BR112015009713B1 - conjunto de acoplador ultrassônico e sistema de acoplamento ultrassônico - Google Patents

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Abstract

CONJUNTO E SISTEMA DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO. A presente invenção refere-se a um conjunto de acoplador ultrassônico (100, 200) que compreende: um primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204) configurado para ser acoplado a uma superfície exterior de um tubo (140, 240) em uma primeira localização, uma primeira dimensão do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204), conforme medido entre a primeira e a segunda superfícies do mesmo, é maior que uma espessura do tubo (125, 225) por um fator de pelo menos cinco, e uma segunda dimensão transversal à primeira dimensão do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204) é maior que a primeira dimensão; um primeiro transdutor ultrassônico (101, 201) fixado ao primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204); um segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) configurado para ser acoplado à superfície exterior do tubo (140, 240) em uma segunda localização, uma primeira dimensão do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204), conforme medido entre a primeira e a segunda superfícies do mesmo é maior que a espessura do tubo (125, 225) por um fator de pelo menos cinco, e uma segunda dimensão do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) transversal à primeira dimensão do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) é maior que sua primeira dimensão; e um segundo transdutor ultrassônico (103, 203) fixado ao segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção refere-se, em geral, a uma medição de fluxo ultrassônico e, mais particularmente, a um conjunto de acoplador ultrassônico usado na medição de fluxo.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] As medidas de fluxo ultrassônico são usadas para determinar a taxa de fluxo de uma variedade de fluidos (por exemplo, líquidos, gases, etc.) e combinações de fluidos diferentes que fluem através de tubos de formatos e tamanhos diferentes. Um tipo de uma medida de fluxo ultrassônico emprega um método de tempo de transmissão. Essa técnica usa um ou mais pares de transdutores ultrassônicos fixados ao exterior da parede de tubo e localizados a montante e a jusante uns dos outros. Cada um dos transdutores, quando energizados, transmitem um sinal ultrassônico através daquele fluido que flui que é detectado pelo outro transdutor ultrassônico do par. A velocidade do fluido que flui no tubo pode ser calculada como uma função do tempo de transmissão diferencial de sinais ultrassônicos como entre (1) o sinal ultrassônico que se desloca para cima em relação à direção de fluxo de fluido a partir do transdutor ultrassônico a jusante para o transdutor ultrassônico a montante, e (2) o sinal ultrassônico que se desloca para baixo com a direção de fluxo de fluido a partir do transdutor ultrassônico a montante para o transdutor ultrassônico a jusante.
[003] O(s) par(es) de transdutores pode(m) ser montado(s) no tubo em localizações relativamente diferentes, por exemplo, os pares de transdutores podem estar localizados em lados opostos do tubo, isto é, diametralmente opostos, para que uma linha reta que conecta os transdutores passe através do tubo eixo geométrico ou os mesmos podem estar localizados de modo adjacente no mesmo lado do tubo. No exemplo diametral, o sinal ultrassônico transmitido por um dos transdutores no par de transdutores não é refletido de uma superfície de tubo interior antes do mesmo ser detectado pelo outro transdutor no par. No último exemplo de transdutores adjacentes, o sinal ultrassônico transmitido por um dos transdutores no par de transdutores é refletido por uma superfície interior do tubo antes do mesmo ser detectado pelo outro transdutor no par.
[004] Em algumas aplicações, os tubos para os quais as medidas de fluxo ultrassônico são fixadas transportam fluidos que fazem com que as paredes de tubo alcancem temperaturas relativamente altas ou os tubos podem transportar fluidos que fazem com que a parede de tubo alcance temperaturas relativamente baixas. Um transdutor ultrassônico exposto de modo consistente a temperaturas extremas ou variantes introduz estresses térmicos que diminuem a vida útil do transdutor. Um acoplador posicionado entre o transdutor e o tubo auxilia a impedir que as temperaturas extremas danifiquem o material piezoelétrico. A qualidade de sinal pode declinar devido ao acoplamento acústico insatisfatório entre o acoplador e a parede de tubo causado por, por exemplo, uso de métodos de fixação temporária manuais, ou por deterioração do material piezoelétrico no transdutor causada pela exposição a ambientes severos como temperaturas extremas. As medições de taxas de fluxo de fluido através de tubos incorporam a espessura de tubo, a velocidade de sinais ultrassônicos que se deslocam através do tubo, o diâmetro de tubo interior e a velocidade de sinais ultrassônicos que se deslocam através de fluidos no tubo. Devido ao fato de que a velocidade de sinais ultrassônicos que se deslocam através desses materiais (tubo e fluido) é diferente, tais medições podem ser comprometidas se o tubo for submetido à corrosão que reduz uma espessura do tubo. Uma medição de tempo de sinal ultrassônico de tal tubo pode ser atribuída de modo equivocado um tempo de viagem através do tubo quando, de fato, a mesma deve ser atribuída ao tempo de viagem através do fluido e, então, pode distorcer um cálculo de taxa de fluxo de fluido.
[005] A discussão acima é meramente fornecida para informações de antecedentes gerais e não se destina a ser usada como um auxílio na determinação do escopo da matéria reivindicada.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] Um conjunto de acoplamento de sinal ultrassônico inclui transdutores ultrassônicos fixados a um ou mais acopladores ultrassônicos configurados para serem acoplados a uma superfície exterior de um tubo. Uma altura do acoplador ultrassônico ou acopladores é maior que uma espessura do tubo por um fator de cerca de cinco ou mais, e um comprimento do acoplador ultrassônico ou acopladores é maior que a altura do acoplador ultrassônico ou acopladores. As vantagens que podem ser realizadas na prática do conjunto de acoplamento de sinal ultrassônico incluem um espessamento efetivo da parede de tubo para que o afinamento corrosivo da parede de tubo não diminua a precisão de medição de taxa de fluxo, isole transdutores ultrassônicos de temperaturas extremas e simplifique o alinhamento e a montagem o acoplador ao longo de localizações de corda no tubo.
[007] Em uma realização, um conjunto de acoplador ultrassônico compreende um primeiro acoplador ultrassônico configurado para ser acoplado a uma superfície exterior de um tubo em uma primeira localização. O acoplador ultrassônico tem uma primeira dimensão que é maior que uma espessura do tubo por um fator de pelo menos cinco, e uma segunda dimensão transversal à primeira dimensão que é maior que a primeira dimensão. Um primeiro transdutor ultrassônico é fixado ao primeiro acoplador ultrassônico. Um segundo acoplador ultrassônico é configurado para ser acoplado à superfície exterior do tubo em uma segunda localização. O segundo acoplador ultrassônico tem uma primeira dimensão que é maior que a espessura do tubo por um fator de cerca de cinco ou mais, e uma segunda dimensão transversal à primeira dimensão que é maior que a primeira dimensão. Um segundo transdutor ultrassônico é fixado ao segundo acoplador ultrassônico.
[008] Em outra realização, um conjunto de acoplador ultrassônico compreende um acoplador que tem um lado de topo e um lado de fundo. O lado de fundo é configurado para ser acoplado a uma superfície exterior de um tubo. O lado de topo tem pelo menos um transdutor ultrassônico fixado ao mesmo. Uma primeira dimensão do acoplador é maior que uma espessura do tubo por um fator de pelo menos cinco, e um comprimento do lado de fundo é maior que a primeira dimensão.
[009] Em outra realização, um sistema de acoplamento ultrassônico compreende uma pluralidade de pares de acopladores. O primeiro lado de cada acoplador é configurado para ser acoplado a uma superfície exterior de um tubo. Uma pluralidade de transdutores ultrassônicos é fixada ao segundo lado dos acopladores. Os transdutores ultrassônicos que são acoplados a acopladores emparelhados são configurados para emitir e receber sinais ultrassônicos entre os mesmos. A distância entre o primeiro e o segundo lados dos acopladores é menor que um comprimento de seu primeiro lado.
[010] Essa breve descrição da invenção se destina apenas a fornecer uma breve visão geral da matéria do presente documento de acordo com uma ou mais realizações ilustrativas e não serve como um guia para interpretar as reivindicações ou definir ou limitar o escopo da invenção, que é definido apenas pelas reivindicações anexas. Essa breve descrição é fornecida para introduzir uma seleção ilustrativa de conceitos de uma forma simplificada que são adicionalmente descritos abaixo na descrição detalhada. Essa breve descrição não se destina a identificar funções chave ou funções essenciais da matéria reivindicada, nem se destina a ser usada como um auxílio para determinar o escopo da matéria reivindicada. A matéria reivindicada não é limitada às implantações que solucionam qualquer ou todas as desvantagens notadas nos antecedentes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[011] Então, a maneira pela qual as funções da invenção podem ser entendidas, uma descrição detalhada da invenção pode ter por referência certas realizações, algumas das quais são ilustradas nos desenhos anexos. Deve ser verificado, no entanto, que os desenhos ilustram apenas certas realizações dessa invenção e, portanto, não devem ser consideradas limitantes de seu escopo, para o escopo da invenção abranger outras realizações igualmente efetivas. Os desenhos não estão necessariamente em escala, a ênfase, em geral, é colocada mediante a ilustração das funções de certas realizações da invenção. Nos desenhos, números similares são usados para indicar partes similares durante todas as diversas vistas. Desse modo, para entendimento adicional da invenção, pode ser feita referência à descrição detalhada a seguir, lida em conexão com os desenhos, em que: a Figura 1 é uma vista frontal de um sistema de acoplador ultrassônico; a Figura 2 é uma vista lateral do sistema de acoplador ultrassônico da Figura 1; a Figura 3 é uma vista frontal de um sistema de acoplador ultrassônico de diâmetro; a Figura 4 é uma vista lateral do sistema de acoplador ultrassônico de diâmetro da Figura 3; a Figura 5 é uma vista frontal de um sistema de acoplador ultrassônico de corda; a Figura 6 é uma vista lateral do sistema de acoplador ultrassônico de corda da Figura 5; e a Figura 7 é uma vista lateral de um sistema de acopladorultrassônico de múltiplas cordas.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[012] A Figura 1 e a Figura 2 ilustram uma vista frontal e vista lateral, respectivamente, de uma realização de um conjunto de acoplador ultrassônico 100, em que os transdutores ultrassônicos 101, 103, são fixados ao acoplador ultrassônico 102, que, por sua vez, é fixado a um tubo 120 que transporta um fluido que se desloca na direção 121 através do mesmo, mostrado como se deslocando da esquerda para a direita na vista frontal da Figura 1. Os transdutores ultrassônicos 101, 103, cada um, transmite sinais ultrassônicos que se deslocam ao longo de um segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 151, 152, 153, 154, de cada um dostransdutores ultrassônicos 101, 103 para o outro.
[013] Cada um dos transdutores ultrassônicos 101, 103 tem capacidade de emitir sinais ultrassônicos e detectar sinais ultrassônicos. Por exemplo, quando o transdutor ultrassônico 101 emite um sinal ultrassônico o mesmo se desloca ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 151 através do acoplador ultrassônico 102 e do tubo 120, então é refratado ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 152 por um fluido que se desloca através do tubo 120, então, é refletido da superfície interior 122 do tubo 120 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 153, então, é refratado pelo tubo 120 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 154 através do tubo 120 e acoplador ultrassônico 102, desse modo, o sinal ultrassônico emitido pelo transdutor ultrassônico 101 é detectado pelo transdutor ultrassônico 103.
[014] De modo similar, quando o transdutor ultrassônico 103 emite um sinal ultrassônico, o mesmo se desloca ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 154 através do acoplador ultrassônico 102 e o tubo 120, então, é refratado ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 153 por um fluido que se desloca através do tubo 120, então, é refletido de superfície interior 122 do tubo 120 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 152, então, é refratado pelo tubo 120 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 151 através do tubo 120 e o acoplador ultrassônico 102, desse modo, o sinal ultrassônico emitido pelo transdutor ultrassônico 103 é detectado pelo transdutor ultrassônico 101. Em uma realização, o acoplador ultrassônico 102 é soldado no lugar para fornecer o acoplamento acústico de alta qualidade entre o acoplador ultrassônico 102 e o tubo 120. Em outra realização, o acoplador ultrassônico 102 é montado no tubo 120 com o uso de abraçadeiras. Em qualquer uma dessas realizações, o acoplador ultrassônico 102 pode ser produzido a partir do mesmo material ou material diferente que o tubo 120. O acoplador ultrassônico 102 pode ser formado de modo integral com tubo 120 e ser produzido a partir do mesmo material que o tubo 120 em uma extrusão com base em processo de fabricação ou o mesmo pode ser moldado no tubo 120 com o uso do mesmo material que o tubo em um processo de fabricação de fundição.
[015] Na realização mostrada na Figura 1 e na Figura 2, o acoplador ultrassônico de formato retangular 102 compreende uma superfície de topo 142 e uma superfície de fundo 144 e um acoplador ultrassônico altura 105 conforme medido por uma linha que é normal tanto para a superfície de topo 142 quanto para a superfície de fundo 144 do acoplador ultrassônico 102. O acoplador ultrassônico 102 não é limitado a um formato retangular, conforme retratado nas Figuras 1 a 2 e também pode compreender um formato de trapézio ou losango. Em uma realização, descrita no presente documento, a superfície de topo 142 e a superfície de fundo 144 são paralelas. Os transdutores ultrassônicos 101, 103 são montados na superfície de topo 142 doacoplador ultrassônico 102. O acoplador ultrassônico 102 também compreende um comprimento 135 e largura 115 de acoplador ultrassônico. O acoplador ultrassônico 102 é alinhado em uma superfície exterior 140 do tubo 120 ao longo de seu comprimento 135, isto é, o lado comprido de seu formato retangular, em paralelo com um eixo geométrico 123 do tubo 120. Em uma realização, a superfície de fundo 144 do acoplador ultrassônico 102 em contato com tubo 120 é conformado para corresponder à curvatura do tubo 120. Na realização mostrada na Figura 1 e na Figura 2, os transdutores ultrassônicos 101, 103, são dispostos em uma configuração de mesmo lado, adjacente em um acoplador ultrassônico 102. Em uma realização, o acoplador ultrassônico 102 é produzido a partir do mesmo material que o tubo 120, como aço-carbono, aço inoxidável ou titânio. Os transdutores ultrassônicos 101, 103 podem compreender transdutores ultrassônicos longitudinais e transdutores ultrassônicos de onda de cisalhamento. Em uma realização de onda de cisalhamento, os transdutores ultrassônicos 101, 103 podem incluirtransdutores ultrassônicos montados em uma cunha para induzir refração de onda de cisalhamento entre o material de cunha e o acoplador ultrassônico 102. Em ambos os casos, o segmento de passagem de sinal ultrassônico representativos 151 e 154 representa os sinais ultrassônicos emitidos tanto por um transdutor ultrassônico longitudinal ou um transdutor ultrassônico de onda de cisalhamento.
[016] Em uma realização, o acoplador ultrassônico 102 está em contato com tubo 120 ao longo do comprimento total 135 do acoplador ultrassônico 102 para fornecer o acoplamento acústico de alta qualidade entre o acoplador ultrassônico 102 e o tubo 120. Uma área de contato aumentada do acoplador ultrassônico 102 e o tubo 120 aprimora a precisão de medição de taxa de fluxo de fluido. Uma espessura 125 de tubo 120 tipicamente está na faixa de cerca de 3 mm a 10 mm e uma largura 115 do acoplador ultrassônico102 pode variar de cerca de 6 mm a 13 mm. Cada um dos transdutores ultrassônicos 101, 103 são eletronicamente conectados a um sistema deprocessamento ultrassônico (não mostrado) que controla os sinais ultrassônicos emitidos pelo transdutor ultrassônico 101, 103 e processa os sinais ultrassônicos recebidos pelos transdutores ultrassônicos 101, 103. O tempo de duração entre o transdutor ultrassônico 101 emitir o sinal ultrassônico e o transdutor ultrassônico 103 detectar o sinal ultrassônico, e vice-versa, é medido pelo sistema de processamento ultrassônico e é chamado de uma medição de tempo de voo no presente documento.
[017] Conforme descrito acima, a medição de tempo de voo para um sinal ultrassônico que se desloca do transdutor ultrassônico 101 a jusante para o transdutor ultrassônico 103 será mais curta que a medição de tempo de voo para um sinal ultrassônico que se desloca a montante do transdutor ultrassônico 103 para o 101, enquanto o fluido é que se desloca através do tubo 120 na direção 121 durante a medição de tempo de voo. Isso se deve ao fato de que o fluido que se desloca através do tubo 120 é um som ultrassônico que transporta meio. Portanto, os sinais ultrassônicos que passam através do fluido em uma direção a jusante, por exemplo, do transdutor ultrassônico 101 para o transdutor ultrassônico 103, se deslocam mais rápido que os sinais ultrassônicos que passam através do fluido em uma direção a montante, por exemplo, do transdutor ultrassônico 103 para o transdutor ultrassônico 101. O sistema de processamento ultrassônico detecta esse diferencial de medição de tempo de voo para determinar uma velocidade de fluxo de fluido através do tubo 120 na direção 121. Quanto mais rápido o fluido fluir através do tubo 120, maior será a diferença de tempo detectado. Uma correspondência precisa é determinada entre a taxa de fluxo e uma magnitude da medição de tempo de voo diferencial e é usada pelo sistema de processamento ultrassônico para determinação de taxa de fluxo. Algumas das variáveis que afetam a medição de tempo de voo incluem materiais usados para o tubo 120 e acoplador ultrassônico 102, as dimensões físicas do tubo 120 e acoplador ultrassônico 102 e o tipo de fluido que se desloca através do tubo 120. Na configuração conforme ilustrado na Figura 1 e na Figura 2, os transdutores ultrassônicos 101, 103 podem ser substituídos desmontando-se um transdutor ultrassônico antigo e remontando-se um novo sem exigir um encerramento dos sistemas de fluxo de fluido que utiliza o tubo 120.
[018] A espessura 125 de tubo 120 pode deteriorar ao longo do tempo devido a, por exemplo, corrosão da superfície interior 122. Tal afinamento de tubo 120 pode afetar a sensibilidade de medições de taxa de fluxo de fluido ultrassônico devido ao fato de que os sinais ultrassônicos se deslocam em velocidades diferentes através do material de tubo e através do fluido no tubo, conforme explicado acima. Por exemplo, o efeito no tempo de transmissão que contribuiu pela espessura de tubo 125 que é proporcional à espessura de tubo 125 dividida pela altura 105 do acoplador ultrassônico 102. Desse modo, a razão de espessura de tubo 125 para o acoplador ultrassônico altura 105 deve ser minimizada na medida em que alterações na espessura de tubo 125 irão afetar de modo significativo as medições de taxa de fluxo. Portanto, uma altura 105 do acoplador ultrassônico 102 é pré-projetada para ser maior que uma espessura do tubo 125 para minimizar os efeitos de corrosão de tubo no tempo de transmissão medido de um sinal ultrassônico que se desloca entre os transdutores ultrassônicos 101, 103. A altura de acoplador ultrassônico 105 pode ser pré-selecionada para ser, por exemplo, cerca de 5x através de cerca de 15x a espessura de tubo 125. Isso irá reduzir o impacto de corrosão no tubo 120 na medição de taxa de fluxo pela mesma proporção (cerca de 5x através de cerca de 15x) conforme comparado a uma configuração de medição de taxa de fluxo sem um acoplador ultrassônico 102. Um benefício principal do acoplador ultrassônico 102 é a habilidade de soldar omesmo ao tubo 120 para aumentar uma espessura efetiva do tubo 120 em relação às medições de taxa de fluxo ultrassônico.
[019] A Figura 3 e a Figura 4 ilustram uma vista frontal e vista lateral, respectivamente, de uma realização de um conjunto de acoplador ultrassônico 200, em que os transdutores ultrassônicos 201, 203, são, cada um, fixados a um acoplador ultrassônico separado 202, 204, respectivamente, que, por sua vez, são fixados a um tubo 220 que transporta um fluido que se desloca na direção 221 através dos mesmos, mostrado como se deslocando da esquerda para a direita na vista frontal da Figura 3. Os transdutores ultrassônicos 201, 203, cada um, transmitem sinais ultrassônicos que se deslocam ao longo de uma passagem de sinal ultrassônico representativo que compreende segmentos 251, 252, 254, de cada um dos transdutoresultrassônicos 201, 203 para o outro. Cada um dos transdutores ultrassônicos 201, 203 tem capacidade de emitir sinais ultrassônicos e detectar sinais ultrassônicos.
[020] Por exemplo, quando o transdutor ultrassônico 201 emite um sinal ultrassônico, o mesmo se desloca ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 251 através do acoplador ultrassônico 202 e do tubo 220, enquanto é refratado ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 252 pelo fluido que se desloca através do tubo 220, então é refratado pelo tubo 220 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 254 através de tubo 220 e acoplador ultrassônico 204, desse modo, o sinal ultrassônico emitido pelo transdutor ultrassônico 201 é detectado pelo transdutor ultrassônico 203. De modo similar, quando o transdutor ultrassônico 203 emite um sinal ultrassônico, o mesmo se desloca ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 254 através do acoplador ultrassônico 204 e tubo 220, enquanto é refratado ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 252 pelo fluido que se desloca através do tubo 220, enquanto é refratado pelo tubo 220 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 251 através do tubo 220 e do acoplador ultrassônico 202, desse modo, o sinal ultrassônico emitido pelo transdutor ultrassônico 203 é detectado pelo transdutor ultrassônico 201.
[021] Em uma realização, os acopladores ultrassônicos 202, 204 são soldados no lugar para fornecer acoplamento acústico de alta qualidade entre os acopladores ultrassônicos 202, 204 e o tubo 220. Os acopladores ultrassônicos 202, 204 também podem ser montados no tubo 220 com o uso de abraçadeiras. Em qualquer uma dessas realizações, os acopladores ultrassônicos 202, 204 podem ser produzidos a partir do mesmo material ou de material diferente que o tubo 220. Os acopladores ultrassônicos podem ser formados de modo integral com tubo 220 com o uso de uma extrusão com base em processo de fabricação ou os mesmos podem ser moldados no tubo 220 com o uso de um processo de fabricação de fundição. Nas últimas duas realizações, os acopladores ultrassônicos 202, 204 são produzidos a partir do mesmo material que o tubo 220. Em algumas aplicações, essa passagem de detecção direta, isto é, uma passagem não refletida conforme comparada ao exemplo de passagem refletida da Figura 1 e da Figura 2, é preferencial devido ao fato de que a passagem de sinal é menor. Essa preferência depende do diâmetro de tubo 220, isto é, a distância se deslocada pelo sinal ultrassônico e a atenuação de sinal ultrassônico sobre tal passagem, bem como outras variáveis como tipo de fluido que se desloca através do tubo 220.
[022] Na realização mostrada na Figura 3 e na Figura 4, os acopladores ultrassônicos de formato retangular 202, 204, cada um,compreendem uma superfície de topo 242 e uma superfície de fundo 244 e um acoplador ultrassônico altura 205 conforme medido por uma linha que é normal tanto à superfície de topo 242 quanto à superfície de fundo 244 de cada umdos acopladores ultrassônicos 202, 204. Os acopladores ultrassônicos 202, 204 não são limitados a um formato retangular ou a ter o mesmo tamanho, conforme retratado na realização das Figuras 3 a 4, e também pode compreender um formato de trapézio ou losango ou um tamanho diferente. Em uma realização, as superfícies de topo 242 e as superfícies de fundo 244 são paralelas. Os transdutores ultrassônicos 201, 203 são montados na superfície de topo 242 dos acopladores ultrassônicos 202, 204. Os acopladoresultrassônicos 202, 204, cada um, também compreendem um comprimento 235 e largura 215 de acoplador ultrassônico. Os acopladores ultrassônicos 202, 204 estão em contato com tubo 220 ao longo de seus comprimentos totais 235 e são alinhados em uma superfície exterior 240 do tubo 220 em paralelo com um eixo geométrico 223 do tubo 220. Em uma realização, as superfícies de fundo 244 dos acopladores ultrassônicos 202, 204 em contato com tubo 220 são conformadas para corresponder à curvatura do tubo 220. Isso fornece acoplamento acústico de alta qualidade entre os acopladores ultrassônicos 202, 204 e o tubo 220. Aumentar a área de contato dos acopladores ultrassônicos 202, 204 e o tubo 220 aprimora a precisão de medição de taxa de fluxo de fluido. Uma espessura 225 de tubo 220 tipicamente está na faixa de cerca de 3 mm a 10 mm e a largura 215 dos acopladores ultrassônicos 202, 204 pode variar de cerca de 6 mm a 13 mm.
[023] Em uma realização, os acopladores ultrassônicos 202, 204 são produzidos a partir do mesmo material que o tubo 220, como aço-carbono, aço inoxidável ou titânio. Os transdutores ultrassônicos 201, 203 podemcompreender transdutores ultrassônicos longitudinais e transdutoresultrassônicos de onda de cisalhamento. Desse modo, os transdutoresultrassônicos 201, 203 podem incluir transdutores ultrassônicos montados em uma cunha para induzir a refração de onda de cisalhamento entre o material de cunha e os acopladores ultrassônicos 202, 204. Em ambos os casos, o segmento de passagem de sinal ultrassônico representativos 251, 254 representa os sinais ultrassônicos emitidos no mesmo. Na realização mostrada na Figura 3 e na Figura 4, os acopladores ultrassônicos 202, 204, são dispostos em uma configuração diametral com o uso de dois acopladores ultrassônicos 202, 204. Portanto, os acopladores ultrassônicos 202, 204, são separados por 180° conforme medido pelo ângulo formado por um ponto intermediário da localização na qual o acoplador ultrassônico 202 entra em contato com o tubo 220, um eixo geométrico de tubo central 223 e um ponto intermediário da localização na qual o acoplador ultrassônico 204 entra em contato com o tubo 220.
[024] Cada um dos transdutores ultrassônicos 201, 203 éeletronicamente conectado a um sistema de processamento ultrassônico (não mostrado) que controla os sinais ultrassônicos emitidos pelos transdutores ultrassônicos 201, 203 e processa os sinais ultrassônicos detectados recebidos pelos transdutores ultrassônicos 201, 203. A medição de tempo de voo entre, por exemplo, o transdutor ultrassônico 201 emitir o sinal ultrassônico e o transdutor ultrassônico 203 detectar o sinal ultrassônico, e vice-versa, é realizada pelo sistema de processamento ultrassônico.
[025] Conforme descrito acima, a medição de tempo de voo para um sinal ultrassônico que se desloca do transdutor ultrassônico 201 para o transdutor ultrassônico 203 será mais curta que a medição de tempo de voo para um sinal ultrassônico que se desloca do transdutor ultrassônico 203 para 201 enquanto que o fluido está se deslocando através do tubo 220 na direção 221 durante a medição de tempo de voo. Isso se deve ao fato de que o fluido que se desloca através do tubo 220 é um som ultrassônico que transporta meio. Portanto, os sinais ultrassônicos que passam através do fluido em uma direção a jusante, por exemplo, do transdutor ultrassônico 201 para o transdutor ultrassônico 203, se deslocam mais rápido que os sinais ultrassônicos que passam através do fluido em uma direção a montante, por exemplo, do transdutor ultrassônico 203 para o transdutor ultrassônico 201. O sistema de processamento ultrassônico detecta essa medição de tempo de voo diferencial para determinar uma velocidade de fluxo de fluido através do tubo 220 na direção 221. Quanto mais rápido o fluido flui através de tubo 220, maior a diferença de tempo detectado. Uma correspondência precisa é determinada entre a taxa de fluxo e uma magnitude da medição de tempo de voo diferencial e é usada pelo sistema de processamento ultrassônico para determinação de taxa de fluxo. Algumas das variáveis que afetam a medição de tempo de voo incluem materiais usados para, e dimensões físicas de, o tubo 220 e acopladores ultrassônicos 202, 204, e o tipo de fluido que se desloca através do tubo 220. Na configuração, conforme ilustrado na Figura 3 e na Figura 4, os transdutores ultrassônicos 201, 203 podem ser substituídos desmontando-se um transdutor ultrassônico antigo e remontando-se um novo sem exigir um encerramento dos sistemas de fluxo de fluido que utiliza o tubo 220.
[026] A espessura 225 de tubo 220 pode se deteriorar ao longo do tempo, por exemplo, devido à corrosão da superfície interior 222. Tal afinamento de tubo 220 pode afetar os resultados de medições de taxa de fluxo de fluido ultrassônico devido ao fato de que os sinais ultrassônicos se deslocam em velocidades diferentes através do material de tubo e através do fluido no tubo, conforme explicado acima. Por exemplo, o efeito no tempo de transmissão que contribuiu pela espessura de tubo 225 que é proporcional à espessura de tubo 225 dividida pela altura 205 (225/205) dos acopladores ultrassônicos 202, 204. Desse modo, a razão de espessura de tubo 225 para uma altura 205 dos acopladores ultrassônicos 202, 204 deve ser minimizada na medida em que a alteração na espessura de tubo 225 irá afetar de modo significativo as medições de taxa de fluxo. Portanto, uma altura 205 dos acopladores ultrassônicos 202, 204 é pré-projetada para ser maior que umaespessura 225 do tubo 220 para minimizar os efeitos de corrosão de tubo no tempo de transmissão medido de um sinal ultrassônico que se desloca entre os transdutores ultrassônicos 201, 202. A altura 205 dos acopladoresultrassônicos 202, 204 pode ser pré-selecionada para ser, por exemplo, 5x através de 15x a espessura de tubo 225. Isso irá reduzir o efeito de corrosão no tubo 220 na medição de taxa de fluxo pela mesma proporção (5x através de 15x) conforme comparado a uma configuração de medição de taxa de fluxo sem acopladores ultrassônicos 202, 204. Um benefício principal dos acopladores ultrassônicos 202, 204 é a habilidade para soldar os mesmos ao tubo 220 para aumentar uma espessura efetiva do tubo 220 em relação às medições de taxa de fluxo ultrassônico.
[027] A Figura 5 e a Figura 6 ilustram uma vista frontal e uma vista lateral, respectivamente, de uma realização de um conjunto de acoplador ultrassônico 300, em que os transdutores ultrassônicos 301, 303, são, cada um, fixados a um acoplador ultrassônico separado 302, 304, respectivamente, que, por sua vez, são fixados a um tubo 320 que transporta um fluido que se desloca na direção 321 através dos mesmos, mostrado como se deslocando da esquerda para a direita na vista frontal da Figura 5. Os transdutores ultrassônicos 301, 303, cada um, transmitem sinais ultrassônicos que se deslocam ao longo de uma passagem de sinal ultrassônico representativo que compreende segmentos 351, 352, 354, de cada um dos transdutoresultrassônicos 301, 303 para o outro. Cada um dos transdutores ultrassônicos 301, 303 tem capacidade de emitir sinais ultrassônicos e detectar sinaisultrassônicos. Por exemplo, quando o transdutor ultrassônico 301 emite um sinal ultrassônico, o mesmo se desloca ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 351 através do acoplador ultrassônico 302 e tubo 320, enquanto é refratado ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 352 pelo fluido que se desloca através do tubo 320, enquanto é refratado pelo tubo 320 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 354 através de tubo 320 e acoplador ultrassônico 304, desse modo, o sinal ultrassônico emitido pelo transdutor ultrassônico 301 é detectado pelo transdutor ultrassônico 303.
[028] De modo similar, quando o transdutor ultrassônico 303 emite um sinal ultrassônico, o mesmo se desloca ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 354 através do acoplador ultrassônico 304 e tubo 320, enquanto é refratado ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 352 pelo fluido que se desloca através do tubo 320, enquanto é refratado pelo tubo 320 ao longo de segmento de passagem de sinal ultrassônico representativo 351 através do tubo 320 e acoplador ultrassônico 302, desse modo, o sinal ultrassônico emitido pelo transdutor ultrassônico 303 é detectado pelo transdutor ultrassônico 301. Em uma realização, os acopladores ultrassônicos 302, 304 são soldados no lugar para fornecer acoplamento acústico de alta qualidade entre os acopladores ultrassônicos 302, 304 e o tubo 320. Em outra realização, os acopladores ultrassônicos 302, 304 são montados no tubo 320 com o uso de abraçadeiras. Em qualquer uma dessas realizações, os acopladores ultrassônicos 302, 304 podem ser produzidos a partir do mesmo material ou do material diferente que o tubo 320. Os acopladores ultrassônicos 302, 304 podem ser formados de modo integral com tubo 320 e ser produzidos do mesmo material que o tubo 320 em uma extrusão com base em processo de fabricação, ou os mesmos podem ser moldados no tubo 320 com o uso do mesmo material que o tubo em um processo de fabricação de fundição.
[029] Na realização mostrada na Figura 5 e na Figura 6, os acopladores ultrassônicos de formato retangular 302, 304, cada um,compreendem uma superfície de topo 342 e uma superfície de fundo 344 e um acoplador ultrassônico altura 305 conforme medido por uma linha que é normaltanto para a superfície de topo 342 quanto para a superfície de fundo 344 dos acopladores ultrassônicos 302, 304. Os acopladores ultrassônicos 302, 304 não são limitados a um formato retangular ou por terem o mesmo tamanho, conforme retratado na realização das Figuras 5 a 6, e também podem compreender um formato de trapézio ou losango ou um tamanho diferente. Em uma realização, as superfícies de topo 342 e as superfícies de fundo 344 são paralelas. Os transdutores ultrassônicos 301, 303 são montados nas superfícies de topo 342 dos acopladores ultrassônicos 302, 304. Os acopladores ultrassônicos 302, 304, cada um, também compreendem umacoplador ultrassônico comprimento 335 e largura 315. Os acopladores ultrassônicos 302, 304 estão em contato com tubo 320 ao longo de seus comprimentos totais 335 e são alinhados em uma superfície exterior 340 do tubo 320 em paralelo com um eixo geométrico 323 do tubo 320. Em uma realização, as superfícies de fundo 344 dos acopladores ultrassônicos 302, 304 em contato com tubo 320 são conformadas para corresponder à curvatura do tubo 320. Isso fornece acoplamento acústico de alta qualidade entre os acopladores ultrassônicos 302, 304 e o tubo 320. Aumentar a área de contato dos acopladores ultrassônicos 302, 304 e o tubo 320 aprimora a precisão de medição de taxa de fluxo de fluido. Uma espessura 325 de tubo 320 tipicamente está na faixa de cerca de 3 mm a 10 mm e uma largura 315 dos acopladores ultrassônicos 302, 304 pode variar de cerca de 6 mm a 13 mm.
[030] Em uma realização, os acopladores ultrassônicos 302, 304 são produzidos a partir do mesmo material que o tubo 320, como aço-carbono, aço inoxidável ou titânio. Os transdutores ultrassônicos 301, 303 podemcompreender transdutores ultrassônicos longitudinais e transdutoresultrassônicos de onda de cisalhamento. Desse modo, os transdutoresultrassônicos 301, 303 podem incluir transdutores ultrassônicos montados em uma cunha para induzir a refração de onda de cisalhamento entre o material decunha e os acopladores ultrassônicos 302, 304. Em ambos os casos, osegmento de passagem de sinal ultrassônico representativos 351, 354 representa os sinais ultrassônicos emitidos no mesmo. Na realização mostrada na Figura 5 e na Figura 6, os acopladores ultrassônicos 302, 304, são dispostos em uma configuração de corda com o uso de dois acopladores ultrassônicos 302, 304. Portanto, os acopladores ultrassônicos 302, 304, são separados por menos que 180° conforme medido pelo ângulo formado por um ponto intermediário da localização na qual o acoplador ultrassônico 302 entra em contato com o tubo 320, o eixo geométrico de tubo central 323 e um ponto intermediário da localização na qual o acoplador ultrassônico 304 entra em contato com o tubo 320.
[031] Cada um dos transdutores ultrassônicos 301, 303 éeletronicamente conectado a um sistema de processamento ultrassônico (não mostrado) que controla os sinais ultrassônicos emitidos pelos transdutores ultrassônicos 301, 303 e processa os sinais ultrassônicos detectados recebidos pelos transdutores ultrassônicos 301, 303. A medição de tempo de voo entre, por exemplo, o transdutor ultrassônico 301 emitir o sinal ultrassônico e o transdutor ultrassônico 303 detectar o sinal ultrassônico, e vice-versa, é realizada pelo sistema de processamento ultrassônico.
[032] Conforme descrito acima, a medição de tempo de voo para um sinal ultrassônico que se desloca do transdutor ultrassônico 301 para o transdutor ultrassônico 303 será mais curta que a medição de tempo de voo para um sinal ultrassônico que se desloca do transdutor ultrassônico 303 para o 301 enquanto que o fluido está se deslocando através do tubo 320 na direção 321 durante a medição de tempo de voo. Isso se deve ao fato de que o fluido que se desloca através do tubo 320 é um som ultrassônico que transporta meio. Portanto, os sinais ultrassônicos que passam através do fluido em uma direção a jusante, por exemplo, do transdutor ultrassônico 301 para o transdutor ultrassônico 303, se deslocam mais rápido que os sinais ultrassônicos que passam através do fluido em uma direção a montante, por exemplo, do transdutor ultrassônico 303 para o transdutor ultrassônico 301. O sistema de processamento ultrassônico detecta essa medição de tempo de voo diferencial para determinar uma velocidade de fluxo de fluido através do tubo 320 na direção 321. Quanto mais rápido o fluido flui através de tubo 320, maior a diferença de tempo detectado. Uma correspondência precisa é determinada entre a taxa de fluxo e uma magnitude da medição de tempo de voo diferencial e é usada pelo sistema de processamento ultrassônico para determinação de taxa de fluxo. Algumas das variáveis que afetam medição de tempo de voo incluem materiais usados para, e dimensões físicas de, o tubo 320 e acopladores ultrassônicos 302, 304, e o tipo de fluido que se desloca através do tubo 320. Na configuração, conforme ilustrado na Figura 5 e na Figura 6, os transdutores ultrassônicos 301, 303 podem ser substituídos desmontando-se um transdutor ultrassônico antigo e remontando-se um novo sem exigir um encerramento dos sistemas de fluxo de fluido que utiliza tubo 320.
[033] A espessura 325 de tubo 320 pode deteriorar ao longo do tempo devido a, por exemplo, corrosão da superfície interior 322. Tal afinamento de tubo 320 pode afetar os resultados de medições de taxa de fluxo de fluido ultrassônico devido ao fato de que os sinais ultrassônicos se deslocam em velocidades diferentes através do material de tubo e através do fluido no tubo, conforme explicado acima. Por exemplo, o efeito no tempo de transmissão contribuiu pela espessura de tubo 325 que é proporcional à espessura de tubo 325 dividida pela altura 305 (325/305) dos acopladores ultrassônicos 302, 304. Desse modo, a razão de espessura de tubo 325 para uma altura 305 dos acopladores ultrassônicos 302, 304 deve ser minimizada na medida em que a alteração em espessura de tubo 325 irá afetar de modo significativo as medições de taxa de fluxo. Portanto, uma altura 305 dosacopladores ultrassônicos 302, 304 é pré-projetada para ser maior que uma espessura 325 do tubo 320 para minimizar os efeitos de corrosão de tubo no tempo de transmissão medido de um sinal ultrassônico que se desloca entre os transdutores ultrassônicos 301, 302. A altura 305 dos acopladoresultrassônicos 302, 304 pode ser pré-selecionada para ser, por exemplo, 5x através de 15x a espessura de tubo 325. Isso irá reduzir a magnitude de erros induzidos na medição de taxa de fluxo, causados por corrosão, na mesma proporção (5x através de 15x) conforme comparada a uma configuração de medição de taxa de fluxo sem acopladores ultrassônicos 302, 304. Umbenefício dos acopladores ultrassônicos 302, 304 é a habilidade para soldar os mesmos ao tubo 320 para aumentar uma espessura efetiva do tubo 320 em relação às medições de taxa de fluxo ultrassônico.
[034] A Figura 7 ilustra uma realização alternativa de um sistema de medição de fluxo ultrassônico 400 em que quatro pares de transdutores ultrassônicos/acopladores 401 e 403, 405 e 407, 409 e 411, e 413 e 415, são acusticamente acoplados ao tubo 420, em que cada par de transdutor opera conforme descrito acima em referência à Figura 5 e à Figura 6.
[035] À luz das considerações anteriores, as realizações da invenção servem para distanciar o transdutor ultrassônico de ambientes severos causados por variações de temperatura e para aumentar uma espessura efetiva de um tubo para medições de taxa de fluxo de fluido. Um efeito técnico é permitir teste não destrutivo e medição de taxa de fluxo de fluido precisa e, temperaturas extremas e mediante condições corrosivas.
[036] Essa descrição usa exemplos que incluem o melhor modo, e também permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Tais outros exemplos se destinam a abranger o escopo das reivindicações se as mesmas tiverem elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se as mesmas incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações. LISTA DE PARTES: 100 conjunto de acoplador ultrassônico 101 transdutor ultrassônico 102 acoplador ultrassônico 103 transdutor ultrassônico 105 altura de acoplador ultrassônico 115 largura de acoplador ultrassônico 120 tubo 121 direção de fluxo de fluido 122 diâmetro interior de tubo 123 eixo geométrico de tubo 125 espessura de tubo 135 comprimento de acoplador ultrassônico 140 superfície externa de tubo 142 superfície de topo de acoplador ultrassônico 144 superfície de fundo de acoplador ultrassônico 151 segmento de passagem de sinal ultrassônico 152 segmento de passagem de sinal ultrassônico 153 segmento de passagem de sinal ultrassônico 154 segmento de passagem de sinal ultrassônico 200 conjunto de acoplador ultrassônico 201 transdutor ultrassônico 202 acoplador ultrassônico 203 transdutor ultrassônico 204 acoplador ultrassônico 205 altura de acoplador ultrassônico 215 largura de acoplador ultrassônico 220 tubo 221 direção de fluxo de fluido 222 diâmetro interior de tubo 223 eixo geométrico de tubo 225 espessura de tubo 235 comprimento de acoplador ultrassônico 240 superfície externa de tubo 242 superfície de topo de acoplador ultrassônico 244 superfície de fundo de acoplador ultrassônico 251 segmento de passagem de sinal ultrassônico 252 segmento de passagem de sinal ultrassônico 254 segmento de passagem de sinal ultrassônico 260 ângulo entre transdutores ultrassônicos 300 sistema de acoplador ultrassônico 301 transdutor ultrassônico 302 acoplador ultrassônico 303 transdutor ultrassônico 304 acoplador ultrassônico 305 altura de acoplador ultrassônico 315 largura de acoplador ultrassônico 320 tubo 321 direção de fluxo de fluido 322 diâmetro interior de tubo 323 eixo geométrico de tubo 325 espessura de tubo 335 comprimento de acoplador ultrassônico 340 superfície externa de tubo 342 superfície de topo de acoplador ultrassônico 344 superfície de fundo de acoplador ultrassônico 351 segmento de passagem de sinal ultrassônico 352 segmento de passagem de sinal ultrassônico 354 segmento de passagem de sinal ultrassônico 360 ângulo entre transdutores ultrassônicos 400 sistema de medição de fluxo ultrassônico 401 transdutor ultrassônico/acoplador 403 transdutor ultrassônico/acoplador 405 transdutor ultrassônico/acoplador 407 transdutor ultrassônico/acoplador 409 transdutor ultrassônico/acoplador 411 transdutor ultrassônico/acoplador 413 transdutor ultrassônico/acoplador 415 transdutor ultrassônico/acoplador 420 tubo

Claims (18)

1. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), caracterizado por compreender: um tubo (120, 220); um primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204) configurado para ser acoplado a uma superfície exterior (140, 240) de uma parede do tubo (120, 220) em uma primeira localização, em que uma altura do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204), conforme medido entre primeira e segunda superfícies do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204), émaior que uma espessura (125, 225) do tubo (120, 220) por um fator de pelo menos cinco, e um comprimento transversal à altura do primeiro acopladorultrassônico (102, 202, 204) é maior que a altura do primeiro acopladorultrassônico (102, 202, 204) e a segunda superfície do primeiro acopladorultrassônico (102, 202, 204) é disposta para estar em contato com o tubo (120, 220) ao longo do comprimento total do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204);um primeiro transdutor ultrassônico (101, 201) fixado à primeira superfície do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204);um segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) configurado para ser acoplado à superfície exterior (140, 240) da parede do tubo (120, 220) em uma segunda localização, em que uma altura do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204), conforme medido entre primeira e segundasuperfícies do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204), é maior que a espessura (125, 225) do tubo (120, 220) por um fator de pelo menos cinco, e um comprimento do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204)transversal à altura do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) é maior que a altura do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) e a segunda superfície do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) é disposta para estar em contato com o tubo (120, 220) ao longo do comprimento total do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204); e um segundo transdutor ultrassônico (103, 203) fixado à primeira superfície do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204).
2. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos primeiro e segundo acopladores ultrassônicos (102, 202, 204) serem feitos de titânio, aço-carbono, aço inoxidável ou uma combinação dos mesmos.
3. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela altura (105, 205) do primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204) e a altura (105, 205) do segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) são ambas maiores que a espessura do tubo (125, 225) por um fator entre pelo menos cinco e quinze.
4. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira localização e a segunda localização estarem afastadas por 180 graus conforme medido pelo ângulo formado por um ponto intermediário da localização na qual o primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204) entra em contato com o tubo (120, 220), um eixo geométrico de tubo central (223) e um ponto intermediário da localização na qual o segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) entra em contato com o tubo (120, 220).
5. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira localização e a segunda localização estarem afastadas por menos de 180 graus conforme medido pelo ângulo formado por um ponto intermediário da localização na qual o primeiro acoplador ultrassônico (102, 202, 204) entra em contato com o tubo (120, 220), um eixo geométrico de tubo central (223) e um ponto intermediário da localização na qual o segundo acoplador ultrassônico (102, 202, 204) entra em contato com o tubo (120, 220).
6. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por cada um dentre o primeiro e o segundo transdutores ultrassônicos (101, 103, 201, 203) serem dispostos para emitirem sinais ultrassônicos que são detectados pelo outro dentre o primeiro e o segundo transdutores ultrassônicos (101, 103, 201, 203).
7. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por pelo menos um dentre o primeiro e o segundo acopladores ultrassônicos (102, 202, 204) ser acoplado ao tubo (120, 220) por extrusão, soldagem, fundição ou preensão.
8. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelos comprimentos (135, 235) do primeiro e do segundo transdutoresultrassônicos (101, 103, 201, 203) serem paralelos a um eixo geométrico do tubo (123, 223).
9. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100,200) caracterizado por compreender: um tubo (120, 220); um acoplador (102, 202, 204) que tem um lado de topo (142, 242) e um lado de fundo (144, 244) oposto ao lado de topo (142, 242), sendo que o lado de fundo (144, 244) é configurado para ser acoplado a uma superfície exterior (140, 240) de uma parede do tubo (120, 220) e o lado de topo (142, 242) para acoplar pelo menos um transdutor ultrassônico (101, 103, 201, 203) ao mesmo, sendo que o acoplador (102, 202, 204) tem uma altura, conforme medido a partir do lado de topo (142, 242) para o lado de fundo (144, 244), que é maior que uma espessura (125, 225) do tubo (120, 220) por um fator de pelo menos cinco, em que um comprimento (135, 235) do lado de fundo (144, 244) do acoplador (102, 202, 204) é maior que a altura do acoplador (102, 202, 204).
10. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100, 200), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo acoplador (102, 202, 204) ser produzido a partir de um mesmo material que o tubo (120, 220).
11. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100, 200), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo acoplador (102, 202, 204) ser feito de titânio, aço-carbono, aço inoxidável ou uma combinação dos mesmos.
12. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100, 200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pela altura ser maior que a espessura (125, 225) do tubo (120, 220) por um fator entre cinco e quinze.
13. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100, 200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo lado de topo (142, 242) do acoplador (102, 202, 204) compreender uma pluralidade de transdutores ultrassônicos (101, 103, 201, 203) acoplados ao mesmo, e em que cada um dentre a pluralidade de transdutores ultrassônicos (101, 103, 201, 203) emite sinais ultrassônicos que são detectados por outro dentre a pluralidade de transdutores ultrassônicos (101, 103, 201, 203).
14. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO, (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo acoplador (102, 202, 204) ser acoplado ao tubo (120, 220) por extrusão, soldagem, fundição ou preensão.
15. CONJUNTO DE ACOPLADOR ULTRASSÔNICO (100, 200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado por uma dimensão maior da superfície de fundo (144, 244) do acoplador (102, 202,204) ser paralela a um eixo geométrico do tubo (123, 223).
16. SISTEMA DE ACOPLAMENTO ULTRASSÔNICO (300), caracterizado por compreender: um tubo (120, 220); uma pluralidade de pares de acopladores (302 ,304), em que cada um dos acopladores (302 ,304) tem um primeiro lado e um segundo lado oposto ao primeiro lado, sendo que o primeiro lado de cada acoplador (302, 304) é configurado para ser acoplado a uma superfície exterior (340) de uma parede do tubo (120, 220) ao longo do comprimento total do primeiro lado; em que cada acoplador (302, 304) tem uma respectiva altura conforme medido a partir do primeiro e segundo lados dos mesmos, que é maior que uma espessura (125, 225) do tubo (120, 220) por um fator de pelo menos cinco, em que cada acoplador (302, 304) tem um comprimento respectivo transversal à respectiva altura e maior que a respectiva altura; e uma pluralidade de transdutores ultrassônicos (301 ,303), cadaum fixado ao segundo lado de um respectivo dos acopladores (302 ,304), em que os transdutores ultrassônicos (301 ,303) que são acoplados a umrespectivo dos acopladores em qualquer par da pluralidade de pares de acopladores (302 ,304) são configurados para emitir e receber sinais ultrassônicos entre os mesmos quando os acopladores (302 ,304) forem acoplados à superfície exterior (340) do tubo (120, 220), e em que uma distância entre o primeiro e o segundo lados de cada um dos respectivos acopladores (302 ,304) é menor que um comprimento de seu primeiro lado.
17. SISTEMA DE ACOPLAMENTO ULTRASSÔNICO (300), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por cada um dos pares de acopladores (302, 304) ser configurado para ser acoplado ao tubo (120, 220) em localizações que estão afastadas por menos de 180 graus conforme medido pelo ângulo formado por um ponto intermediário da localização na qual um primeiro acoplador (302, 304) entra em contato com o tubo (120, 220), um eixo geométrico de tubo central (223) e um ponto intermediário da localização na qual um segundo acoplador (302, 304) entra em contato com o tubo (120, 220).
18. SISTEMA DE ACOPLAMENTO ULTRASSÔNICO (300), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por cada um dos pares de acopladores (302, 304) ser configurado para ser acoplado à superfície exterior (340) do tubo (120, 220) de modo que uma dimensão maior do primeiro lado de cada um dos acopladores (302, 304) seja paralela a um eixo geométrico do tubo (120, 220).
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