公开了ー种用于将超声换能器联接到管道壁上的超声联接器组件，其中，使用三个四边形区段来构造超声联接器，以降低超声换能器所受到的极端温度，以及改进传送通过超声联接器的超声信号的质量。图I是在本发明的一个示例性实施例中的安装在管道20上的、采用传播时间流量计量来确定流体的流率的超声流量计的横截面。图2是图I的超声流量计的一部分的放大横截面图，其显示了在本发明的一个示例性实施例中安装在管道壁120上的超声联接器组件100。虽然图I显示了形成通过流体的单个超声路径104的单对超声换能器110、210，但是，本领域普通技术人员将理解，可使用各自形成単独的超声路径的两对或更多对超声换能器110、210来形成多路径超声流量计。基于流向10，可在下游超声换能器210的上游将ー个超声换能器110安装在管道20上。通过流体的超声路径104可通过管道20的中心轴线(即直径(D))或在弦路径上(即不通过管道20的中心轴线的路径)。当被通电时，各个超声换能器110、210通过流动的流体而发送超声信号，该超声信号由另ー个超声换能器210、110接收和检測。
为了简单起见，图I和2仅显示了超声信号从上游超声换能器110发送到下游超声换能器210，但是在典型的超声流量计中，超声信号还将从下游超声换能器210发送到上游超声换能器110。而且，在未显示的另ー个实施例中，超声换能器110、210可位于管道20的同一壁上，超声信号在相对的壁上反射。根据超声信号的上游传播时间(tup)(即超声信号沿着通过流体的超声路径104逆着流向10从下游超声换能器210向上游行进到上游超声换能器110的时间)和下游传播时间(tdn)(即超声信号沿着通过流体的超声路径104顺着流向10从上游超声换能器110向下游行进到下游超声换能器210的时间)之间的差来确定流体沿着通过流体的超声路径104取平均的路径速度(Vp)。在存在流体流动的情况下，顺着流向10行进的下游传播时间(tj比逆着流向10行进的上游传播时间(tup)更快(或更短)。由于传播时间差(At)与流体的路径速度(Vp)成比例，所以可根据传播时间差(At)以及其它已知參数(例如管道20直径(D)、超声路径长度(P)、在通过流体的超声路径104和垂直于流向10 (以及上部管道壁120和下部管道壁220的表面)的平面之间形成的角度(e 4)，以及沿着图I和2中显 示的管道轴线的路径长度(P)的投影(L))来确定流体沿着通过流体的超声路径104取平均的路径速度(Vp)
权利要求
1.一种用于将超声换能器(310，410)联接到管道壁(320，420)上的超声联接器组件(300，400)，包括 第一四边形区段(340，440)； 第二四边形区段(360，460);以及 在所述第一四边形区段(340，440)和所述第二四边形区段(360，460)之间且连接它们的长斜方形区段(350，450)。
2.根据权利要求I所述的超声联接器组件(300，400)，其特征在于，所述长斜方形区段(350,450)包括自所述第一四边形区段(340，440)的顶侧边(342，442)的右端延伸到所述第二四边形区段(360，460)的顶侧边(362，462)的左端的顶侧边(352，452)、自所述第一四边形区段(340，440)的底侧边(344，444)的右端延伸到所述第二四边形区段(360，460)的底侧边(364，464)的左端的底侧边(354，454)、在所述第一四边形区段(340，440)的右侧边(346,446)附近的左侧边(356，456)，以及所述第二四边形区段(360，460)的左侧边(366，466)附近的右侧边(358，458)，其中，所述顶侧边(352，452)平行于所述底侧边(354，454)，所述左侧边(356，456)平行于所述右侧边(358，458)，所述左侧边(356，456)与所述顶侧边(352,452)形成鋭角，以及与所述底侧边(354，454)形成钝角，而所述右侧边(358，458)与所述顶侧边(352，452)形成钝角，以及与所述底侧边(354，454)形成鋭角。
3.根据权利要求I所述的超声联接器组件(300)，其特征在于，所述第一四边形区段(340)是梯形。
4.根据权利要求3所述的超声联接器组件(300)，其特征在于，所述第一四边形区段(340)包括自所述长斜方形区段(350)的所述顶侧边(352)的右端延伸的顶侧边(342)、自所述长斜方形区段(350)的所述底侧边(354)的左端延伸的底侧边(344)、在所述长斜方形区段(350)的所述左侧边(356)附近的右侧边(346)，以及左侧边(348)，其中，所述顶侧边(342)平行于所述底侧边(344)，所述右侧边(346)与所述顶侧边(342)和所述底侧边(344)形成直角，而所述左侧边(348)与所述顶侧边(342)形成鋭角，以及与所述底侧边(344)形成钝角。
5.根据权利要求I所述的超声联接器组件(300)，其特征在于，所述第二四边形区段(360)是梯形。
6.根据权利要求5所述的超声联接器组件(300)，其特征在于，所述第二四边形区段(360)包括自所述长斜方形区段(350)的所述顶侧边(352)的右端延伸的顶侧边(362)、自所述长斜方形区段(350)的所述底侧边(354)的右端延伸的底侧边(364)、在所述长斜方形区段(350)的所述右侧边(358)附近的左侧边(366)，以及右侧边(368)，其中，所述顶侧边(362)平行于所述底侧边(364)，所述左侧边(366)与所述顶侧边(362)和所述底侧边(364)形成直角，而所述右侧边(368)与所述顶侧边(362)形成钝角，以及与所述底侧边(364)形成鋭角。
7.根据权利要求I所述的超声联接器组件(400)，其特征在于，所述第一四边形区段(440)是直角平行四边形。
8.根据权利要求7所述的超声联接器组件(400)，其特征在于，所述第一四边形区段(440)包括自所述长斜方形区段(450)的所述顶侧边(452)的左端延伸的顶侧边(442)、自所述长斜方形区段(450)的所述底侧边(454)的左端延伸的底侧边(444)、在所述长斜方形区段(450)的所述左侧边(456)附近的右侧边(446)，以及左侧边(448)，其中，所述顶侧边(442)平行于所述底侧边(444)，所述右侧边(446)平行于所述左侧边(448)，所述右侧边(446)与所述顶侧边(442)和所述底侧边(444)形成直角，而所述左侧边(448)与所述顶侧边(442)和所述底侧边(448)形成直角。
9.根据权利要求I所述的超声联接器组件(400)，其特征在于，所述第二四边形区段(460)是直角平行四边形。
10.根据权利要求9所述的超声联接器组件(400)，其特征在于，所述第二四边形区段(460)包括自所述长斜方形区段(450)的所述顶侧边(452)的右端延伸的顶侧边(462)、自所述长斜方形区段(450)的所述底侧边(454)的右端延伸的底侧边(464)、在所述长斜方形区段(450)的所述右侧边(458)附近的左侧边(466)，以及右侧边(468)，其中，所述顶侧边(462)平行于所述底侧边(464)，所述右侧边(468)平行于所述左侧边(466)，所述左侧边(466)与所述顶侧边(462)和所述底侧边(464)形成直角，而所述右侧边(468)与所述顶侧边(462)和所述底侧边(464)形成直角。
11.根据权利要求I所述的超声联接器组件(300，400)，其特征在于，所述超声联接器组件(300，400)进ー步包括紧邻所述第一四边形区段(340，440)的所述顶侧边(342，442)的楔(312，412)。
12.根据权利要求I所述的超声联接器组件(300，400)，其特征在于，所述超声联接器组件(300，400)进ー步包括紧邻所述第二四边形区段(360，460)的所述底侧边(364，464)的楔(312，412)。
13.根据权利要求6所述的超声联接器组件(300)，其特征在于，在所述第二四边形区段(360)的所述右侧边(368)和所述第二四边形区段(360)的所述底侧边(364)之间的所述锐角构造成使得在所述第二四边形区段(360)的所述底侧边(364)和所述管道壁(320)之间的交接点(363)处反射的主超声信号的部分沿着垂直于所述第二四边形区段(360)的所述右侧边(368)的反射超声路径(305)而反射。
14.根据权利要求I所述的超声联接器组件(300，400)，其特征在于，所述第一四边形区段(340，440)、所述第二四边形区段(360，460)和所述长斜方形区段(350，450)共同形成单个部件。
全文摘要
本发明涉及超声联接器组件。公开了一种用于将超声换能器(310)联接到管道壁(320)上的超声联接器组件(300)，其中，使用三个四边形区段(340，350，360)来构造超声联接器(330)，以降低超声换能器(310)所受到的极端温度，以及改进传送通过超声联接器(330)的超声信号的质量。
文档编号G01F1/66GK102778262SQ20121012955
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月21日
发明者C·A·弗雷尔, O·A·赫拉科夫斯基, 敖晓蕾, 马玥 申请人:通用电气公司