[发明专利]超声波导

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及超声流量测量，以及更具体来说，涉及流量测量中应用的超声波导组合件。

背景技术

超声流量计用来确定流经不同尺寸和形状的管道的多种流体(例如液体、气体等)以及不同流体的组合的流率。一种类型的超声流量计采用传播时间（transit time）法。这种技术使用一对或多对超声换能器，其附连到管道壁的外部并且位于彼此的上游和下游。换能器的每个在被激励时经过流动流体传送超声信号，其由该对的另一超声换能器来检测。管道中流动的流体的速度能够作为如(1)迎着流体流动方向从下游超声换能器到上游超声换能器向上行进的超声信号与(2)随流体流动方向从上游超声换能器到下游超声换能器向下行进的超声信号之间的超声信号的差分传播时间的函数来计算。

换能器对能够安装在管道上的不同相对位置，例如，换能器对能够位于管道的相对侧、即直径上相对的，使得连接换能器的直线经过管道轴，或者它们能够相邻地位于管道的同一侧。在直径示例中，由换能器对中的换能器之一所传送的超声信号在由该对中的另一换能器来检测之前没有从管道内表面反射。在相邻换能器的后一示例中，由换能器对中的换能器之一所传送的超声信号在由该对中的另一换能器来检测之前被管道内表面反射。

在一些应用中，超声流量计与其附连的管道携带使管道壁达到较高温度的流体，或者管道可携带使管道壁达到较低温度的流体。始终暴露于极端温度引入热应力，其减少换能器的有用寿命。耦合在超声换能器与管道之间的波导帮助防止极端温度损坏压电材料。但是，信号质量能够因波导与管道壁之间通过例如使用人工临时附连方法所引起的不良声耦合或者通过在发射点的污染物的积聚所引起的、超声信号进入经过管道行进的流体中的发射点之间的不良声耦合或者通过暴露于恶劣环境、例如温度极值所引起的换能器中的压电材料的退化而衰退。

以上论述只是为了一般背景信息来提供，而不是意在用作帮助确定要求保护主题的范围。

发明内容

公开一种超声信号耦合器，超声信号耦合器包括第一和第二超声波导，其穿透管道，使得附连到超声波导端部的超声换能器直接向经过管道行进的流体传递超声信号。在这种配置中，超声换能器没有与管道或流体直接接触，并且因此没有直接暴露于流体和管道的极端温度。超声波导的一侧遭遇来自管道和流体的直接温度传递，而波导的另一侧声耦合到超声换能器。波导充当热隔离缓冲器，并且帮助保护超声换能器中的压电材料免受经过管道行进的流体的温度极值。超声波导通常由金属制成，并且通过穿透管道直接声耦合到流体。在超声信号耦合器的一些所公开实施例的实施中可实现的优点是测量流体流动速度以及因此流经管道的液体的容积方面的改进精度。

在一个实施例中，超声波导组合件包括管道，其中具有外表面、内表面和管道轴。内表面限定管道(其可包括经由其中行进的流体)的内径。超声波导在第一位置穿透管道，使得超声波导与流体直接接触。超声换能器适合声耦合到该超声波导。另一个超声波导在另一个位置穿透管道，使得它也与流体直接接触。另一个超声换能器适合声耦合到那个超声波导。

在另一个实施例中，超声波导组合件包括管道，其中具有外表面、内表面和管道轴。内表面限定管道(其可包括经由其中行进的流体)的内径。超声波导在第一位置穿透管道，使得超声波导与流体直接接触。超声波导包括长度、宽度和波导轴。超声波导穿透管道，使得其轴相对管道轴形成锐角。波导的长度大于其宽度，并且超声换能器适合声耦合到该超声波导。另一个超声波导在另一个位置穿透管道，使得它也与流体直接接触。另一超声波导也包括长度、宽度和波导轴，使得其波导轴相对管道轴形成锐角。其长度也大于其宽度。另一个超声换能器适合声耦合到这个超声波导，以及波导的轴是共线的。

在另一个实施例中，超声波导组合件包括管道，其中具有外表面、内表面和管道轴。内表面限定管道(其可包括经由其中行进的流体)的内径。超声波导穿透管道并且突入流体中。超声波导包括长度、厚度和波导轴。超声波导穿透管道，使得其轴相对管道轴形成锐角。其长度大于其厚度，并且超声换能器适合声耦合到该超声波导。另一个超声波导穿透管道并且突入流体中。它也包括长度、厚度和波导轴，并且它穿透管道，使得其轴相对管道轴形成锐角。其长度大于其厚度，并且另一个超声换能器适合与其声耦合。