超聲波導(dǎo)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—般來說，本發(fā)明涉及超聲流量測量，以及更具體來說，涉及流量測量中應(yīng)用的超聲波導(dǎo)組合件。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲流量計(jì)用來確定流經(jīng)不同尺寸和形狀的管道的多種流體(例如液體、氣體等)以及不同流體的組合的流率。一種類型的超聲流量計(jì)采用傳播時(shí)間(transit time)法。這種技術(shù)使用一對或多對超聲換能器，其附連到管道壁的外部并且位于彼此的上游和下游。換能器的每個(gè)在被激勵(lì)時(shí)經(jīng)過流動流體傳送超聲信號，其由該對的另一超聲換能器來檢測。管道中流動的流體的速度能夠作為如(I)迎著流體流動方向從下游超聲換能器到上游超聲換能器向上行進(jìn)的超聲信號與(2)隨流體流動方向從上游超聲換能器到下游超聲換能器向下行進(jìn)的超聲信號之間的超聲信號的差分傳播時(shí)間的函數(shù)來計(jì)算。
[0003]換能器對能夠安裝在管道上的不同相對位置，例如，換能器對能夠位于管道的相對側(cè)、即直徑上相對的，使得連接換能器的直線經(jīng)過管道軸，或者它們能夠相鄰地位于管道的同一側(cè)。在直徑示例中，由換能器對中的換能器之一所傳送的超聲信號在由該對中的另一換能器來檢測之前沒有從管道內(nèi)表面反射。在相鄰換能器的后一示例中，由換能器對中的換能器之一所傳送的超聲信號在由該對中的另一換能器來檢測之前被管道內(nèi)表面反射。
[0004]在一些應(yīng)用中，超聲流量計(jì)與其附連的管道攜帶使管道壁達(dá)到較高溫度的流體，或者管道可攜帶使管道壁達(dá)到較低溫度的流體。始終暴露于極端溫度引入熱應(yīng)力，其減少換能器的有用壽命。耦合在超聲換能器與管道之間的波導(dǎo)幫助防止極端溫度損壞壓電材料。但是，信號質(zhì)量能夠因波導(dǎo)與管道壁之間通過例如使用人工臨時(shí)附連方法所引起的不良聲耦合或者通過在發(fā)射點(diǎn)的污染物的積聚所引起的、超聲信號進(jìn)入經(jīng)過管道行進(jìn)的流體中的發(fā)射點(diǎn)之間的不良聲耦合或者通過暴露于惡劣環(huán)境、例如溫度極值所引起的換能器中的壓電材料的退化而衰退。
[0005]以上論述只是為了一般背景信息來提供，而不是意在用作幫助確定要求保護(hù)主題的范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開一種超聲信號耦合器，超聲信號耦合器包括第一和第二超聲波導(dǎo)，其穿透管道，使得附連到超聲波導(dǎo)端部的超聲換能器直接向經(jīng)過管道行進(jìn)的流體傳遞超聲信號。在這種配置中，超聲換能器沒有與管道或流體直接接觸，并且因此沒有直接暴露于流體和管道的極端溫度。超聲波導(dǎo)的一側(cè)遭遇來自管道和流體的直接溫度傳遞，而波導(dǎo)的另一側(cè)聲耦合到超聲換能器。波導(dǎo)充當(dāng)熱隔離緩沖器，并且?guī)椭Ｗo(hù)超聲換能器中的壓電材料免受經(jīng)過管道行進(jìn)的流體的溫度極值。超聲波導(dǎo)通常由金屬制成，并且通過穿透管道直接聲耦合到流體。在超聲信號耦合器的一些所公開實(shí)施例的實(shí)施中可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是測量流體流動速度以及因此流經(jīng)管道的液體的容積方面的改進(jìn)精度。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波導(dǎo)組合件包括管道，其中具有外表面、內(nèi)表面和管道軸。內(nèi)表面限定管道(其可包括經(jīng)由其中行進(jìn)的流體)的內(nèi)徑。超聲波導(dǎo)在第一位置穿透管道，使得超聲波導(dǎo)與流體直接接觸。超聲換能器適合聲耦合到該超聲波導(dǎo)。另一個(gè)超聲波導(dǎo)在另一個(gè)位置穿透管道，使得它也與流體直接接觸。另一個(gè)超聲換能器適合聲耦合到那個(gè)超聲波導(dǎo)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波導(dǎo)組合件包括管道，其中具有外表面、內(nèi)表面和管道軸。內(nèi)表面限定管道(其可包括經(jīng)由其中行進(jìn)的流體)的內(nèi)徑。超聲波導(dǎo)在第一位置穿透管道，使得超聲波導(dǎo)與流體直接接觸。超聲波導(dǎo)包括長度、寬度和波導(dǎo)軸。超聲波導(dǎo)穿透管道，使得其軸相對管道軸形成銳角。波導(dǎo)的長度大于其寬度，并且超聲換能器適合聲耦合到該超聲波導(dǎo)。另一個(gè)超聲波導(dǎo)在另一個(gè)位置穿透管道，使得它也與流體直接接觸。另一超聲波導(dǎo)也包括長度、寬度和波導(dǎo)軸，使得其波導(dǎo)軸相對管道軸形成銳角。其長度也大于其寬度。另一個(gè)超聲換能器適合聲耦合到這個(gè)超聲波導(dǎo)，以及波導(dǎo)的軸是共線的。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波導(dǎo)組合件包括管道，其中具有外表面、內(nèi)表面和管道軸。內(nèi)表面限定管道(其可包括經(jīng)由其中行進(jìn)的流體)的內(nèi)徑。超聲波導(dǎo)穿透管道并且突入流體中。超聲波導(dǎo)包括長度、厚度和波導(dǎo)軸。超聲波導(dǎo)穿透管道，使得其軸相對管道軸形成銳角。其長度大于其厚度，并且超聲換能器適合聲耦合到該超聲波導(dǎo)。另一個(gè)超聲波導(dǎo)穿透管道并且突入流體中。它也包括長度、厚度和波導(dǎo)軸，并且它穿透管道，使得其軸相對管道軸形成銳角。其長度大于其厚度，并且另一個(gè)超聲換能器適合與其聲耦合。
[0010]本發(fā)明的這個(gè)概述僅意在按照一個(gè)或多個(gè)說明性實(shí)施例來提供本文所公開主題的簡述，而不是用作解釋權(quán)利要求書或者限定或限制僅由所附權(quán)利要求書來限定的本發(fā)明的范圍的指南。提供本概述以便以簡化形式介紹概念的說明性選擇，下面在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述。本概述不是要確定要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不是要用于幫助確定要求保護(hù)主題的范圍。要求保護(hù)主題并不局限于解決背景中所述的任何或全部缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0011]為了能夠理解本發(fā)明的特征的方式，本發(fā)明的詳細(xì)描述可通過參照某些實(shí)施例進(jìn)行，其中一部分在附圖中示出。但是，要注意，附圖僅示出本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不是要被認(rèn)為對其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍包含其他同樣有效的實(shí)施例。附圖不一定按照比例繪制，重點(diǎn)一般在于示出本發(fā)明的某些實(shí)施例的特征。附圖中，相似的標(biāo)號用于在各個(gè)視圖中通篇表示相似的部分。因此，為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，能夠結(jié)合附圖來參照以下詳細(xì)描述，附圖包括:
圖1是示范直徑超聲波導(dǎo)組合件的正視圖；
圖2是圖1所示的示范直徑超聲波導(dǎo)組合件的側(cè)視圖；
圖3是示范弦超聲波導(dǎo)組合件的正視圖；
圖4是圖3所示的示范弦超聲波導(dǎo)組合件的側(cè)視圖；
圖5是示范直徑突出超聲波導(dǎo)組合件的側(cè)視圖；以及圖6是示范弦突出超聲波導(dǎo)組合件的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1和圖2分別示出超聲波導(dǎo)組合件100的一個(gè)實(shí)施例的正視圖和側(cè)視圖，其中超聲換能器101、103分別附連到超聲波導(dǎo)102、104，其又穿透并且附連到管道120，管道120攜帶經(jīng)由其中沿方向120行進(jìn)、在圖1的正視圖中示為由左至右行進(jìn)的流體，其中方向121與管道120的軸122基本上平行。超聲換能器101、103各能夠相互傳送超聲信號，其沿典型超聲信號路徑段151、152、153行進(jìn)。超聲換能器的每個(gè)能夠傳送超聲信號并且檢測超聲信號。例如，當(dāng)超聲換能器101發(fā)射超聲信號時(shí)，它沿經(jīng)過超聲波導(dǎo)102的典型超聲信號路徑段151行進(jìn)，然后通過經(jīng)過管道120行進(jìn)的流體沿典型超聲信號路徑段152折射，然后通過超聲波導(dǎo)104沿經(jīng)過超聲波導(dǎo)104的典型超聲信號路徑段153行進(jìn)，由此超聲換能器101所發(fā)射的超聲信號由超聲換能器103來檢測。
[0013]類似地，當(dāng)超聲換能器103發(fā)射超聲信號時(shí)，它沿經(jīng)過超聲波導(dǎo)104的典型超聲信號路徑段153行進(jìn)，然后通過經(jīng)過管道120行進(jìn)的流體沿典型超聲信號路徑段152折射，然后通過超聲波導(dǎo)102沿經(jīng)過超聲波導(dǎo)102的典型超聲信號路徑段151行進(jìn)，由此超聲換能器103所發(fā)射的超聲信號由超聲換能器101來檢測。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波導(dǎo)102、104放置在經(jīng)過管道120的開口中，并且焊接到位以用于提供超聲波導(dǎo)102、104與經(jīng)過管道120行進(jìn)的流體之間的高質(zhì)量聲耦合。超聲波導(dǎo)202、204也能夠使用夾具放置在管道120中。在這些實(shí)施例的任一個(gè)中，超聲波導(dǎo)102、104能夠由與管道120相同或不同的材料制成。超聲波導(dǎo)102、104能夠在基于擠壓的制造過程中使用與管道120相同的材料、與管道120整體地形成，或者它們能夠在澆注制造過程中使用與管道相同的材料來模塑到管道120中。
[0014]在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，平行四邊形形狀的波導(dǎo)102、104各包括頂端142、底端144以及如圖1所示從波導(dǎo)102、104的一端到另一端所測量的聲波導(dǎo)長度116。超聲換能器101、103分別附連到波導(dǎo)102、104的頂端142，其與穿透管道120的波導(dǎo)底端144相對。超聲波導(dǎo)102、104還各包括超聲波導(dǎo)寬度115和厚度117，其各小于超聲波導(dǎo)長度116。超聲波導(dǎo)102、104并不局限于如圖1-2所示的平行四邊形形狀，而是還包括偏菱形或梯形形狀。在本文所述的一個(gè)實(shí)施例中，頂端142和底端144是平行的。超聲波導(dǎo)102、104也各經(jīng)過管道120的外表面140并且經(jīng)過管道120的內(nèi)