Ультразвуковой расходомер с преобразовательным блоком, содержащим приемник и коленчатый соединитель

Ультразвуковой расходомер с преобразовательным блоком, содержащим приемник и коленчатый соединитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет патентной заявки США №12/683,049 «Ультразвуковой расходомер с преобразовательным блоком, содержащим поворотный приемник и коленчатый соединитель», поданной 06 января 2010 года и полностью включенной в настоящее описание посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002]

[0003] Различные примеры реализации относятся к ультразвуковому расходомеру и, в частности, к преобразовательным блокам, использованным в ультразвуковых расходомерах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] После удаления углеводородов из земли происходит перемещение потока текучей среды (в жидкой или газовой фазе) с одного места к другому посредством трубопроводов. Необходимо точно знать объем текучей среды, протекающей в потоке, и, в частности, необходимо обеспечивать точность при перемещении текучей среды от одного пользователя к другому или при передаче данного продукта пользователю. Однако точность измерения необходимо обеспечивать даже при отсутствии передачи продукта потребителю, в таких ситуациях могут быть использованы ультразвуковые расходомеры.

[0005] Ультразвуковой расходомер содержит по меньшей мере два преобразовательных блока, каждый из которых закреплен в канале корпуса или патрубка расходомера. Для удержания перемещаемой текучей среды в расходомере концевой соединитель закреплен над внешним концом каждого из каналов преобразователя в патрубке. Таким образом, патрубок и концевые соединители создают границу давления, удерживающую флюид, протекающий через расходомер. Для измерения расхода текучей среды через расходомер пара преобразовательных блоков размещены в разъеме вдоль внутренней поверхности патрубка, так что каждый из преобразовательных блоков обращен друг к другу. Каждый из преобразовательных блоков содержит пьезоэлемент, а при приложении переменного тока к пьезоэлементу первого преобразовательного блока пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны во флюиде, перемещаемом через расходомер. При падении волны на пьезоэлемент второго преобразовательного блока второй преобразовательный блок реагирует путем создания электрического сигнала. Через некоторое время происходит приложение переменного тока к пьезоэлементу второго преобразовательного блока, пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны через флюид в расходомере. При падении волны на пьезоэлемент первого преобразовательного блока первый преобразовательный блок реагирует путем создания электрического сигнала. Таким образом, преобразовательные блоки выдают и принимают сигналы в обе стороны через флюидный поток.

[0006] Каждый из преобразовательных блоков присоединен к кабелю, проходящему через концевой соединитель к внешней части патрубка и удаленному положению, так, например, электронный блок обычно прикреплен к внешней части патрубка. Кабель передает сигналы, создаваемые пьезоэлементами, на плату приема данных, расположенную в электронном блоке, в котором сигнал может быть обработан и затем использован для определения расхода текучей среды через расходомер.

[0007] При отсутствии использования пьезоэлементы в преобразовательных блоках могут формировать электрический заряд. Электрический заряд соответствует риску для персонала, выполняющего техническое обслуживание расходомера. Для уменьшения риска для технического персонала каждый пьезоэлемент обычно присоединен к трансформатору, который, в дополнение к описанным далее функциям, обеспечивает путь разряда для электрического заряда, созданного пьезоэлементом.

[0008] Кроме того, трансформатор обеспечивает согласование импеданса между пьезоэлементом и приемным устройством, принимающим в итоге сигнал, сформированный пьезоэлементом. Таким образом, пьезоэлемент и трансформатор образуют пару. Таким образом, трансформатор обычно расположен в преобразовательном блоке. В большинстве обычных конструкций, в случае наличия необходимости в замене пьезоэлемента или трансформатора, весь преобразовательный блок удаляется из канала в патрубке, что часто приводит к нежелательному прерыванию потока текучей среды в патрубке при удалении концевого соединителя для доступа к преобразовательному блоку.

[0009] Кроме того, в большинстве обычных блоков преобразователей трансформатор в преобразовательном блоке и/или электрические соединения между трансформатором и пьезоэлементом подвержены воздействию условий, аналогичных условиям, которым подвержен пьезоэлемент. Такое воздействие нежелательно, если трансформатор или электрические соединения не выполнены для условий, аналогичных условиям для пьезоэлемента. Например, флюид, проходящий через расходомер, может представлять собой коррозийный флюид. Если пьезоэлемент может быть выполнен совместимым с коррозийными условиями, то трансформатор может не быть. В таких случаях коррозийный флюид может повредить трансформатор и соответствующую электропроводку.

[0010] Приспособления, улучшающие качество ультразвуковых сигналов, передаваемых флюиду, могут улучшить измерительную точность. Кроме того, истирание, износ и ухудшение свойств компонент (например, обусловленные коррозийной активностью измеряемой текучей среды) в отношении компонент расходомера могут существенно уменьшить срок службы устройства и, таким образом, было бы целесообразно использовать любое устройство, способы или системы, увеличивающие прочность и/или срок службы расходомера и его компонент. В итоге, ультразвуковые расходомеры могут быть установлены в агрессивных средах и, таким образом, было бы целесообразно использовать любое приспособление для уменьшения времени технического обслуживания и, если возможно, улучшения технических характеристик.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Эти и другие недостатки уровня техники решены в одном из примеров реализации путем использования ультразвукового расходомера для измерения потока текучей среды через трубопровод. В одном из примеров реализации расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и канал преобразователя, проходящий от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит преобразовательный блок, расположенный в канале преобразователя. Преобразовательный блок имеет центральную ось и проходит между первым концом, являющимся ближним по отношению к сквозному отверстию патрубка, и вторым концом, являющимся дальним по отношению к сквозному отверстию патрубка. Преобразовательный блок содержит пьезоэлектрический модуль, расположенный в осевом направлении вплотную к первому концу и содержащий пьезоэлемент. Кроме того, преобразовательный блок содержит трансформаторный модуль, расположенный в осевом направлении между первым и вторым концами преобразовательного блока. Трансформаторный модуль содержит трансформатор и присоединен к пьезоэлектрическому модулю. Кроме того, преобразовательный блок содержит приемный модуль, расположенный в осевом направлении вплотную ко второму концу преобразовательного блока. Приемный модуль присоединен к преобразовательному блоку. Кроме того, приемный модуль содержит корпус приемника и приемник, расположенный в корпусе приемника соосно с ним и электрически присоединенный к трансформатору. Кроме того, приемник выполнен с возможностью поворота относительно приемного модуля между первым и вторым положениями.

[0012] Эти и другие недостатки уровня техники решены в еще одном примере реализации путем использования ультразвукового расходомера для измерения потока текучей среды через трубопровод. В одном из примеров реализации расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и канал преобразователя, проходящий от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит преобразовательный блок, размещенный в канале преобразователя, имеющий центральную ось и проходящий в осевом направлении между первым концом, являющимся ближним по отношению к сквозному отверстию патрубка, и вторым концом, являющимся дальним по отношению к сквозному отверстию патрубка. Преобразовательный блок содержит пьезоэлектрический модуль, расположенный в осевом направлении вплотную к первому концу и содержащий пьезоэлемент. Кроме того, преобразовательный блок содержит трансформаторный модуль, расположенный в осевом направлении между первым и вторым концами преобразовательного блока. Трансформаторный модуль содержит трансформатор и присоединен к пьезоэлектрическому модулю. Кроме того, преобразовательный блок содержит приемный модуль, расположенный в осевом направлении вплотную ко второму концу преобразовательного блока. Приемный модуль присоединен к трансформаторному модулю. Кроме того, преобразовательный блок содержит по меньшей мере одну цилиндрическую распорку, присоединенную к приемному модулю и трансформаторному модулю. Распорка расположена в осевом направлении между приемным модулем и трансформаторным модулем.

[0013] Эти и другие недостатки уровня техники решены в еще одном примере реализации путем использования способа сборки ультразвукового расходомера. В одном из примеров реализации способ включает (а) использование патрубка, имеющего сквозное отверстие и канал преобразователя, проходящий от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, способ включает (b) сборку преобразовательного блока, имеющего центральную ось и проходящего в осевом направлении между первым и вторым концами. Преобразовательный блок содержит пьезоэлектрический модуль, расположенный в осевом направлении вплотную к первому концу преобразовательного блока. Пьезоэлектрический модуль содержит пьезоэлемент. Кроме того, преобразовательный блок содержит приемный модуль, расположенный в осевом направлении во втором конце преобразовательного блока. Кроме того, преобразовательный блок содержит трансформаторный модуль, расположенный в осевом направлении между приемным модулем и пьезоэлектрическим модулем. Трансформаторный модуль содержит трансформатор, электрически присоединенный к пьезоэлементу. Кроме того, способ включает (с) прикрепление преобразовательного блока к патрубку в канале преобразователя. Кроме того, способ включает (d) присоединение электрического соединения к приемному модулю после выполнения этапа (с). Кроме того, способ включает (е) поворот электрического соединения вокруг центральной оси после выполнения этапа (d).

[0014] Таким образом, примеры реализации, описанные в настоящей заявке, содержат сочетание особенностей и преимуществ, предназначенных для решения различных недостатков, связанных с конкретными устройствами, системами и способами уровня техники. После прочтения представленного далее подробного описания, приведенного согласно прилагаемым чертежам, для специалиста в данной области техники будут полностью очевидны различные особенности, описанные выше, и другие особенности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] Далее будет приведено подробное описание пояснительных примеров реализации настоящего изобретения согласно прилагаемым чертежам.

[0016] На фиг.1А показан вид сверху в разрезе одного из примеров реализации ультразвукового расходомера.

[0017] На фиг.1В показан вид с торца расходомера по фиг.1А.

[0018] На фиг.1C схематически показан вид сверху расходомера по фиг.1А.

[0019] На фиг.2 показан перспективный вид одного из примеров реализации ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке.

[0020] На фиг.3 показан увеличенный вид в частичном разрезе одного из примеров реализации газового ультразвукового преобразовательного блока, размещенного в одном из каналов преобразователей ультразвукового расходомера по фиг.2.

[0021] На фиг.4 показан увеличенный вид в частичном разрезе модуля газового ультразвукового преобразователя по фиг.3.

[0022] На фиг.5 и 6 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.2.

[0023] На фиг.7 и 8 показан увеличенный вид в разрезе трансформаторного модуля по фиг.2.

[0024] На фиг.9 показан перспективный вид распорки трансформаторного модуля по фиг.2.

[0025] На фиг.10 показан разобранный вид приемного модуля по фиг.2.

[0026] На фиг.11 и 12 показан увеличенный вид в разрезе приемного модуля по фиг.2.

[0027] На фиг.13 показан перспективный вид с торца приемного модуля по фиг.2.

[0028] На фиг.14 показан частичный разрез одного из примеров реализации блока газового ультразвукового преобразователя, размещенного в одном из каналов преобразователя ультразвукового расходомера по фиг.2.

[0029] На фиг.15 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.14.

[0030] На фиг.16 показан вид с торца пьезоэлектрического модуля по фиг.14.

[0031] На фиг.17 показан разрез одного из примеров реализации ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке.

[0032] На фиг.18 показан разрез одного из примеров реализации ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0033] Далее приведено описание различных примеров реализации настоящего изобретения. Несмотря на то что по меньшей мере один из этих примеров реализации в настоящее время может представлять собой предпочтительный пример реализации, раскрытые примеры реализации не следует рассматривать в качестве ограничения объема настоящего изобретения, включающего формулу изобретения. Кроме того, специалисту в уровне техники ясно, что приведенное далее описание имеет широкое применение, а описание любого из примеров реализации приведено только для пояснения такого примера реализации и не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения.

[0034] В настоящем описании и формуле изобретения использованы конкретные термины для обращения к конкретным элементам или компонентам. Специалисту в области техники будет понятно, что разные люди могут использовать различные названия для обращения к аналогичному элементу или компоненту. Данная заявка не предназначена для проведения различий между компонентами или элементами, которые имеют различное название, а не функцию. В масштабировании фигур на чертежах нет необходимости. Конкретные элементы и компоненты в настоящей заявке могут быть показаны в увеличенном масштабе или в некотором схематическом виде, а некоторые части обычных элементов могут быть не показаны для обеспечения ясности и краткости.

[0035] В приведенном далее описании и формуле изобретения термины "включающий" и "содержащий" использованы в неограничительной форме, поэтому их следует интерпретировать как "включающий, но не ограниченный...". Кроме того, термин "соединяют" или "соединяет" предназначен для описания косвенного или прямого соединения. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, то такое соединение может быть выполнено путем прямого соединения или непрямого соединения посредством других устройств, компонент и соединений. Кроме того, использованные в данной заявке термины "осевой" и "в осевом направлении" в общем смысле означают вдоль или параллельно центральной оси (например, центральной оси корпуса или канала), а термины "радиальный" и "радиально" в общем смысле означают перпендикулярно относительно центральной оси. Например, осевое расстояние относится к расстоянию, измеренному вдоль или параллельно центральной оси, а радиальное расстояние соответствует расстоянию, измеренному перпендикулярно центральной оси.

[0036] На фиг.1А и 1В показан один из примеров реализации ультразвукового расходомера 10 для пояснения его различных компонент и взаимосвязей. Патрубок 11, подходящий для расположения между частями трубопровода, имеет предварительно определенный размер и задает центральный проход, через который течет измеряемый флюид (например, газ и/или жидкость). Показанная пара преобразователей 12 и 13 и их соответствующие корпуса 14 и 15 расположены вдоль длины патрубка 11. Преобразователи 12 и 13 представляют собой акустические приемопередатчики и, в частности, ультразвуковые приемопередатчики, что означает, что они создают и принимают акустическую энергию с частотами, составляющими примерно более 20 кГц. Акустическая энергия может быть создана и принята пьезоэлементом в каждом из преобразователей. Для создания акустического сигнала пьезоэлемент электрически возбужден посредством синусоидального сигнала и реагирует путем вибрации. Вибрация пьезоэлемента создает акустический сигнал, который совершает перемещение через измеряемый флюид к соответствующему преобразователю из пары преобразователей. Аналогично, после приема акустической энергии (то есть акустического сигнала и других шумовых сигналов) принимающий пьезоэлемент совершает вибрации и создает синусоидальный электрический сигнал, определяемый, оцифровываемый и анализируемый посредством электронных устройств, связанных с расходомером.

[0037] Путь 17, иногда называемый "хордой", проходит между показанными преобразователями 12 и 13 под углом 9 к центральной оси 20. Длина "хорды" 17 соответствует расстоянию между торцом преобразователя 12 и торцом преобразователя 13. Точки 18 и 19 определяют положения, в которых акустические сигналы, создаваемые преобразователями 12 и 13, входят в флюид, протекающий через патрубок 11, и выходят из него (то есть вход в отверстие патрубка). Положение преобразователей 12 и 13 может быть определено углом 9, первой длиной L, измеренной между преобразователями 12 и 13, второй длиной X, соответствующей осевому расстоянию между точками 18 и 19, и третьей длиной d, соответствующей трубному внутреннему диаметру. В большинстве случаев расстояния d, Х и L точно определены при производстве расходомера. Кроме того, преобразователи, такие как преобразователи 12 и 13, в целом расположены на конкретном расстоянии соответственно от точек 18, 19 вне зависимости от размера расходомера (то есть размера патрубка). Флюид, такой как природный газ, течет в направлении 22 со скоростным профилем 23. Векторы скорости 24-29 показывают, что происходит увеличение скорости газа через патрубок 11 по направлению к центральной оси 20.

[0038] Первоначально, преобразователь 12, расположенный ниже по потоку, создает акустический сигнал, распространяющийся через флюид в патрубке 11, а затем после падения происходит его определение преобразователем 13, расположенным выше по потоку. Через короткий промежуток времени (например, через в пределах пары миллисекунд) преобразователь 13, расположенный выше по потоку, создает отраженный акустический сигнал, распространяющийся обратно через флюид в патрубке 11, а после падения происходит его определение посредством преобразователя 12, расположенного ниже по потоку. Таким образом, преобразователи 12 и 13 выполняют функцию "питчера и кетчера" в отношении сигналов 30, проходящих по хордовому пути 17. При работе данная последовательность может произойти тысячи раз в минуту.

[0039] Время передачи акустического сигнала 30 между преобразователями 12 и 13 зависит отчасти от перемещения акустического сигнала 30 вверх по потоку или вниз по потоку относительно потока текучей среды. Время перемещения акустического сигнала вниз по потоку (то есть в направлении, аналогичном направлению потока текучей среды) менее времени его перемещения вверх по потоку (то есть против направления потока текучей среды). Время перемещения вверх и вниз по потоку может быть использовано для расчета средней скорости по пути сигнала и скорости звука в измеряемом флюиде.

[0040] Ультразвуковые расходомеры могут иметь один и более путь акустического сигнала. На фиг.1В показан вид в вертикальном разрезе одного из концов ультразвукового расходомера 10. Согласно фиг.1В ультразвуковой расходомер 10 фактически имеет четыре хордовых пути А, В, С и D на различных уровнях патрубка 11. Каждый из хордовых путей A-D соответствует паре преобразователей, функционирующих попеременно в качестве передатчика и приемника. Кроме того, на фиг.1В показан блок 40 электронных устройств, электронные устройства которого получают и обрабатывают данные от четырех хордовых путей A-D. На фиг.1В не показаны четыре пары преобразователей, соответствующих хордовым путям A-D.

[0041] Конструкцию, содержащую четыре пары преобразователей, можно более легко понять согласно фиг.1C. Четыре пары каналов преобразователей размещены в патрубке 11. Каждая пара каналов преобразователей соответствует одному хордовому пути по фиг.1В. Первая пара каналов 14 и 15 преобразователей содержит преобразователи 12 и 13 (фиг.1А). Преобразователи размещены под неперпендикулярным углом 9 к центральной оси 20 патрубка 11. Еще одна пара каналов 34 и 35 преобразователей (показаны только частично) и соответствующие преобразователи размещены таким образом, что их хордовый путь в общих чертах формирует форму буквы "X" относительно хордового пути каналов 14 и 15 преобразователей. Аналогично, каналы 38 и 39 преобразователей расположены параллельно каналам 34 и 35 преобразователей, однако на разном "уровне" (то есть имеют различное радиальное положение в трубе или патрубке расходомера). На фиг.1C не в явном виде показаны четыре пары преобразователей и каналов преобразователей. Согласно 1В и 1C пары преобразователей расположены таким образом, что верхние две пары преобразователей, соответствующих хордам А и В, формируют букву "X", и нижняя пара преобразователей, соответствующих хордам С, D, также формируют букву "X". Скорость потока текучей среды может быть определена в каждой из хорд A-D для получения скоростей хордового потока, а при комбинировании скоростей хордового потока может быть определена средняя скорость потока по всей трубе. На основании значения средней скорости потока может быть определен объем текучей среды в патрубке и, таким образом, в трубопроводе.

[0042] На фиг.2 и 3 соответственно показаны перспективные виды в частичном разрезе ультразвукового расходомера 100 для измерения расхода текучей среды в трубопроводе. Ультразвуковой расходомер 100 содержит корпус или патрубок 105, ультразвуковые преобразовательные блоки 200 расхода газа, электропровод или кабель 125, проходящий от каждого из преобразовательных блоков 200 до электронного блока 40, соединенного с верхней частью патрубка 105, и съемное кабельное покрытие 120.

[0043] Патрубок 105 представляет собой корпус для ультразвукового расходомера 100 и выполнен с возможностью размещения между частями трубопровода. Патрубок 105 имеет центральную ось 110 и первый или впускной конец 105а, второй или выпускной конец 105b, проход для потока текучей среды или сквозное отверстие 130, проходящее между концами 105а, 105b, и каналы 165 преобразователей, проходящие от внешней поверхности патрубка 105 к сквозному отверстию 130. В данном примере реализации каждый из концов 105а, b имеет выступ, соединяющий патрубок 105 в осевом направлении встык между отдельными трубными частями трубопровода. Горизонтальная основная плоскость 111 проходит через центральную ось 110 и в целом делит патрубок 105 на верхнюю и нижнюю половины.

[0044] Согласно фиг.2 патрубок 105 также содержит кабельные лотки 135 преобразователя, проходящие в целом вертикально вдоль их внешней периферии. Каждый из лотков 135 расположен таким образом, что он пересекает радиальные внешние концы 165b двух каналов 165 преобразователей, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга. Каждый из кабелей 125 проходит в одном из лотков 135 от одного из преобразовательных блоков 200 до электронного блока 40. Поскольку два канала 165 преобразователей пересекают каждый из лотков 135, то два кабеля 125 проходят вертикально в каждом из лотков 135.

[0045] Каждый из лотков 135 преобразователя дополнительно содержит углубленное дно 140, стенки 145, 150 и стеночные пазы 155, 160. Дно 140 и стенки 145, 150 задают между собой карман 175, принимающий кабели 125. Стеночные пазы 155, 160 проходят соответственно вдоль поверхностей стенок 145, 150, обращенных друг к другу, и кармана 175. С использованием кабелей 125, размещенных в кармане 175 лотка 135 преобразователя, боковые стенки кабельного покрытия 120 вставлены в пазы 155, 160 и продвинуты в них путем перемещения с обеспечением, таким образом, закрытия кабелей 125 и их защиты от окружающей среды с внешней стороны патрубка 105. Примеры подходящих покрытий раскрыты в патентной заявке США "Кабельное покрытие для ультразвукового расходомера" №11/763,783, поданной 15 июня 2007 года и полностью включенной в настоящую заявку посредством ссылки.

[0046] В некоторых примерах реализации патрубок 105 представляет собой корпус, в котором механически выполнены каналы 165 преобразователей. Кроме того, карманы 175 сформированы путем механической обработки до необходимых размеров. Ширина дна 140 превышает диаметр каналов 165 преобразователей. Глубина кармана 175 выполнена достаточной для обеспечения выполнения стеночных пазов 155, 160 в стенках 145, 150 лотка 135 преобразователя и непосредственно самого кармана 175 и достаточной для приема кабелей 125. В некоторых примерах реализации стеночные пазы 155, 160 представляют собой трехсторонние пазы с прямыми углами. В еще одних примерах реализации стеночные пазы 155, 160 могут представлять собой полутрапецеидальные пазы только с двумя стенками, в которых первая стенка расположена параллельно дну 140 лотка 135 преобразователя, а вторая стенка расположена под углом, составляющим менее 90 градусов от первой стенки. Кроме того, в примерах реализации, в которых стеночные пазы 155, 160 представляют собой полутрапецеидальные пазы, угол расположения стенок 145, 150 относительно дна 140 может составлять менее или более 90 градусов.

[0047] Согласно фиг.3 один из преобразовательных блоков 200 размещен в каждом из каналов 165 преобразователя. Каждый из каналов 165 преобразователя имеет центральную ось 166 и проходит через патрубок 105 от радиального внутреннего (относительно оси 110) или первого конца 165а в сквозном отверстии 130 до радиального внешнего (относительно оси 110) или второго конца 165b во внешней поверхности патрубка 105. В данном примере реализации каждый из каналов 165 преобразователя в целом выполнен горизонтальным. Другими словами, центральная ось 166 каждого из каналов 165 преобразователя расположена в плоскости, в целом параллельной основной плоскости 111. Несмотря на то что проекция центральной оси 166 каждого из каналов 165 преобразователя необязательно может пересекать центральную ось 110 патрубка 105, то для упрощения радиальные положения различных элементов и компонент могут быть описаны относительно оси 110, обычно следует понимать, что понятие "радиально внутренний" (относительно оси 110) имеет отношение к положениям, в целом являющимся ближними по отношению к оси 110 и отверстию 130, а понятие "радиально внешний" (относительно оси 110) имеет отношение к положениям, в целом являющимся дальними по отношению к оси 110 и отверстию 130.

[0048] Внутренняя поверхность каждого из каналов 165 преобразователя имеет кольцевой уступ 167 между концами 165а, b и внутренние резьбовые соединения 169, расположенные в осевом направлении (относительно оси 166) между уступом 167 и первым концом 165а. Согласно приведенному далее подробному описанию уступ 167 способствует размещению преобразовательного блока 200 в канале 165, а резьбовые соединения 169 взаимодействуют с соответствующими резьбовыми соединениями в преобразовательном блоке 200, обеспечивая таким образом присоединение преобразовательного блока 200 посредством резьбовых соединений к каналу 165 и патрубку 105.

[0049] Согласно фиг.2 и 3 при использовании флюид течет через трубопровод и сквозное отверстие 130. Преобразовательные блоки 200 отправляют акустические сигналы вперед и обратно через поток текучей среды в сквозном отверстии 130. В частности, преобразовательные блоки 200 расположены таким образом, что акустический сигнал при перемещении от одного из преобразовательных блоков 200 к другим пересекает поток текучей среды, протекающий через расходомер 100 под острым углом относительно центральной оси 110. Электронный блок 40 соединен с верхней частью патрубка 105, подает энергию к преобразовательным блокам 200 и принимает сигналы от них посредством кабелей 125, проходящих между ними. После приема сигналов от преобразовательных блоков 200 электронный блок обрабатывает сигналы для определения расхода текучей среды, проходящего через отверстие 130 расходомера 100.

[0050] Согласно фиг.3 газовый ультразвуковой преобразовательный блок 200 размещен в канале 165 соосно с ним и проходит от сквозного отверстия 130 к карману 175 лотка 135. Таким образом, преобразовательный блок 200 имеет центральную или продольную ось 205, в целом соответствующую центральной оси 166 канала 165 при присоединении преобразовательного блока 200 к патрубку 105 в канале 165. Совершая радиально перемещение по направлению наружу от сквозного отверстия 130 патрубка 105, преобразовательный блок 200 содержит пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230 преобразователя, трансформаторный модуль 250, распорки 270 трансформаторного модуля, приемный модуль 300 и электрическое соединение 290. Пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230 преобразователя, трансформаторный модуль 250, распорки 270 трансформаторного модуля и приемный модуль 300 соединены встык в осевом направлении и расположены соосно относительно осей 166, 205. Таким образом, каждый из пьезоэлектрического модуля 210, держателя 230 преобразователя, трансформаторного модуля 250, распорок 270 трансформаторного модуля и приемного модуля 300 имеет центральную ось, в целом соответствующую осям 205, 166. Для обеспечения краткости, оси 166, 205 использованы в настоящей заявке для задания осевых положений различных элементов и компонентов преобразовательного блока 200, следует понимать, что каждый отдельный компонент имеет центральную ось, в целом соответствующую оси 205 при сборке в преобразовательный блок 200, и соответствующую оси 166 при установке в канал 165.

[0051] Согласно фиг.3-6 пьезоэлектрический модуль 210 имеет радиальный внутренний (относительно оси 110) или первый конец 210а, являющийся ближним по отношению к отверстию 130, радиальный внешний (относительно оси 110) или второй конец 210b, являющийся дальним по отношению к отверстию 130, и содержит корпус 211, пьезоэлемент 212, согласующий слой 214 и электрический соединитель 216. На фиг.3-5 показан пьезоэлектрический модуль 210 с согласующим слоем 214 (например, после размещения согласующего слоя 214), а на фиг.6 пьезоэлектрический модуль 210 показан без согласующего слоя 214 (например, перед введением согласующего слоя 214).

[0052] Корпус 211 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 120а, b и, таким образом, может быть также описан как корпус, имеющий первый и второй концы 211а, b, в целом соответствующие концам 210а, b. Первые концы 210а, 211а соответственно пьезоэлектрического модуля 210 и корпуса 211 проходят в осевом направлении (относительно осей 166, 205) относительно отверстия 130 и подвержены воздействию текучей среды, протекающей в сквозном отверстии 130. Кроме того, первый конец 211а корпуса 211 содержит глухое отверстие 213, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) от первого конца 211а. Пьезоэлемент 212 размещен в глухом отверстии 213 соосно с ним, являющимся ближним по отношению к первому концу 211а и отверстию 130. Пьезоэлемент 212 представляет собой пьезоэлектрический материал, создающий электрический потенциал в ответ на приложенное механическое усилие и создающий механическое усилие и/или напряжение в ответ на приложенное электрическое поле. В частности, пьезоэлемент 212 создает электрический потенциал и соответствующий ток в ответ на акустический сигнал и создает акустический сигнал в ответ на приложенный электрический потенциал и соответствующий ток. Обычно пьезоэлемент 212 может содержать любой подходящий пьезоэлектрический материал, такой как пьезоэлектрический кристалл или керамика. Однако в данном примере реализации пьезоэлемент 212 представляет собой пьезоэлектрический кристалл.

[0053] Согласующий слой 214 наполняет оставшуюся часть глухого отверстия 213 и полностью окружает или охватывает пьезоэлемент 212. Согласующий слой (например, согласующий слой 214) может содержать любой подходящий материал(ы), включая, без ограничения, пластик, металл, стекло, керамику, эпоксидный клей, порошкообразный эпоксидный клей, резину или порошкообразную резину. В данном примере реализации согласующий слой 214 содержит эпоксидный клей, введенный в глухое отверстие 213 и расположенный вокруг пьезоэлемента 212 и над ним в жидкой форме с обеспечением возможности его высыхания и затвердевания. Независимо от материала согласующего слоя (например, согласующего слоя 214) согласующий слой обеспечивает акустическую связь между пьезоэлементом (например, пьезоэлементом 212) и флюидом, протекающим через расходомер (например, флюидом, протекающим в отверстии 130 расходомера 100). Согласно конкретным примерам реализации, раскрытым в настоящей заявке, акустический согласующий слой, расположенный между пьезоэлементом и флюидом в расходомере, имеет акустический импеданс. Вследствие наличия у согласующего слоя, расположенного между пьезоэлементом и флюидом в расходомере, акустического импеданса происходит улучшение качества ультразвукового сигнала (например, увеличение амплитуды и ускорение нарастания импульса).

[0054] Согласно фиг.3-6 согласующий слой 214 и пьезоэлемент 212 присоединены к корпусу 211 в глухом отверстии 213. Обычно согласующий слой 214 может быть присоединен к корпусу 211 посредством каких-либо подходящих средств, включая, без ограничения, прикрепление, взаимодействие или упругую установку, взаимодействие совместимых резьб, акустическую соединяющую масляную краску, смазку или клей. В данном примере реализации согласующий слой 214 присоединен непосредственно к внутренней цилиндрической поверхности глухого отверстия 213 корпуса 211 посредством адгезионного соединения из эпоксидного клея.

[0055] Согласно фиг.5 и 6 электрический соединитель 216 расположен во втором конце 210b пьезоэлектрического модуля 210 и присоединен ко второму концу 211b корпуса 211. В частности, второй конец 211b корпуса 211 содержит глухое отверстие 215, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) от второго конца 211b. Электрический соединитель 216 представляет собой поверхность, прикрепленную к печатной плате 217, расположенной в глухом отверстии 215, и проходящую от нее в осевом направлении (относительно оси 205). В данном примере реализации электрический соединитель 216 представляет собой гнездовой коаксиальный приемник или гнездовой разъем. Обычно "коаксиальные" соединители (например, штыревые коаксиальные соединители, гнездовые коаксиальные соединители, коаксиальные разъемы, коаксиальные приемники и т.п.) представляют собой соединители, выполненные с возможностью использования коаксиальных кабелей и соединений. Коаксиальные кабели и соединения содержат внутренний электрический проводник, окруженный трубчатым изолирующим слоем, обычно выполненным из гибкого материала, с высокодиэлектрической проницаемостью, причем все из них окружены электрически проводящем слоем (обычно из тонкого плетеного провода для обеспечения гибкости или тонкой металлической фольги) и покрыты тонким изолирующим слоем на внешней стороне. Таким образом, коаксиальные кабели и соединения содержат радиальный внутренний проводник и радиальный внешний проводник, расположенный соосно с внутренним проводником и радиально удаленный от него посредством трубчатого изолирующего слоя.

[0056] Два вывода или провода (не показаны) электрически присоединяют пьезоэлемент 212 к монтажной плате 217 и электрическому соединителю 216. Монтажная плата 217 в пьезоэлектрическом модуле 210 предпочтительно содержит резистор между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения электрических зарядов в пьезоэлементе 212 для безопасного заряда при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250. В данном примере реализации монтажная плата 217 содержит резистор (не показан) с сопротивлением, составляющим 1 МОм, между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250.

[0057] Монтажная плата 217 и электрический соединитель 216 жестко закреплены на месте относительно корпуса 211 посредством наполн