Ультразвуковой расходомер с блоком заглушки посадочного гнезда

Ультразвуковой расходомер с блоком заглушки посадочного гнезда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Примеры реализации, раскрытые в настоящей заявке, относятся к ультразвуковым расходомерам и, в частности, к блоку заглушки посадочного гнезда для присоединения к блокам преобразователей в ультразвуковом расходомере.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] После извлечения углеводородов из земли поток текучей среды (в жидкой или газовой фазе) транспортируется с 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 посадочного гнезда преобразователя в патрубке закреплен концевой соединитель. Таким образом, патрубок и концевые соединители создают границу давления, удерживающую текучую среду, проходящую через расходомер.

[0005] Для измерения расхода текучей среды через расходомер каждый из первого и второго блоков преобразователя размещен в посадочном гнезде патрубка, так что каждый блок преобразователя обращен к другому блоку преобразователя. Каждый блок преобразователя содержит пьезоэлемент. 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.

[0006] Каждый из блоков преобразователя присоединен к кабелю, проходящему через концевой соединитель к месту, выполненному внешним по отношению к патрубку, например электронный блок обычно прикреплен к внешней части патрубка. Сигналы, создаваемые пьезоэлементами, передаются по кабелю 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 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.

[0008] 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 вследствие удаления, при необходимости, концевого соединителя для доступа к блоку преобразователя.

[0009] 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 коррозионную текучую среду. В то время как пьезоэлемент может быть приспособлен для воздействия на него коррозионных факторов, трансформатор может быть не приспособлен для этого. В таких случаях коррозийная текучая среда может повредить трансформатор и соответствующую электропроводку.

[0010] Приспособления, улучшающие качество ультразвуковых сигналов, передаваемых в текучую среду, могут улучшить измерительную точность. 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. 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. Таким образом, было бы целесообразно использовать любое приспособление для уменьшения времени технического обслуживания и, если возможно, улучшения технических характеристик.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В некоторых примерах реализации ультразвуковой расходомер содержит патрубок, блок преобразователя и блок заглушки посадочного гнезда. Патрубок имеет сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее между сквозным отверстием и внешней поверхностью патрубка. Блок преобразователя расположен в посадочном гнезде преобразователя и содержит трансформатор, пьезоэлемент и электрическое соединение между ними. Блок заглушки посадочного гнезда присоединен к блоку преобразователя и принимает кабель, присоединенный к блоку преобразователя. Блок заглушки посадочного гнезда подпружинен со смещением блока заглушки посадочного гнезда по направлению к блоку преобразователя для противодействия электрическому отсоединению кабеля от блока преобразователя. В других примерах реализации блок заглушки посадочного гнезда содержит по меньшей мере две защелки, выполненные с возможностью разъемного взаимодействия с патрубком, вследствие чего ограничено перемещение блока заглушки посадочного гнезда относительно патрубка.

[0012] В других примерах реализации блок преобразователя образует первый барьер для текучей среды через посадочное гнездо преобразователя, разделяющий его на первую часть, расположенную ближе к сквозному отверстию, и вторую части, удаленную от сквозного отверстия, причем первая часть сообщается посредством текучей среды со сквозным отверстием, первый барьер для текучей среды ограничивает сообщение посредством текучей среды между сквозным отверстием и второй частью. Блок заглушки посадочного гнезда формирует второй барьер для текучей среды, который ограничивает проникновение текучей среды снаружи патрубка в посадочное гнездо преобразователя.

[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, и другие особенности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Далее будет приведено подробное описание пояснительных примеров 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.1 В показан вид с торца расходомера по фиг.1A;

[0017] на фиг.1С схематически показан вид сверху расходомера по фиг.1A;

[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 с присоединенным к нему блоком заглушки посадочного гнезда, размещенного в одном из посадочных гнезд преобразователя ультразвукового расходомера по фиг.4, 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 показан увеличенный вид в разрезе трансформаторного модуля по фиг.4;

[0023] на фиг.8 показан вид в разрезе блока заглушки посадочного гнезда и трансформаторный модуль по фиг.3;

[0024] на фиг.9 показан вид в перспективе блока заглушки посадочного гнезда и трансформатора;

[0025] на фиг.10A и 10В показаны виды в разрезе соединения блока заглушки посадочного гнезда с трансформаторным модулем по фиг.3;

[0026] на фиг.11 показан вид в разрезе блока заглушки посадочного гнезда по фиг.8 с трубчатым элементом заводского исполнения;

[0027] на фиг.12 показан вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя для использования с блоком заглушки посадочного гнезда по фиг.3 и ультразвуковым преобразователем по фиг.2 в еще одном примере его реализации;

[0028] на фиг.13 показан увеличенный вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя по фиг.12;

[0029] на фиг.14 показан увеличенный вид в частичном разрезе пьезоэлектрического и/или трансформаторного модуля и держатель гнездового разъема по фиг.13;

[0030] на фиг.15 показан увеличенный вид в частичном разрезе модуля разъема по фиг.13;

[0031] на фиг.16 показан вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя с присоединенным к нему уплотненным блоком заглушки посадочного гнезда для использования с ультразвуковым расходомером по фиг.2 в еще одном примере его реализации;

[0032] на фиг.17 показан увеличенный вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя по фиг.16;

[0033] на фиг.18 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.17;

[0034] на фиг.19 показан вид с торца пьезоэлектрического модуля по фиг.17;

[0035] на фиг.20 показан увеличенный вид в частичном разрезе блока заглушки посадочного гнезда по фиг.16.

[0036] на фиг.21 показан еще один увеличенный вид в частичном разрезе блока заглушки посадочного гнезда по фиг.16, причем данный разрез показан со смещением от разреза по фиг.20 на 90 градусов относительно оси блока заглушки посадочного гнезда;

[0037] на фиг.22А и 22B показаны увеличенные виды в разрезе соответственно защитной крышки и одной из защелок защитной крышки по фиг.20;

[0038] на фиг.23 показан вид в перспективе блока заглушки посадочного гнезда по фиг.16, отображающий внутреннюю сторону защитной крышки и байонетных пазов на трубчатом элементе;

[0039] на фиг.24 показан вид в перспективе блока заглушки посадочного гнезда по фиг.16, отображающий внешнюю сторону защитной крышки;

[0040] на фиг.25 показан увеличенный вид в частичном разрезе соединения блока заглушки посадочного гнезда с трансформаторным модулем по фиг.3;

[0041] на фиг.26 показан еще один вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя и уплотненного блока заглушки посадочного гнезда, размещенного в посадочном гнезде преобразователя ультразвукового расходомера по фиг.16, причем данный разрез показан со смещением от разреза по фиг.16 на 90 градусов относительно оси блока заглушки посадочного гнезда;

[0042] на фиг.27 показан вид в разрезе трубчатого элемента для блока заглушки посадочного гнезда в другом примере его реализации, в котором трубчатый элемент имеет сегментированные стопорные кольца.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0043] 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.

[0044] 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 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.

[0045] 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 непрямого или прямого соединения. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством или присоединено к нему, 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.

[0046] На фиг.1А и 1B показан ультразвуковой расходомер 10 в одном из примеров его реализации для пояснения его различных компонентов и их взаимосвязей. Патрубок 11 подходит для размещения между секциями трубопровода. Патрубок 11 имеет установленный размер и задает центральный проход, через который течет текучая среда (например, газ и/или жидкость). Показанная пара преобразователей 12 и 13 и соответствующие им корпуса 14 и 15 расположены по длине патрубка 11. Преобразователи 12 и 13 представляют собой акустические приемопередатчики. В частности, преобразователи 12, 13 представляют собой ультразвуковые приемопередатчики, что означает, что они создают и принимают акустическую энергию с частотами, превышающими 20 кГц.

[0047] Акустическая энергия может быть создана и принята пьезоэлементом в каждом преобразователе 12, 13. Для создания акустического сигнала электрически возбуждают посредством синусоидального сигнала пьезоэлемент, который реагирует путем вибрации. Вибрация пьезоэлемента создает акустический сигнал, который затем перемещается через текучую среду к соответствующему преобразователю 12, 13 из пары преобразователей. Аналогично после приема акустической энергии (то есть акустического сигнала и других шумовых сигналов) принимающий пьезоэлемент вибрирует и создает синусоидальный электрический сигнал, регистрируемый, оцифровываемый и анализируемый посредством электронных устройств, связанных с расходомером.

[0048] Отрезок 17, иногда называемый "хордой", проходит между показанными преобразователями 12, 13 под углом 6 к центральной оси 20 патрубка 11. Длина "хорды" 17 соответствует расстоянию между торцом преобразователя 12 и торцом преобразователя 13. Точки 18, 19 определяют положения, в которых акустические сигналы, создаваемые преобразователями 12, 13, входят в текучую среду, протекающую через патрубок 11, и выходят из нее (то есть вход в отверстие патрубка). Положение преобразователей 12, 13 может быть определено углом θ, первой длиной L, измеренной между преобразователями 12, 13, второй длиной X, соответствующей осевому расстоянию между точками 18, 19, и третьей длиной d, соответствующей внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния d, X и L точно установлены в процессе изготовления расходомера. Кроме того, преобразователи 12, 13 в целом расположены на конкретном расстоянии соответственно от точек 18, 19 вне зависимости от размера расходомера (то есть размера патрубка). Текучая среда, проходящая через патрубок 11, 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.

[0049] 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 данная последовательность может происходить тысячи раз в минуту.

[0050] Время передачи акустического сигнала 30 между преобразователями 12, 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 по отрезку или хорде 17 и скорости звука в измеряемой текучей среде.

[0051] Ультразвуковые расходомеры могут иметь по меньшей мере одну хорду акустического сигнала. На фиг.1B показан вид в вертикальном разрезе одного из концов ультразвукового расходомера 10. Согласно фиг.1B ультразвуковой расходомер имеет четыре хорды A, В, С, D на различных уровнях патрубка 11. Каждый из хордовых путей A-D проходит между двумя преобразователями, каждый из которых функционирует попеременно в качестве передатчика и приемника. На фиг.1B не показаны четыре пары преобразователей, соответствующие хордам A-D. Кроме того, показан управляющий электронный блок 40. Электронный блок 40 принимает и обрабатывает данные для четырех хорд A-D.

[0052] Расположение четырех пар преобразователей можно легко понять согласно фиг.1С. В патрубке 11 сформированы четыре пары посадочных гнезд преобразователей. Преобразователь размещен в каждом посадочном гнезде. Между каждыми двумя преобразователями проходит одна хорда. Например, первые два посадочных гнезда 14, 15 преобразователей содержат преобразователи 12, 13 (фиг.1А). Преобразователи 12, 13 размещены в соответствующих посадочных гнездах 14, 15 под неперпендикулярным углом θ к центральной линии 20 патрубка 11. Хорда 17 проходит между преобразователями 12, 13. Другие два посадочных гнезда 34, 35 преобразователей (показаны только частично) и соответствующих преобразователей размещены таким образом, что хорда, проходящая между преобразователями в посадочных гнездах 34, 35, расположена по существу Х-образно относительно хорды 17 между преобразователями 12, 13.

[0053] Аналогично, посадочные гнезда 38, 39 преобразователей расположены параллельно посадочным гнездам 34, 35, однако на разном "уровне" (то есть имеют различное радиальное положение в патрубке 11). На фиг.1С в неявном виде показаны четыре пары преобразователей и посадочных гнезд преобразователей. Согласно 1B и 1С пары преобразователей расположены таким образом, что хорды A, B верхних двух пар преобразователей расположены Х-образно, а хорды C, D двух нижних пар преобразователей также расположены Х-образно. Скорость потока текучей среды может быть определена по каждой хорде A-D для получения скоростей потока по хордам, а при последующем комбинировании скоростей потока по хордам может быть определена средняя скорость потока через патрубок 11. На основании значения средней скорости потока может быть определено количество текучей среды, протекающей через патрубок 11 и, таким образом, через трубопровод.

[0054] 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 195, соединенному с верхней частью патрубка 105, и съемную крышку 120 кабеля.

[0055] 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 преобразователей, 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 соответственно верхнюю и нижнюю половины 105c, d.

[0056] Согласно фиг.2 патрубок 105 также содержит лотки для кабелей преобразователя, проходящие в целом вертикально вдоль его внешней периферии. Каждый из лотков 135 расположен таким образом, что он пересекает радиально внешние (относительно оси 110) концы 165b двух посадочных гнезд 165, расположенных по вертикали на расстоянии друг от друга. Каждый из кабелей 125 проходит от одного из блоков 200, установленного в посадочном гнезде 165 вдоль одного из лотков 135, до электронного блока 195. Поскольку каждый лоток 135 пересекают два посадочных гнезда 165, то через него проходят вертикально два кабеля 125.

[0057] 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 поверхности противолежащих боковых стенок 145, 150, которые также обращены к пазу 175. При использовании кабелей 125, размещенных в пазу 175 лотка 135 преобразователя, боковые кромки крышки 120 вводят в боковые канавки 155, 160 и вдвигают в них путем перемещения с обеспечением, таким образом, закрытия кабелей 125 и их защиты от окружающей среды с внешней стороны патрубка 105. Примеры подходящих кабельных покрытий 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.

[0058] В некоторых примерах реализации патрубок 105 представляет собой корпус, в котором посадочное гнездо 165 получено путем механической обработки. Пазы 175 также сформированы путем механической обработки до необходимых размеров. Ширина поверхности 140 превышает диаметр посадочных гнезд 165. Глубина паза 175 выполнена достаточной для обеспечения выполнения боковых канавок 155, 160 в стенках 145, 150 лотка 135 и непосредственно самого паза 175 и 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.

[0059] Согласно фиг.3 один из блоков 200 размещен в каждом из посадочных гнезд 165. Каждое посадочное гнездо 165 имеет центральную ось 166 и проходит через патрубок 105 от радиально внешнего (относительно центральной оси 110 по фиг.2) или первого конца 165а в сквозном отверстии 130 до радиально внешнего (относительно центральной оси 110) или второго конца 165b на внешней поверхности патрубка 105. В данном примере реализации каждое посадочное гнездо 165 в целом выполнено горизонтальным. Другими словами, центральная ось 166 каждого посадочного гнезда 165 расположена в плоскости, в целом параллельной основной плоскости 111 (фиг.2). Несмотря на то, что проекция центральной оси 166 каждого посадочного гнезда 165 может не пересекать центральную ось 110 патрубка 105, и для упрощения радиальные положения различных элементов и компонентов могут быть описаны относительно оси 110, обычно следует понимать, что понятие "радиально внутренний" (относительно центральной оси 110) имеет отношение к положениям, в целом являющимся ближними по отношению к оси 110 и отверстию 130, а понятие "радиально внешний" (относительно центральной оси 110) имеет отношение к положениям, в целом являющимся дальними по отношению к оси 110 и отверстию 130.

[0060] Внутренняя поверхность каждого посадочного гнезда 165 имеет кольцевой уступ 167 между концами 165а, b и внутреннюю резьбу 169, расположенную в осевом направлении (относительно центральной 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 с обеспечением, таким образом, завинчивания блока 200 в посадочное гнездо 165 в патрубке 105.

[0061] Согласно фиг.2 и 3 в процессе работы устройства текучая среда течет через трубопровод и сквозное отверстие 130 патрубка 105. Блоки 200 передают акустические сигналы в прямом и обратном направлении через поток текучей среды в сквозном отверстии 130. В частности, блоки 200 расположены таким образом, что акустический сигнал при перемещении от одного блока 200 преобразователя к другим пересекает поток текучей среды, протекающий через расходомер 100 под острым углом относительно центральной оси 110. Электронный блок 195 соединен с верхней частью патрубка 105 для обеспечения подачи энергии к блокам 200 и принимает сигналы от них посредством кабелей 125, проходящих между ними. После приема сигналов от блоков 200 электронный блок 195 обрабатывает эти сигналы для определения расхода текучей среды, проходящей через отверстие 130 расходомера 100.

[0062] Согласно фиг.3 блок 200 с прикрепленным к нему блоком 300 заглушки посадочного гнезда 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 при присоединении блока 200 к патрубку 105 в посадочном гнезде 165. При радиальном перемещении (относительно оси 110 по фиг.2 наружу из сквозного отверстия 130 патрубка 105) блок 200 содержит пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230 преобразователя, трансформаторный модуль 250 и клеммную колодку 258. Блок 300 расположен наружу в радиальном направлении от блока 200. Пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230, трансформаторный модуль 250 и блок 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 и блока 300 имеет центральную ось, в целом совпадающую с осями 205, 166. Для обеспечения краткости осевые положения различных элементов и компонентов блока 200 и блока 300 заданы в настоящем описании относительно осей 166, 205, однако следует понимать, что каждый отдельный компонент при установке в блок 200 или блок 300 имеет центральную ось, в целом совпадающую с осью 205 и осью 166 при установке в посадочное гнездо 165.

[0063] Согласно фиг.3-6 пьезоэлектрический модуль 210 имеет внутренний в радиальном направлении (относительно центральной оси 110 по фиг.2), или первый, конец 210а, являющийся ближним по отношению к отверстию 130, внешний в радиальном направлении (относительно центральной 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.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).

[0064] Корпус 211 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 120a, 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 открыты для воздействия 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.

[0065] Пьезоэлемент 212 размещен коаксиально в глухом отверстии 213, являющемся 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, без ограничения, пьезоэлектрический кристалл или керамика. В данном примере реализации пьезоэлемент 212 представляет собой пьезоэлектрический кристалл.

[0066] Согласующий слой 214 заполняет оставшуюся часть глухого отверстия 213, полностью окружая или охватывая 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, введенную в глухое отверстие 213 в жидкой форме и расположенную вокруг пьезоэлемента 212 и над ним с обеспечением возможности его 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 в отверстии 130 расходомера 100). Согласно конкретным примерам реализации, раскрытым в настоящей заявке, акустический согласующий слой имеет акустический импеданс промежуточный между импедансом пьезоэлемента и импедансом текучей среды в расходомере. При акустическом импедансе согласующего слоя, промежуточном между его значением для пьезоэлемента и для текучей среды в расходомере, происходит улучшение качества ультразвукового сигнала (например, увеличение амплитуды и ускорение нарастания импульса).

[0067] Согласно фиг.3-6 согласующий слой 214 и, таким образом, 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, связывание, контактное взаимодействие или упругую установку, взаимодействие сопрягаемых резьб, акустическую связующую масляную краску, смазку или эпоксидную 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.

[0068] Согласно фиг.5 и 6 электрический соединитель 216 расположен на 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 по фиг.3) от второго конца 211b. Электрический соединитель 216 установлен с помощью поверхностного монтажа на монтажной плате 217, расположенной в глухом отверстии 215, и проходящий от нее в осевом направлении (относительно оси 205). В данном примере реализации электрический соединитель 216 представляет собой гнездовой коаксиальный разъем или приемник. 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 соединениями. Коаксиальные кабели и соединения содержат внутренний электрический проводник, окруженный трубчатым изолирующим слоем, обычно выполненным из гибкого материала, с высокой диэлектрической проницаемостью, причем все они окружены электрически проводящем слоем (обычно из тонкой плетеной сетки для обеспечения гибкости или тонкой металлической фольги) и покрыты снаружи тонким изолирующим слоем. Таким образом, коаксиальные кабели и соединения содержат внутренний в радиальном направлении проводник и внешний в радиальном направлении проводник, расположенный коаксиально с внутренним проводником и удаленный в радиальном направлении от него посредством трубчатого изолирующего слоя.

[0069] 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 безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250. В данном примере реализации монтажная плата 217 содержит один мегаомный резистор (не показан) между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250.

[0070] Монтажная плата 217 и электрический соединитель 216 жестко закреплены на месте относительно корпуса 211 посредством наполнителя 218, заполняющего оставшуюся часть глухого отверстия 215 и располагающегося вокруг гнездовой части разъема 216 по его периферии. На фиг.5 показан пьезоэлектрический модуль 210 с наполнителем 218 (например, после введения наполнителя 218 в глухое отверстие 215), и на фиг.6 показан пьезоэлектрический модуль 210 без наполнителя 218 (например, до введения наполнителя 218 в глухое отверстие 215). Обычно наполнитель (например, наполнитель 218) может содержать любой п