Ультразвуковой расходорер, блок преобразователя с изолированным трансформаторным модулем

Ультразвуковой расходорер, блок преобразователя с изолированным трансформаторным модулем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001]

[0002] Различные примеры реализации относятся к ультразвуковым расходомерам и, в частности, к блокам преобразователей, использованным в ультразвуковых расходомерах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] После извлечения углеводородов из земли, поток текучей среды (в жидкой или газовой фазе) транспортируется от одного места к другому посредством трубопроводов. Желательно иметь возможность точно определять количество протекающей текучей среды, в частности точность особенно необходима при переходе текучей среды к другому владельцу или при передаче на ответственное хранение. Однако точность измерения желательна и в других ситуациях, при которых могут быть использованы ультразвуковые расходомеры.

[0004] Ультразвуковой расходомер содержит по меньшей мере два блока преобразователей, каждый из которых закреплен в посадочном гнезде корпуса или патрубка расходомера. Для удержания перемещаемой текучей среды в расходомере, над внешним концом каждого из посадочных гнезд преобразователя в патрубке закреплен концевой соединитель. Таким образом, патрубок и концевые соединители создают границу давления, удерживающую текучую среду, протекающую через расходомер. Для измерения расхода текучей среды через расходомер, два блока преобразователей размещены вдоль внутренней поверхности патрубка, так что каждый из блоков преобразователя обращен друг к другу. Каждый блок преобразователя содержит пьезоэлемент, а при приложении переменного тока к пьезоэлементу первого блока преобразователя пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны в текучую среду, перемещаемую через расходомер. При падении этой волны на пьезоэлемент второго блока преобразователя, второй блок преобразователя реагирует путем создания электрического сигнала. Через некоторое время происходит приложение переменного тока к пьезоэлементу второго блока преобразователя, пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны через текучую среду в расходомере. При падении этой волны на пьезоэлемент первого блока преобразователя, первый блок преобразователя реагирует путем создания электрического сигнала. Таким образом, блоки преобразователей выдают и принимают сигналы в обе стороны через поток текучей среды.

[0005] Каждый из блоков преобразователя присоединен к кабелю, проходящему через концевой соединитель наружу из патрубка к удаленному положению, так например, электронный блок обычно прикреплен к патрубку снаружи. 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.

[0006] При отсутствии использования, пьезоэлементы в блоках преобразователей могут формировать электрический заряд. Электрический заряд представляет опасность для персонала, выполняющего техническое обслуживание расходомера. Для уменьшения опасности для технического персонала, каждый пьезоэлемент обычно присоединяют к трансформатору, который, в дополнение к описанным далее функциям, обеспечивает возможность разряда электрического заряда, созданного пьезоэлементом.

[0007] Кроме того, трансформатор обеспечивает согласование импеданса между пьезоэлементом и устройством сбора данных, принимающим в итоге сигнал, сформированный пьезоэлементом. Таким образом, пьезоэлемент и трансформатор используются совместно. Поэтому трансформатор обычно расположен в блоке преобразователя. В большинстве обычных конструкций, в случае наличия необходимости в замене пьезоэлемента или трансформатора, из посадочного гнезда в патрубке удаляют весь блок преобразователя, что часто приводит к нежелательному прерыванию потока текучей среды в патрубке при удалении концевого соединителя для доступа к блоку преобразователя.

[0008] Кроме того, в большинстве известных блоков преобразователей, трансформатор в блоке преобразователя и/или электрические соединения между трансформатором и пьезоэлементом подвержены воздействию факторов, аналогичных факторам, воздействующим на пьезоэлемент. Такое воздействие нежелательно, если трансформатор или электрические соединения не приспособлены для воздействия на них факторов, аналогичных факторам, воздействующим на пьезоэлемент. Например, текучая среда, проходящая через расходомер, может представлять собой коррозийную текучую среду. В то время как пьезоэлемент может быть приспособлен для воздействия на него коррозийных факторов, трансформатор может быть не приспособлен для этого. В таких случаях, коррозийная текучая среда может повредить трансформатор и соответствующую электропроводку.

[0009] Приспособления, улучшающие качество ультразвуковых сигналов, передаваемых в текучую среду, могут улучшить точность измерения. Кроме того, истирание, износ и ухудшение свойств компонентов (например, обусловленные коррозийной активностью измеряемой текучей среды) в отношении компонентов расходомера может 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 компонентов. 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

[0010] Эти и другие недостатки, известные из уровня техники, преодолены 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 посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит блок преобразователя, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит держатель трансформатора, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, расположенный удаленно от сквозного отверстия патрубка. Кроме того, блок преобразователя содержит пьезоэлектрический модуль с пьезоэлементом. Пьезоэлектрический модуль соединен с блоком преобразователя и проходит в целом в осевом направлении от первого конца держателя преобразователя. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль с трансформатором. Трансформаторный модуль соединен с блоком преобразователя и расположен в осевом направлении на расстоянии от пьезоэлектрического модуля.

[0011] Эти и другие недостатки, известные из уровня техники, преодолены еще в 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 посадочные гнезда преобразователей, проходящие от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит блок преобразователя, размещенный в одном из посадочных гнезд преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит пьезоэлектрический модуль, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, расположенный удаленно от сквозного отверстия патрубка. Пьезоэлектрический модуль содержит корпус пьезоэлемента, проходящий между первым концом и вторым концом. Корпус пьезоэлемента имеет первое глухое отверстие, проходящее в осевом направлении от первого конца. Кроме того, пьезоэлектрический модуль содержит пьезоэлемент, расположенный в первом глухом отверстии, расположенном ближе к первому концу. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль, присоединенный к пьезоэлектрическому модулю. Трансформаторный модуль содержит корпус трансформатора и расположенный в нем трансформатор. Кроме того, блок преобразователя содержит кольцевой уплотнительный блок, расположенный в радиальном направлении между блоком преобразователя и патрубком и осевом направлении между трансформаторным модулем и сквозным отверстием патрубка. Уплотнительный блок ограничивает поток текучей среды через посадочное гнездо преобразователя между сквозным отверстием патрубка и трансформаторным модулем.

[0012] Эти и другие недостатки, известные из уровня техники, преодолены еще в одном примере реализации путем использования способа для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В одном из примеров реализации способ включает присоединение патрубка к трубопроводу. Патрубок имеет сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, способ включает перемещение текучей среды через сквозное отверстие патрубка. Кроме того, способ включает сборку блока газового ультразвукового преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит пьезоэлектрический модуль, присоединенный к патрубку. Пьезоэлектрический модуль содержит корпус пьезоэлемента и расположенный в нем пьезоэлемент. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль, присоединенный к пьезоэлектрическому модулю. Трансформаторный модуль содержит корпус трансформатора и расположенный в нем трансформатор, электрически присоединенный к пьезоэлементу. Кроме того, способ включает размещение блока преобразователя в посадочном гнезде преобразователя. Кроме того, способ включает подвергание пьезоэлектрического модуля воздействию текучей среды, протекающей через сквозное отверстие патрубка. Кроме того, способ включает изолирование трансформаторного модуля от текучей среды, протекающей через сквозное отверстие патрубка.

[0013] 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, известными из 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, а также другие особенности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Далее подробно описаны пояснительные примеры реализации настоящего изобретения согласно прилагаемым чертежам, на которых:

[0015] на фиг.1А показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера, в одном из примеров его реализации;

[0016] на фиг.1В показан вид с торца расходомера по фиг.1А;

[0017] на фиг.1C схематически показан вид сверху расходомера по фиг.1А;

[0018] на фиг.2 показан вид в перспективе ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке, в одном из примеров его реализации;

[0019] на фиг.3 показан увеличенный вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя, размещенного в одном из посадочных гнезд преобразователей ультразвукового расходомера по фиг. 2, в одном из примеров его реализации.

[0020] на фиг.4 показан увеличенный вид в частичном разрезе модуля газового ультразвукового преобразователя по фиг.3;

[0021] на фиг.5 и 6 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.2;

[0022] на фиг.7 и 8 показан увеличенный вид в разрезе трансформаторного модуля по фиг.2;

[0023] на фиг.9 показан вид в перспективе распорки трансформаторного модуля по фиг.2;

[0024] на фиг.10 показан вид с пространственным разделением частей приемного модуля по фиг.2;

[0025] на фиг.11 и 12 показан увеличенный вид в разрезе приемного модуля по фиг.2;

[0026] на фиг.13 показан вид в перспективе с торца приемного модуля по фиг.2;

[0027] на фиг.14 показан частичный разрез блока газового ультразвукового преобразователя, размещенного в одном из посадочных гнезд преобразователя ультразвукового расходомера по фиг.2, в одном из примеров его реализации;

[0028] на фиг.15 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.14;

[0029] на фиг.16 показан вид с торца пьезоэлектрического модуля по фиг.14;

[0030] на фиг.17 показан вид в разрезе ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке, в одном из примеров его реализации;

[0031] на фиг.18 показан вид в разрезе ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке, в одном из примеров его реализации.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0032] 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 как ограничивающие объем настоящего изобретения, включающего формулу изобретения. Кроме того, специалисту в рассматриваемой области 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.

[0033] В настоящем описании и формуле изобретения использованы конкретные термины для обращения к конкретным свойствам или компонентам. Специалисту в области техники будет понятно, что разные люди могут использовать различные названия для обращения к аналогичным свойствам или компонентам. В данной заявке компоненты или конструктивные особенности, отличные друг от друга по наименованию, но не функциям, различаться не будут. В масштабировании чертежей нет необходимости. Конкретные конструктивные особенности и элементы 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.

[0034] В приведенном далее описании и формуле изобретения, термины "включающий" и "содержащий" использованы в не ограничительной форме, поэтому их следует интерпретировать как "включающий, но не ограниченный...". Кроме того, термин "соединяют" или "соединяет" предназначен для описания как прямого соединения, так и непрямого 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, компонентов 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 посадочного гнезда), 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.

[0035] На фиг.1А и 1В показан ультразвуковой расходомер 10 в одном из примеров реализации для пояснения его различных компонентов и взаимосвязей. Патрубок 11, подходящий для размещения между секциями трубопровода, имеет предварительно определенный размер и задает центральный проход, через который течет измеряемая текучая среда (например, газ и/или жидкость). Показанная пара преобразователей 12 и 13 и соответствующие им корпусы 14 и 16 расположены по длине 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, превышающими примерно 20 кГц. Акустическая энергия может быть создана и принята пьезоэлементом в каждом преобразователе. Для создания акустического сигнала, электрически возбуждают посредством синусоидального сигнала пьезоэлемент, который реагирует путем вибрации. Вибрация пьезоэлемента создает акустический сигнал, который перемещается через измеряемую текучую среду к соответствующему преобразователю из пары преобразователей. Аналогично, после приема акустической энергии (то есть акустического сигнала и других шумовых сигналов), принимающий пьезоэлемент начинает вибрировать и создает синусоидальный электрический сигнал, регистрируемый, оцифровываемый и анализируемый посредством электронных устройств, связанных с расходомером.

[0036] Отрезок 17, иногда называемый "хордой", проходит между показанными преобразователями 12 и 13 под углом 6 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 текучую среду, протекающую через патрубок 11, и выходят из нее (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 внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния d, Х и L точно установлены в процессе изготовления 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). Текучая среда, такая как природный газ, течет в направлении 22, и ее скорость описывается профилем 23 скоростей. Показанные на чертеже векторы скорости 24-29 иллюстрируют тот факт, что скорость прохождения газа через патрубок 11 увеличивается при приближении к центральной оси 20.

[0037] Первоначально, преобразователь 12, расположенный ниже по потоку, создает акустический сигнал, который распространяется через текучую среду в патрубке 11, затем падает на преобразователь 13, расположенный выше по потоку, и регистрируется им. Через короткий промежуток времени (например, в пределах нескольких миллисекунд), преобразователь 13, расположенный выше по потоку, создает ответный акустический сигнал, который распространяется в обратном направлении через текучую среду в патрубке 11, падает на преобразователь 12, расположенный ниже по потоку, и регистрируется им. Таким образом, преобразователи 12 и 13 выполняют функцию "питчера и кетчера" в отношении сигналов 30, проходящих по хорде 17. В процессе работы устройства данная последовательность может происходить тысячи раз в минуту.

[0038] Время передачи акустического сигнала 30 между преобразователями 12 и 13 зависит отчасти от направления перемещения акустического сигнала 30 вверх по потоку или вниз по потоку относительно направления потока текучей среды. Время перемещения акустического сигнала вниз по потоку (то есть в направлении потока текучей среды) меньше времени его перемещения вверх по потоку (то есть в направлении, противоположном потоку текучей среды). Время перемещения вверх и вниз по потоку может быть использовано для расчета средней скорости следования сигнала и скорости звука в измеряемой текучей среде.

[0039] Ультразвуковые расходомеры могут иметь по меньшей мере одну хорду 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 хорды А, В, С и D на различных уровнях патрубка 11. Каждый из хордовых путей A-D соответствует двум преобразователям, функционирующим попеременно в качестве передатчика и приемника. Кроме того, показан электронный блок 40, электронные устройства которого получают и обрабатывают данные из четырех хорд A-D. На фиг.1В не показаны четыре пары преобразователей, соответствующих хордам A-D.

[0040] Расположение четырех пар преобразователей можно более легко понять сославшись на фиг.1C. Четыре пары посадочных гнезд преобразователей размещены в патрубке 11. Между каждыми двумя посадочными гнездами преобразователей, показанными на фиг.1В, проходит одна хорда. Первые два посадочных гнезда 14 и 15 преобразователей содержат преобразователи 12 и 13 (фиг.1А). Преобразователи размещены под неперпендикулярным углом θ к центральной оси 20 патрубка 11. Еще два посадочных гнезда 34 и 35 преобразователей (показаны только частично) и соответствующие преобразователи размещены таким образом, что их хорда расположена относительно хорды посадочных гнезд 14 и 15 по существу Х-образно. Аналогично, посадочные гнезда 38 и 39 преобразователей расположены параллельно посадочным гнездам 34 и 35, однако на разном "уровне" (то есть имеют различное радиальное положение в трубе или патрубке расходомера). На фиг.1C в неявном виде показаны четыре пары преобразователей и посадочных гнезд преобразователей. Согласно 1В и 1C, пары преобразователей расположены таким образом, верхние две пары преобразователей, соответствующих хордам А и В, расположены X-образно, и две нижние пары преобразователей, соответствующих хордам С, D, также расположены Х-образно. Скорость потока текучей среды может быть определена по каждой хорде A-D для получения скоростей потока по хордам, а при комбинировании скоростей потока по хордам может быть определена средняя скорость потока по всей трубе. На основании значения средней скорости потока может быть определено количество текучей среды, протекающей через патрубок и, таким образом, через трубопровод.

[0041] На фиг.2 и 3 соответственно показаны вид в перспективе в частичном разрезе ультразвукового расходомера 100 для измерения расхода текучей среды в трубопроводе. Ультразвуковой расходомер 100 содержит корпус или патрубок 105, блоки 200 ультразвуковых преобразователей расхода газа, электропровод или кабель 125, проходящий от каждого из блоков 200 к электронному блоку 40, соединенному с верхней частью патрубка 105, и съемную крышку 120 кабеля.

[0042] Патрубок 105 представляет собой корпус для ультразвукового расходомера 100 и выполнен с возможностью размещения между секциями 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 посадочные гнезда 165, проходящие от внешней поверхности патрубка 105 к сквозному отверстию 130. В данном примере реализации, каждый из концов 105а, b имеет фланец, соединяющий патрубок 105 в осевом направлении встык между отдельными секциями труб в трубопроводе. Горизонтальная основная плоскость 111 проходит через центральную ось 110 и в целом делит патрубок 105 на верхнюю и нижнюю половины.

[0043] Согласно фиг. 2, патрубок 105 также содержит лотки 135 для кабелей преобразователя, проходящие в целом вертикально вдоль его внешней периферии. Каждый из лотков 135 расположен таким образом, что он пересекает радиально внешние концы 165b двух разнесенных друг от друга по вертикали посадочных гнезд 165. Каждый из кабелей 125 проходит в одном из лотков 135 от одного из блоков 200 до электронного блока 40. Поскольку каждый из лотков 135 пересекают два посадочных гнезда 165, то два кабеля 125 проходят вертикально в каждом из лотков 135.

[0044] Каждый из лотков 135 дополнительно содержит заглубленную переднюю поверхность 140, боковые стенки 145, 150 и боковые канавки 155, 160. Поверхность 140 и боковые стенки 145, 150 определяют ограниченный ими паз 175 для размещения кабелей 125. Боковые канавки 155, 160 проходят соответственно вдоль поверхностей стенок 145, 150, обращенных друг к другу, и паза 175. При использовании кабелей 125, размещенных в пазу 175 лотка 135 преобразователя, боковые кромки крышки 120 вводятся в боковые канавки 155, 160 и вдвигаются в них путем перемещения с обеспечением, таким образом, закрытия кабелей 125 и их защиты от окружающей среды с внешней стороны патрубка 105. Примеры подходящих крышек кабелей раскрыты в патентной заявке США "Крышка кабеля для ультразвукового расходомера" № 11/763,783, поданной 15 июня 2007 года и полностью включенной в настоящую заявку посредством ссылки.

[0045] В некоторых примерах реализации, патрубок 105 представляет собой корпус, в котором посадочные гнезда 165 получены путем механической обработки. Пазы 175 также формируют путем механической обработки до необходимых размеров. Ширина поверхности 140 превышает диаметр посадочных гнезд 165. Глубина паза 175 выполнена достаточной для обеспечения вырезания боковых канавок 155, 160 в стенках 145, 150 лотка 135 и непосредственно самого гнезда 175 и достаточной для размещения кабелей 125. В некоторых примерах реализации, боковые канавки 155, 160 представляют собой трехсторонние канавки с прямыми углами. В других примерах реализации, боковые канавки 155, 160 могут представлять собой V-образные канавки только с двумя стенками, в которых первая стенка расположена параллельно поверхности 140 лотка 135, а вторая стенка расположена под углом, не превышающим 90 градусов от первой стенки. Кроме того, в примерах реализации, в которых боковые канавки 155, 160 представляют собой V-образные канавки, угол расположения стенок 145, 150 относительно поверхности 140 может быть как меньше, так и больше 90 градусов.

[0046] Согласно фиг.3, в каждом из посадочных гнезд 165 размещен один блок 200. Каждое из посадочных гнезд 165 преобразователя имеет центральную ось 166 и проходит через патрубок 105 от радиально внешнего (относительно оси 110) или первого конца 165а в сквозном отверстии 130 до радиально внешнего (относительно оси 110) или второго конца 165b на внешней поверхности патрубка 105. В данном примере реализации, каждое из посадочных гнезд 165 в целом выполнено горизонтальным. Другими словами, центральная ось 166 каждого из посадочных гнезд 165 преобразователя расположена в плоскости, в целом параллельной основной плоскости 111. Несмотря на то что проекция центральной оси 166 каждого из посадочных гнезд 165 может не пересекать центральную ось 110 патрубка 105, то для упрощения радиальные положения различных элементов и компонентов могут быть описаны относительно оси 110, обычно следует понимать, что понятие "радиально внутренний" (относительно оси 110) имеет отношение к положениям, в целом расположенным ближе к оси 110 и отверстию 130, а понятие "радиально внешний" (относительно оси 110) имеет отношение к положениям, в целом удаленным от оси 110 и отверстия 130.

[0047] Внутренняя поверхность каждого из посадочных гнезд 165 имеет кольцевой уступ 167 между концами 165а, b и внутреннюю резьбу 169, расположенную в осевом направлении (относительно оси 166) между уступом 167 и первым концом 165а. Согласно приведенному далее подробному описанию, уступ 167 способствует размещению блока 200 в посадочном гнезде 165, а резьба 169 взаимодействует с сопрягаемой резьбой в блоке 200, обеспечивая, таким образом, присоединение блока 200 к посадочному гнезду 165 и патрубку 105 посредством резьбового соединения.

[0048] Согласно фиг.2 и 3, при использовании устройства текучая среда течет через трубопровод и сквозное отверстие 130. Блоки 200 передают акустические сигналы вперед и обратно через поток текучей среды в сквозном отверстии 130. В частности, блоки 200 расположены таким образом, что акустический сигнал при перемещении от одного блока 200 к другому пересекает поток текучей среды, протекающий через расходомер 100 под острым углом относительно центральной оси 110. Электронный блок 40, соединенный с верхней частью патрубка 105, подает энергию к блокам 200 и принимает сигналы от них посредством кабелей 125, проходящих между ними. После приема сигналов от блоков 200, электронный блок обрабатывает эти сигналы для определения расхода текучей среды, проходящей через отверстие 130 расходомера 100.

[0049] Согласно фиг.3, блок 200 коаксиально размещен в посадочном гнезде 165 и проходит от сквозного отверстия 130 к пазу 175 лотка 135. Таким образом, блок 200 имеет центральную или продольную ось 205, в целом совпадающую с центральной осью 166 посадочного гнезда 165, когда блок 200 соединен с патрубком 105 в посадочном гнезде 165. Совершая радиальное перемещение по направлению наружу от сквозного отверстия 130 патрубка 105, 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, трансформаторный модуль 250, распорки 270 трансформаторного модуля и приемный модуль 300 соединены встык в осевом направлении и коаксиально ориентированы относительно осей 166, 205. Таким образом, каждый из пьезоэлектрического модуля 210, держателя 230, трансформаторного модуля 250, распорок 270 и приемного модуля 300 имеет центральную ось, в целом совпадающую с осями 205, 166. Для обеспечения краткости, оси 166, 205 использованы в настоящей заявке для задания осевых положений различных элементов и компонентов блока 200, однако следует понимать, что каждый отдельный компонент имеет центральную ось, в целом совпадающую с осью 205 при его установке в блок 200 и совпадающую с осью 166 при установке в посадочное гнездо 165.

[0050] Согласно фиг.3-6, пьезоэлектрический модуль 210 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 210а, расположенный ближе к отверстию 130, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 210b, удаленный от отверстия 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).

[0051] Корпус 211 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 210а, b и, таким образом, может быть также описан в качестве корпуса, имеющего первый и второй концы 211а, b, в целом совпадающие с концами 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 через сквозное отверстие 130. Кроме того, первый конец 211а корпуса 211 имеет глухое отверстие 213, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) от первого конца 211а. Пьезоэлемент 212 соосно размещен в глухом отверстии 213, расположенном ближе 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.

[0052] Согласующий слой 214 заполняет 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, эпоксидную смолу, эпоксидную смолу с порошкообразным наполнителем, резину или резину с порошкообразным наполнителем. В данном примере реализации, согласующий слой 214 содержит эпоксидную смолу, которая введена в жидкой форме в глухое отверстие 213 вокруг пьезоэлемента 212 и над ним с обеспечением возможности ее упрочнения и отверждения. Независимо от материала согласующего слоя (например, согласующего слоя 214), согласующий слой обеспечивает акустическую связь между пьезоэлементом (например, пьезоэлементом 212) и текучей средой, протекающей через расходомер (например, текучей средой, протекающей через отверстие 130 расходомера 100). Согласно конкретным примерам реализации, раскрытым в настоящей заявке, акустический согласующий слой имеет акустический импеданс, промежуточный между импедансом пьезоэлемента и импеданса текучей среды в расходомере. При акустическом импедансе согласующего слоя, промежуточным между его значением для пьезоэлемента и для текучей среды в расходомере, происходит улучшение качества ультразвукового сигнала (например, увеличение амплитуды и ускорение нарастания импульса).

[0053] 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, контактное взаимодействие или упругую установку, взаимодействие сопрягаемых резьб, акустическую соединяющую масляную краску, смазку или смолу. В данном примере реализации, согласующий слой 214 присоединен непосредственно к внутренней цилиндрической поверхности глухого отверстия 213 корпуса 211 посредством адгезионного соединения из эпоксидной смолы.

[0054] 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 поверхностно смонтирован на печатной плате 217, расположенной в глухом отверстии 215, и проходит 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 с коаксиальными кабелями и соединителями. Коаксиальные кабели и соединения содержат внутренний электрический проводник, окруженный трубчатым изолирующим слоем, обычно выполненным из мягкого материала, с высокой диэлектрической проницаемостью, причем все они окружены электрически проводящим слоем (обычно из тонкой проволочной сетки для обеспечения гибкости или тонкой металлической фольги) и покрыты снаружи тонким изолирующим слоем. Таким образом, коаксиальные кабели и соединения содержат радиально внутренний проводник и радиально внешний проводник, расположенный соосно с внутренним проводником и радиально удаленный от него посредством трубчатого изолирующего слоя.

[0055] Два вывода или провода (не показаны) электрически присоединяют пьезоэлемент 212 к печатной плате 217 и электрическому соединителю 216. Печатная плата 217 в пьезоэлектрическом модуле 210 предпочтительно содержит резистор между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250. В данном примере реализации, печатная плата 217 содержит мегаомный резистор (не показан), расположенный между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250.

[0056] Печатная плата 217 и электрический соединитель 216 жестко закреплены на месте относительно корпуса 211 посредством наполнителя 218, заполняющего оставшуюся часть глухого отверстия 215 и расположенного вокруг периферии электрического соединителя 216. На фиг.5 показан пьезоэлектрический модуль 210 с наполнителем 218 (например, после введения наполнителя 218 в глухое отверстие 213), а на фиг.6 пьезоэлектрический модуль 210 показан без наполнителя 218 (например, до введения наполнителя 218 в глухое отверстие 213). Обычно наполнитель (например, наполнитель 218) может содержать любой подходящий материал, такой как пластик или эпоксидная смола. Наполнитель 218 предпочтительно формирует адгезионное соединение с печатной платой 217, электрическим соединителем 216, любыми резисторами и проволочными выводами в глухом отверстии 215 и корпусом 211 для жесткого удержания на месте каждого из э