超聲波信號(hào)耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及超聲波流動(dòng)測量，并且更具體地涉及用于流動(dòng)測量的超聲波耦合器組件。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波流量計(jì)用于確定流過不同尺寸和形狀的管的多種流體(例如，液體、氣體等)和不同流體組合的流速。一種類型的超聲波流量計(jì)使用通過時(shí)間方法。該技術(shù)使用附接于管壁的外部并且位于彼此上游和下游的一對(duì)或更多對(duì)超聲波變換器。在被激勵(lì)時(shí)，變換器中的各個(gè)通過流動(dòng)流體傳輸超聲波信號(hào)，其由該對(duì)的另一個(gè)超聲波變換器檢測到。管中流動(dòng)的流體速度可根據(jù)超聲波信號(hào)的差異通過時(shí)間來計(jì)算為在(I)相對(duì)于流體流動(dòng)方向從下游超聲波變換器向上行進(jìn)到上游超聲波變換器的超聲波信號(hào)，與(2)關(guān)于流體流動(dòng)方向從上游超聲波變換器向下行進(jìn)至下游超聲波變換器的超聲波信號(hào)之間。
[0003]一對(duì)或更多對(duì)的變換器可在不同相對(duì)位置安裝在管上，例如，成對(duì)的變換器可位于管的相對(duì)側(cè)上，即，直徑相對(duì)，使得連接變換器的直線穿過管軸線，或者它們可在管的同一側(cè)上相鄰定位。在對(duì)立的實(shí)例中，由一對(duì)變換器中的變換器中的一個(gè)傳輸?shù)某暡ㄐ盘?hào)在其由一對(duì)中的另一個(gè)變換器檢測到之前未反射出內(nèi)管表面。在相鄰變換器的后一實(shí)例中，由一對(duì)變換器中的變換器中的一個(gè)傳輸?shù)某暡ㄐ盘?hào)在其由一對(duì)中的另一個(gè)變換器檢測到之前由管的內(nèi)表面反射。
[0004]在一些實(shí)施例中，超聲波流量計(jì)附接于其的管傳送引起管壁達(dá)到相對(duì)高溫度的流體，或者管可傳送引起管壁達(dá)到相對(duì)低溫度的流體。始終如一地暴露于極端或變化溫度的超聲波變換器引入縮短變換器的使用壽命的熱應(yīng)力。定位在變換器與管之間的聯(lián)接器有助于防止極端溫度損壞壓電材料。信號(hào)質(zhì)量可由于例如由人工臨時(shí)附接方法的使用引起的、聯(lián)接器與管壁之間的較差聲耦合而下降，或者通過由暴露于苛刻環(huán)境如極端溫度引起的變換器中的壓電材料的惡化而下降。穿過管的流體流速的測量并入管厚度、行進(jìn)穿過管的超聲波信號(hào)的速度、管內(nèi)徑以及行進(jìn)穿過管中的流體的超聲波信號(hào)的速度。因?yàn)樾羞M(jìn)穿過這些材料(管和流體)的超聲波信號(hào)的速度不同，所以如果管經(jīng)受減小管厚度的腐蝕，則可損害此類測量。此類管的超聲波信號(hào)時(shí)間測量可錯(cuò)誤地歸因于穿過管的行進(jìn)時(shí)間(在實(shí)際上其應(yīng)當(dāng)歸因于穿過流體的行進(jìn)時(shí)間時(shí))，并且因此可歪曲流體流速計(jì)算。
[0005]以上論述僅提供用于一般背景信息，并且不旨在用作確定要求權(quán)利的主題的范圍的幫助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開了一種超聲波信號(hào)耦合組件，其包括超聲波變換器，該超聲波變換器附接于構(gòu)造成聯(lián)接于管的外表面的一個(gè)或更多個(gè)超聲波耦合器。一個(gè)或更多個(gè)超聲波耦合器的高度為管的厚度的大約五倍或更多，并且一個(gè)或更多個(gè)超聲波耦合器的長度大于一個(gè)或更多個(gè)超聲波耦合器的高度?？稍诔暡ㄐ盘?hào)耦合組件的一些公開實(shí)施例的實(shí)施中實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)包括管壁的有效加厚，使得管壁的腐蝕變薄將不降低流速測量的準(zhǔn)確性，將超聲波變換器與極端溫度隔離，并且簡化耦合器沿管上的弦向位置的對(duì)準(zhǔn)和安裝。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波耦合器組件包括構(gòu)造成在第一位置處聯(lián)接于管的外表面的第一超聲波耦合器。超聲波耦合器具有為管的厚度的至少五倍的第一大小，以及大于第一大小的橫穿第一大小的第二大小。第一超聲波變換器附接于第一超聲波耦合器。第二超聲波耦合器構(gòu)造成在第二位置處聯(lián)接于管的外表面。第二超聲波耦合器具有為管的厚度的大約五倍或更多的第一大小，以及大于第一大小的橫穿第一大小的第二大小。第二超聲波變換器附接于第二超聲波耦合器。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波耦合器組件包括具有頂側(cè)和底側(cè)的耦合器。底側(cè)構(gòu)造成聯(lián)接于管的外表面。頂側(cè)具有附接于其的至少一個(gè)超聲波變換器。耦合器的第一大小為管的厚度的至少五倍，并且底側(cè)的長度大于第一大小。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波耦合系統(tǒng)包括多對(duì)耦合器。各個(gè)耦合器的第一側(cè)構(gòu)造成聯(lián)接于管的外表面。多個(gè)超聲波變換器附接于耦合器的第二側(cè)。聯(lián)接于成對(duì)耦合器的超聲波變換器構(gòu)造成在它們自身之間發(fā)射和接收超聲波信號(hào)。耦合器的第一側(cè)與第二側(cè)之間的距離小于它們的第一側(cè)的長度。
[0010]本發(fā)明的該簡要描述僅旨在提供根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)示范性實(shí)施例的本文公開的主題的簡要概述，并且并未用作闡釋權(quán)利要求或限定或限制本發(fā)明的范圍的指導(dǎo)，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限定。該簡要描述提供成以簡化形式介紹構(gòu)想的示范性選定，這在詳細(xì)描述中在以下進(jìn)一步描述。該簡要描述并不旨在識(shí)別要求權(quán)利的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不旨在用作確定要求權(quán)利的主題的范圍的幫助。要求權(quán)利的主題不限于解決【背景技術(shù)】中提到的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)施。
【附圖說明】
[0011]為了可理解本發(fā)明的特征的方式，可參照某些實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，其中一些在附圖中示出。然而，將注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，并且因此并未認(rèn)作是限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍包含其它同樣有效的實(shí)施例。附圖不必按比例，重點(diǎn)大體上放在示出本發(fā)明的某些實(shí)施例的特征。在附圖中，相似的數(shù)字用于遍及各種視圖指示相似部分。因此，為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，可參照結(jié)合附圖閱讀的以下詳細(xì)描述，在該附圖中:
圖1為示例性超聲波耦合器系統(tǒng)的正視圖；
圖2為圖1的示例性超聲波耦合器系統(tǒng)的側(cè)視圖；
圖3為示例性對(duì)立超聲波耦合器系統(tǒng)的正視圖；
圖4為圖3的示例性對(duì)立超聲波耦合器系統(tǒng)的側(cè)視圖；
圖5為示例性弦向超聲波耦合器系統(tǒng)的正視圖；
圖6為圖5的示例性弦向超聲波耦合器系統(tǒng)的側(cè)視圖；以及圖7為示例性多個(gè)弦向超聲波耦合器系統(tǒng)的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1和圖2分別示出了超聲波耦合器組件100的一個(gè)實(shí)施例的正視圖和側(cè)視圖，其中超聲波變換器101，103附接于超聲波耦合器102，其繼而附接于傳送沿方向121行進(jìn)穿過其(在圖1的正視圖中示為從左到右行進(jìn))的流體的管120。超聲波變換器101，103均傳輸超聲波信號(hào)，其沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段151，152，153，154從超聲波變換器101，103中的各個(gè)行進(jìn)至另一個(gè)。
[0013]超聲波變換器101，103中的各個(gè)能夠發(fā)射超聲波信號(hào)和檢測超聲波信號(hào)。例如，當(dāng)超聲波變換器101發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)，其沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段151行進(jìn)穿過超聲波耦合器102和管120，接著沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段152由行進(jìn)穿過管120的流體折射，接著沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段153折射出管120的內(nèi)表面122，接著由管120沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段154折射穿過管120和超聲波耦合器102，由此由超聲波變換器101發(fā)射的超聲波信號(hào)由超聲波變換器103檢測到。
[0014]類似地，當(dāng)超聲波變換器103發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)，其沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段154行進(jìn)穿過超聲波耦合器102和管120，接著沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段153由行進(jìn)穿過管120的流體折射，接著沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段152折射出管120的內(nèi)表面122，接著由管120沿典型超聲波信號(hào)通路節(jié)段151折射穿過管120和超聲波耦合器102，由此由超聲波變換器101發(fā)射的超聲波信號(hào)由超聲波變換器101檢測到。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波耦合器102焊接就位用于在超聲波耦合器102與管120之間提供高質(zhì)量的聲耦合。在另一個(gè)實(shí)施例中，超聲波耦合器102使用夾具安裝在管120上。在這些實(shí)施例中的任一個(gè)中，超聲波耦合器102可由與管120相同或不同的材料制成。超聲波耦合器102可與管120集成地形成，并且在基于擠出的制造過程中由與管120相同的材料制成，或者其可在鑄造制造過程中使用與管相同的材料模制到管120中。
[0015]在圖1和圖2中所示的實(shí)施例中，矩形超聲波耦合器102包括頂面142和底面144，以及由正交于超聲波耦合器102的頂面142和底面144兩者的線測得的超聲波耦合器高度105。如圖1-2中所示，超聲波耦合器102不限于矩形形狀，并且還可包括偏菱形或