MX2012007921A - Medidor de flujo ultrasónico, ensamble de transductor y métodos de fabricación de los mismos. - Google Patents

Abstract

Un ensamble transductor para un medidor de flujo ultrasónico comprende una cápsula piezoeléctrica. En una modalidad, la cápsula piezoeléctrica incluye una caja de protección que tiene un eje central, un primer extremo, un extremo segundo opuesto al primer extremo y una primera cámara interna que se extiende axialmente del primer extremo. Además, la cápsula piezoeléctrica incluye un elemento piezoeléctrico colocado en la primera cámara interna. Además, el elemento piezoeléctrico incluye una pluralidad de espaciadores colocados en la primera cámara interna entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección.

Description

MEDIDOR DE FLUJO ULTRASÓNICO, ENSAMBLE DE TRANSDUCTOR Y MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE LOS MISMOS Declaración con respecto a la investigación o desarrollo patrocinado federalmente No aplicable.

Antecedentes Varias modalidades descritas se refieren a medidores de flujo ultrasónicos y, más particularmente, a un ensamble transductor empleado en un medidor de flujo ultrasónico .

Después que los hidrocarburos se han retirado de la tierra, la corriente de fluido (ya sea en una fase líquida o una fase gaseosa) es transportada de un lugar a otro a través de tuberías. Es deseable conocer con precisión la cantidad de fluido que fluye en la corriente, y la precisión particular se exige cuando el fluido cambia de manos, o durante la "transferencia de custodia." Incluso cuando la transferencia de custodia no está teniendo lugar, sin embargo, la precisión de medición es deseable, y en estas situaciones los medidores de flujo ultrasónicos pueden utilizarse.

Un medidor de flujo ultrasónico incluye dos o más ensambles de transductor, cada uno dentro garantizado de un puerto en el cuerpo, o pieza de bobina, del medidor de flujo. Para contener el fluido transportado dentro del medidor de flujo, un conector de extremo está fijado sobre el extremo exterior de cada puerto del transductor en la pieza de bobina. Por lo tanto, la pieza de bobina y los conectores extremos crean un límite de presión que contiene el fluido que fluye a través del medidor.

Para medir el flujo de fluido a través del medidor, un primero y un segundo ensamble de transductor es cada una situado en un puerto en la pieza de bobina, de tal manera que cada ensamble de transductor se enfrenta al otro. Cada ensamble de transductor incluye un elemento piezoeléctrico . Cuando una corriente alterna se aplica al elemento piezoeléctrico del ensamble de transductor primero, el elemento piezoeléctrico responde mediante la radiación de una onda ultrasónica en el fluido que está siendo transportado a través del medidor de flujo. Cuando la onda es incidente sobre el elemento piezoeléctrico del ensamble de transductor segundo, el segundo ensamble de transductor responde generando una señal eléctrica. Algún tiempo después, una corriente alterna se aplica al elemento piezoeléctrico del ensamble de transductor segundo, y el elemento piezoeléctrico responde mediante la radiación de una onda ultrasónica a través del fluido en el medidor de flujo. Cuando la onda es incidente sobre el elemento piezoeléctrico del ensamble de transductor primero, el ensamble de transductor primero responde generando una señal eléctrica. De esta manera, los ensambles de transductor transmiten y reciben señales hacia atrás y hacia adelante a través de la corriente de fluido.

Cada ensamble de transductor está conectado a un cable que se extiende a través del conector de extremo a una ubicación externa a la pieza de bobina, tal como una base de la caja electrónica típicamente montado en el exterior de la pieza de bobina. El cable lleva las señales creadas por los elementos piezoeléctricos a una tarjeta de adquisición situada dentro de la base de la caja electrónica, en donde puede ser la señal procesada y posteriormente utilizada para determinar la tasa de flujo de fluido a través del medidor.

En la mayoría de los ensambles de transductor convencionales, el elemento piezoeléctrico está situado en un extremo del ensamble de transductor proximal de la corriente de fluido que fluye a través de la pieza de bobina. Típicamente, el elemento piezoeléctrico está situado en una caja de protección y rodeado por una capa de adaptación que proporciona un acoplamiento acústico entre el elemento piezoeléctrico y el fluido que fluye a través de la pieza de bobina. Para optimizar la calidad de la señal ultrasónica (por ejemplo, mayor amplitud y más rápido tiempo de subida) , el elemento piezoeléctrico está radialmente centrado en la caja de protección y el grosor de la capa de adaptación entre el elemento piezoeléctrico y el extremo del ensamble de transductor en el flujo de fluido se controla cuidadosamente. Específicamente, el centro radial del elemento piezoeléctrico asegura que la onda ultrasónica es simétrica respecto al centro del transductor que mejora la precisión de medición de flujo, porque las mediciones dimensionales de la posición del puerto en el agujero del metro normalmente asumen que la onda ultrasónica está en el centro del orificio de puerto. Además, el centro radial del elemento piezoeléctrico elimina las preocupaciones con la orientación de rotación del transductor en el puerto.

Para colocar correctamente el elemento piezoeléctrico durante la fabricación del ensamble de transductor, el elemento piezoeléctrico se coloca típicamente y se mantiene a la deseada en la caja de protección con una herramienta de posicionamiento . Mientras sostiene el elemento piezoeléctrico en la ubicación deseada dentro de la caja de protección con la herramienta de posicionamiento, un relleno de la capa de adaptación primera está dispuesto en la caja de protección alrededor de una parte del elemento piezoeléctrico . Sin interferir con la capa de adaptación, la herramienta de posicionamiento continúa para mantener el elemento piezoeléctrico en la posición deseada como la capa de adaptación primera llenar solidifica y curas. Una vez que el relleno de la capa de adaptación primera haya endurecido suficientemente, ayuda a mantener el elemento piezoeléctrico en su lugar, y por lo tanto, la herramienta de colocación puede ser retirada antes de un relleno de la capa de adaptación segundo está dispuesta en la caja de protección alrededor del resto del elemento piezoeléctrico. Asi, durante la fabricación de muchos ensambles de transductor convencionales, el correcto posicionamiento del elemento piezoeléctrico dentro de la caja de protección se consigue con una herramienta de posicionamiento especializada y, además, una labor relativamente intensa y se emplea consumo de tiempo de dos procesos de relleno de capa de ajuste separado.

En consecuencia, sigue habiendo una necesidad en la técnica de ensambles de transductor que tienen elementos piezoeléctricos correctamente posicionados para optimizar la calidad de las señales ultrasónicas. Tales ensambles de transductor seria particularmente bien recibidos si su fabricación es relativamente simple, de bajo costo y menos consumo de tiempo.

Breve Descripción Estas y otras necesidades en la técnica se tratan en una modalidad de un ensamble de transductor para un medidor de flujo ultrasónico. En una modalidad, el ensamble de transductor piezoeléctrico comprende una cápsula. En una modalidad, la cápsula piezoeléctrica incluye una caja de protección que tiene un eje central, un primer extremo, un extremo segundo opuesto al primer extremo, y una primera cámara interna que se extiende axialmente desde el primer extremo. Además, la cápsula piezoeléctrica incluye un elemento piezoeléctrico dispuesto en la primera cámara interior. Además, el elemento piezoeléctrico incluye una pluralidad de espaciadores dispuestos en la primera cámara interior entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección.

Estas y otras necesidades en la técnica se tratan en otra modalidad de un medidor de flujo ultrasónico para medir el flujo de un fluido a través de una tubería. En una modalidad, el medidor de flujo ultrasónico comprende una pieza de bobina que incluye un taladro pasante y un puerto de transductor que se extiende desde la superficie externa de la pieza de bobina a la perforación pasante. Además, el medidor de flujo ultrasónico comprende un ensamble de transductor dispuesto en el puerto del transductor. El ensamble de transductor tiene un eje central y comprende una cápsula piezoeléctrica . La cápsula piezoeléctrica incluye una caja de protección que tiene un primer extremo, un extremo segundo, y una cámara interior proximal del primer extremo. Además, la cápsula piezoeléctrica incluye un elemento piezoeléctrico dispuesto en la cámara interior. Además, la cápsula piezoeléctrica incluye una pluralidad de espaciadores dispuestos dentro de la cámara interior entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección. Además, el medidor de flujo ultrasónico comprende una cápsula de transformador que incluye un transformador, en el que la cápsula del transformador está acoplada a la cápsula piezoeléctrica.

Estas y otras necesidades en la técnica se tratan en otra modalidad por un método de fabricación de un medidor de flujo ultrasónico. En una modalidad, el método comprende proporcionar una caja de protección piezoeléctrica que tiene un eje central, un primer extremo, un extremo segundo opuesto al primer extremo, y un contrataladro primero que se extiende axialmente desde el primer extremo. Además, el método comprende elemento piezoeléctrico en el contrataladro primero. Además, el método comprende la inserción de una pluralidad de espaciadores en el contrataladro primero. Aún más, el método comprende colocar cada uno de los espaciadores radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección. Por otra parte, el método comprende el llenado del contrataladro primero con una capa de adaptación después de posicionar cada uno de los espaciadores .

Así, las modalidades des-critas en este documento comprenden una combinación de características y ventajas destinadas a tratar diversas deficiencias asociadas con ciertos dispositivos anteriores, los sistemas y métodos. Las diversas características descritas anteriormente, así como otras características, serán fácilmente evidentes para los técnicos en la materia tras la lectura de la descripción detallada siguiente, y haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos Para una descripción detallada de modalidades ejemplares de la invención, se hará ahora referencia a los dibujos adjuntos en los que: La Figura 1A es una vista superior en sección transversal de una modalidad de un medidor de flujo ultrasónico; La Figura IB es una vista esquemática desde un extremo del medidor de flujo de la figura 1A; La figura 1C es una vista esquemática desde arriba del medidor de flujo de la figura 1A; La Figura 2 es una vista en perspectiva de una modalidad de un medidor de flujo ultrasónico; La Figura 3 es una vista parcial en sección transversal lateral de una modalidad de un ensamble de transductor de acuerdo con los principios descritos aquí dispuestos en uno de los puertos transductores del medidor ultrasónico de flujo de la Figura 2; La Figura 4 es una vista parcial en sección transversal lateral de la cápsula piezoeléctrica del ensamble de transductor de la Figura 3 ; La Figura 5 es una vista parcial en sección transversal vista desde arriba de la cápsula piezoeléctrica del ensamble de transductor de la Figura 3 ; La Figura 6 es una vista en perspectiva desde el extremo de la cápsula piezoeléctrica del ensamble de transductor de la Figura 3; La Figura 7 es una vista esquemática desde un extremo de la cápsula piezoeléctrica del ensamble de transductor de la Figura 3; La Figura 8 es una vista en perspectiva desde el extremo de la cápsula piezoeléctrica del ensamble de transductor de la Figura 3 ; y La Figura 9 es una vista ampliada en sección transversal lateral de la cápsula del transformador de la figura 3.

Descripción Detallada La siguiente discusión se refiere a varias modalidades de la invención. Aunque una o más de estas modalidades puede ser preferidas actualmente, las modalidades descritas no deben interpretarse, o utilizarse de otro modo, como limitantes del alcance de la descripción, incluyendo las reivindicaciones. Además, el técnico en la materia entenderá que la siguiente descripción tiene una amplia aplicación, y la discusión de cualquier modalidad se entiende sólo como ejemplares de esa modalidad, y no se pretende dar a entender que el alcance de la descripción, incluyendo las reivindicaciones, está limitado a esa modalidad.

Ciertos términos se utilizan a lo largo de la siguiente descripción y reivindicaciones para referirse a características o componentes particulares. Como un técnico en la materia apreciará, diferentes personas pueden referirse a la misma característica o componente por diferentes nombres. Este documento no tiene la intención de distinguir entre componentes o características que difieren en nombre pero no en función. Las figuras de los dibujos no están necesariamente a escala. Algunas de las funciones y componentes del presente se pueden mostrar exageradas en escala o en forma un tanto esquemática, y algunos detalles de los elementos convencionales no pueden ser mostrados en interés de la claridad y la concisión.

En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "incluyendo" y "que comprende" se utilizan de una manera abierta, y por lo tanto deben ser interpretados en el sentido de "que incluye, pero no se limitan a .... " También, el término "se acopla" o "está acoplado" está destinado a significar ya sea una conexión indirecta o directa. Así, si un primer dispositivo "se acopla" a un segundo dispositivo, esa conexión puede ser a través de una conexión directa, o a través de una conexión indirecta a través de otros dispositivos, componentes y conexiones. Además, tal como se usa aquí, los términos "axial" y "axialmente" significa generalmente a lo largo o paralelo a un eje central (por ejemplo, el eje central de un cuerpo o un puerto) , mientras que los términos "radial" y " radialmente" generalmente significan perpendicular al eje central. Por ejemplo, una distancia axial se refiere a una distancia medida a lo largo o paralelo al eje central, y una distancia radial significa una distancia medida perpendicularmente al eje central .

Las Figuras 1A y IB muestran una modalidad de un medidor de flujo ultrasónico 10 a efectos de explicación de sus diversos componentes y sus relaciones . La pieza de bobina 11 es adecuada para su colocación entre las secciones de una tubería. La pieza de bobina 11 tiene un tamaño predeterminado y define un paso central a través del cual un fluido (por ejemplo, gas y/o líquido) fluye. Un par de transductores ilustrativa 12 y 13 y sus respectivas cajas de protección 14 y 15 están situados a lo largo de la longitud de la pieza de bobina 11. Los transductores 12 y 13 son transceptores acústicos. Más en particular, los transductores 12, 13 son transceptores ultrasónicos, lo que significa que tanto generan y reciben energía acústica que tiene frecuencias por encima de alrededor de 20 kilohercios .

La energía acústica puede ser generada y recibida por un elemento piezoeléctrico en cada transductor 12, 13. Para generar una señal acústica, el elemento piezoeléctrico es estimulado eléctricamente por medio de una señal sinusoidal y responde por la vibración. La vibración del elemento piezoeléctrico genera la señal acústica que se desplaza a través del fluido al transductor correspondiente 12, 13 del par de transductores. Igualmente, al ser golpeado por la energía acústica (es decir, la señal acústica y otras señales de ruido) , el elemento receptor piezoeléctrico vibra y genera una señal sinusoidal eléctrica que se detecta, digitaliza, y se analiza mediante electrónicos asociados con el metro.

Un trayectoria 17, a veces referido como "cuerdas", existe entre los transductores ilustrativos 12, 13 en un ángulo T a una línea central 20 de la pieza de bobina 11. La longitud de la "cuerda" 17 es la distancia entre la cara del transductor 12 y la cara del transductor 13. Los puntos 18 y 19 definen las ubicaciones donde las señales acústicas generadas por los transductores 12, 13 entran y salen de fluido que fluye a través de la pieza de bobina 11 (es decir, la entrada a la pieza de bobina barreno). La posición de los transductores 12, 13 puede estar definido por el ángulo T, por una primera longitud L medida entre los transductores 12, 13, una longitud segundo X correspondiente a la distancia axial entre los puntos 18, 19, y una tercera longitud D correspondiente a la tubería de diámetro interior. En la mayoría de los casos las distancias D, x, y L son determinadas con precisión durante la fabricación de medidores. Además, los transductores 12, 13 se colocan generalmente a una distancia específica desde los puntos 18, 19, respectivamente, independientemente del tamaño del medidor (es decir, el tamaño del bobina pieza) .

El fluido que pasa a través de pieza de bobina 11, tal como gas natural, fluye en una dirección 22 con un perfil de velocidad 23. Los vectores de velocidad 24-29 ilustran que la velocidad del gas a través de pieza de bobina 11 aumenta hacia la línea central 20.

Inicialmente, el transductor de corriente abajo 12 genera una señal acústica que se propaga a través del fluido en la pieza de bobina 11, y entonces es incidente y se detecta por el transductor de corriente arriba 13. Poco tiempo después (por ejemplo, dentro de unos pocos milisegundos) , el transductor 13 corriente arriba genera una señal acústica de retorno que se propaga de vuelta a través del fluido en la pieza de bobina 11, y entonces se incide y se detectada por el transductor de corriente abajo 12. Por lo tanto, los transductores 12, 13 juegan "lanzar y atrapar" con las señales 30 a lo largo de la trayectoria de cuerdas 17. Durante el funcionamiento, esta secuencia se puede producir miles de veces por minuto.

El tiempo de tránsito de la señal acústica 30 entre los transductores 12, 13 depende en parte de si la señal acústica 30 se desplaza corriente arriba o corriente abajo con respecto al flujo de fluido. El tiempo de tránsito de una señal acústica que se desplaza corriente abajo (es decir, en la misma dirección que el flujo de fluido) es menor que su tiempo de tránsito en el transporte de corriente arriba (es decir, contra el flujo de fluido) . Los tiempos de tránsito corriente arriba y corriente abajo se pueden usar para calcular la velocidad media a lo largo de la trayectoria de la señal, o la ruta de cuerdas 17, y la velocidad del sonido en el fluido medido.

Los medidores de flujo ultrasónicos pueden tener uno o más trayectorias de la señal acústica. La Figura IB ilustra una vista en alzado de un extremo del medidor de flujo ultrasónico 10. Como se muestra, el medidor de flujo ultrasónico tiene cuatro trayectorias de cuerdas A, B, C, D en diferentes niveles dentro de la pieza de bobina 11. Cada anuncio de ruta de cuerdas A-D se extiende entre un par de transductores, cada transductor comportando alternativamente como un transmisor y un receptor. Oculto a la vista en la figura IB son los cuatro pares de transductores que corresponden a las trayectorias de cuerdas A-D. Un paquete electrónico de control o caja de protección 40 se muestra también. Paquete electrónico 40 adquiere y procesa los datos de la AD cuatro trayectorias de cuerdas.

La configuración de los cuatro pares de transductores pueden ser más fácilmente entendida con referencia a la Figura 1C . Cuatro pares de puertos del transductor están formados en la pieza de bobina 11. Un transductor se monta dentro de cada puerto. Una trayectoria de cuerdas sólo se extiende entre cada par de transductores. Por ejemplo, un primer par de puertos 14, 15 de transductor transductores casas 12, 13 (Figura 1A) . Los transductores 12, 13 están montados dentro de los puertos del transductor 14, 15, respectivamente, en un ángulo no perpendicular T a la línea central 20 de pieza de bobina 11. La trayectoria de cuerdas 17 se extiende entre los transductores 12, 13. Otro par de puertos transductores 34, 35 (sólo parcialmente en la vista) y transductores asociados están montados de tal manera que un trayectoria de cuerdas se extiende entre los transductores en los puertos del transductor 34, 35 y la trayectoria de cuerdas 17 entre los transductores 12, 13 sin apretar forma la forma de una "X" .

De manera similar, los puertos del transductor 38, 39 se coloca paralelo a los puertos de transductor 34, 35 pero a otro "nivel" (es decir, una posición diferente radial en la pieza de bobina 11) . No se muestra explícitamente en la Figura 1C es un cuarto par de transductores y los puertos del transductor. Tomando las figuras IB y 1C juntas, los pares de transductores están colocados de tal manera que las trayectorias de cuerdas A, B de la parte superior de dos pares de transductores de formar una la forma de una "X", y las trayectorias de cuerdas C, D de la parte inferior dos pares de transductores correspondientes también forman la forma de una "X" La velocidad de flujo del fluido puede ser determinado en cada A-D de cuerdas para obtener velocidades de flujo de cuerdas, y las velocidades de flujo de cuerdas luego se combinan para determinar una velocidad promedio de flujo a través de pieza de bobina 11. De la velocidad de flujo promedio, la cantidad de fluido que fluye a través de la pieza de bobina 11, y por lo tanto la tubería, se puede determinar .

Haciendo ahora referencia a las figuras 2 y 3, las vistas perspectiva y parciales en sección transversal, respectivamente, de un medidor de flujo ultrasónico 100 para la medición de caudales de fluido en una tubería se muestran. El medidor de flujo ultrasónico 100 incluye un cuerpo o pieza de bobina 105, una pluralidad de ensambles de transductores ultrasónicos de gas 200, un cable eléctrico o cable 125 se extiende desde cada ensamble de transductor 200 para un paquete de electrónica 108 acoplado a la parte superior de la pieza de bobina 105, y un cable extraíble de la cubierta 120.

La pieza de bobina 105 es la caja de protección para medidor de flujo ultrasónico 100 y configurado para su colocación entre las secciones de una tubería. La pieza de bobina 105 tiene un eje central 110 e incluye un primer extremo o extremo de entrada 105a, un extremo segundo o extremo de salida 105b, un paso de flujo de fluido o barreno pasado 130 que se extiende entre los extremos 105a, 105b, y una pluralidad de puertos de transductor 165 que se extienden desde el exterior superficie de la pieza de bobina 105 para barreno pasado 130. En esta modalidad, los extremos 105a, b incluyen cada uno un reborde que acopla axialmente la pieza de bobina 105 de extremo a extremo entre los segmentos de tubería individuales de una tubería. Un plano de referencia horizontal 111 pasa a través del eje central 110 y divide generalmente pieza de bobina 105 en las mitades superior e inferior 105c, d, respectivamente.

Como se muestra mejor en la Figura 2, pieza de bobina 105 también incluye una pluralidad de las protuberancias de transductor que se extienden en general verticalmente a lo largo de su circunferencia exterior. Cada protuberancia 135 está posicionada de tal manera que se interseca con el exterior radialmente (con respecto al eje 110) termina 165b de dos puertos transductores espaciados verticalmente 165. Cada cable 125 se extiende desde uno de los ensamble de transductores 200 instalados un puerto 165 a lo largo de uno de las protuberancias 135 para el paquete de electrónica 108. Como dos puertos del transductor 165 intersectan cada protuberancia 135, los dos cables 125 se extienden verticalmente dentro de cada protuberancia 135.

Cada protuberancia de transductor 135 incluye, además, la cara rebajada 140, lados 145, 150, y acanaladuras laterales 155, 160. La cara 140 y los lados 145, 150 definen un bolsa 175 entre las mismas que recibe los cables 125. Las acanaladuras laterales 155, 160 se extienden a lo largo de las superficies opuestas de los lados 145, 150, respectivamente, que se enfrentan además bolsa 175. Con los cables 125 colocados dentro de la cavidad 175 de la protuberancia transductor 135, los bordes laterales de la cubierta del cable 120 se insertan en forma deslizante y avanzada dentro de acanaladuras 155, 160, cubriendo de este modo los cables 125 y los protege del entorno exterior a la pieza de bobina 105. Los ejemplos de cubiertas de cable adecuados se describen en la solicitud de E.U. de patente N2 de serie 11/763,783, titulada "Cubierta de cable para un medidor de flujo ultrasónico" y presentada el 15 de junio de 2007, que se incorpora aquí por referencia en su totalidad para todos los propósitos.

En algunas modalidades, la pieza de bobina 105 es una pieza fundida en la que las protuberancias de transductor 135 están mecanizadas. Las bolsas 175 también son creadas por el proceso de mecanizado a las dimensiones deseadas. La anchura de la cara 140 es mayor que el diámetro de los puertos del transductor 165. La profundidad del bolsa 175 es suficiente para permitir que las acanaladuras laterales 155, 160, para ser mecanizadas en los lados 145, 150 de protuberancia de transductor 135 así como bolsa 175 en sí, y para recibir los cables 125. En algunas modalidades, las acanaladuras laterales 155, 160 son acanaladuras de tres lados con esquinas cuadradas . En otras modalidades, las acanaladuras 155, 160 pueden ser acanaladuras en cola de milano medias con sólo dos lados, donde el primer lado es paralelo a la cara 140 de la protuberancia de transductor 135 y el segundo lado está orientado en ángulo menor de 90 grados desde el primer lado. Además, en modalidades en las acanaladuras laterales 155, 160 están en cola de milano media, el ángulo de los lados 145, 150 con respecto a la cara 140 puede ser menor o mayor que 90 grados.

Como se muestra mejor en la Figura 3, un ensamble de transductor 200 está colocado dentro de cada puerto del transductor 165. Cada puerto del transductor 165 tiene un eje central 166 y se extiende a través de pieza de bobina 105 de un radialmente interior (con relación al eje central 110 de la fig. 2) o el primer extremo 165a al barreno pasante 130 a una radialmente exterior (con respecto al eje central 110) o extremo segundo 165b en la superficie externa de la pieza de bobina 105. En esta modalidad, cada puerto del transductor 165 es generalmente horizontal. En otras palabras, el eje central 166 de cada puerto del transductor 165 está en un plano generalmente paralelo al plano de referencia 111 (Fig. 2). Aunque una proyección de eje central 166 de cada puerto del transductor 165 puede no necesariamente intersectar el eje central 110 de la pieza de bobina 105, para los propósitos de simplicidad, las posiciones radiales de las diversas características y componentes pueden ser descritos con relación al eje 110, lo que se entiende generalmente que "radialmente interior" (en relación al eje central 110) se refiere a las posiciones de eje generalmente proximal 110 y el agujero 130 y "radialmente exterior" (con relación al eje central 110) se refiere a las posiciones de eje generalmente distal 110 y el barreno 130.

La superficie interior de cada puerto del transductor 165 incluye un hombro anulaf 167 entre los extremos 165a, b y roscas internas 169 colocado axialmente (con relación al eje central 166) entre el hombro 167 y 165a primer extremos. Como se describirá en más detalle a continuación, el hombro 167 ayudas en ensamble posicionado de transductor 200 dentro de puerto 165, y las roscas 169 engranar roscas de acoplamiento sobre el ensamble de transductor 200, con lo que el ensamble de acoplamiento roscado transductor 200 dentro del puerto 165 para pieza de bobina 105.

Haciendo referencia a las figuras 2 y 3, durante el uso, el fluido fluye a través de la tubería y del barreno pasado 130 de la pieza de bobina 105 . Los ensambles del transductor 200 envían señales acústicas de un lado a otro a través de la corriente de fluido en el barreno pasante 130 . En particular, los ensambles de transductores 200 se colocan tal que una señal acústica que se desplaza desde un ensamble de transductor 200 a la otra intersecta fluido que fluye a través del medidor 100 en un ángulo agudo respecto al eje central 110 . El paquete electrónico 108 está acoplado a la parte superior de la pieza de bobina 105 para proporcionar potencia a 200 ensamble de transductores y recibir señales de ensamble de transductores 200 a través de cables 125 se extiende entre ellos. Tras la recepción de las señales de ensamble de transductores 200 , el paquete de electrónica 108 procesa las señales para determinar la tasa de flujo de fluido de producto que pasa a través del orificio 130 de medidor de flujo 100 .

Haciendo ahora referencia a la figura 3 , el ensamble del transductor ultrasónico de gas 200 y un ensamble de cubierta de puerto 300 acoplado a la misma está colocado coaxialmente dentro del puerto 165 y se extiende desde el barreno pasante 130 de bolsa 175 de la protuberancia 135 . Así, el ensamble de transductor 200 tiene un eje central o longitudinal 205 que es generalmente coincidente con el eje central 166 del puerto 165 cuando el ensamble de transductor 200 está colocado en el puerto 165. Moviendo radialmerite hacia fuera (con relación al eje 110 de la fig. 2) de barreno pasado 130 de la pieza de bobina 105, ensamble de transductor 200 incluye una cápsula piezoeléctrica 210, y una cápsula de transformador 250, que incluye un bloque de terminales 258. El ensamble de cubierta de puerto 300 se acopla al extremo externo radialmente del ensamble del transductor 200 dentro del puerto 165. La cápsula piezoeléctrica 210, la cápsula del transformador 250, y el ensamble de cubierta de puerto 300 se acoplan axialmente de extremo a extremo y se orientan coaxialmente con relación a los ejes 166, 205. Asi, la cápsula piezoeléctrica 210, soporte de transductor 230, cápsula del transformador 250, y el ensamble de cubierta del puerto 300 tienen cada uno un eje central generalmente coincidente con los ejes 205, 166. Con fines de concisión, las posiciones axiales de las diversas características y componentes del ensamble de transductor 200 y el ensamble de cubierta del puerto 300 se definen en el presente relativos a los ejes 166, 205, quedando entendido que cada componente individual, cuando se ensamblan en el ensamble de transductor 200 o ensamble de cubierta del puerto 300, tiene un eje central generalmente coincidente con el eje 205 y, en general coincidente con el eje 166 cuando se instala en el puerto 165.

Con referencia ahora a las Figuras 3-6 y 8, la cápsula piezoeléctrica 210 tiene una parte interna radialmente (relativo al eje central 110) o primer extremo 210a, barreno proximal 130, una parte externa radialmente (relativa a un eje central 110) o un extremo segundo 210b, barreno distal 130, e incluye un cuerpo o caja de protección 211, un elemento piezoeléctrico 212, y capa de adaptación 214. En la Figura 3, la cápsula piezoeléctrica 210 se muestra con la capa de adaptación 214 (por ejemplo, después de la instalación de la capa de adaptación 214), y en la Figura 6, la cápsula piezoeléctrica 210 se muestra sin la capa de adaptación 214 (por ejemplo, antes de la inclusión de la capa de adaptación 214).

La caja de protección 211 es generalmente cilindrica y tiene un eje central 215, un primer extremo 211a coincidente con el extremo 210a, y un extremo segundo 211b coincidente con el extremo 210b. Los primeros extremos 210a, 211a de la cápsula piezoeléctrica 210 y la caja de protección 211, respectivamente, se extienden axialmente (con relación a los ejes 166, 205) al orificio 130 y se expone al fluido que fluye dentro del barreno pasado 130 (Figura 3). Además, la caja de protección 211 incluye una cámara interna 213 proximal primer extremo 211a y una cámara interna 217 proximal extremo segundo 211b. En esta modalidad, la cámara 213 es un contrataladro que se extiende axialmente (relativo al eje 205) del primer extremo 211a de la caja de protección 211, y una cámara 217 es un contrataladro que se extiende axialmente (relativo al eje 205) del extremo 211 b. Consecuentemente, la cámara 213, 217 puede también referirse en el presente como el contrataladro 213, 217, respectivamente. En general, una cámara (por ejemplo, cámara 213) o contrataladro (por ejemplo, contrataladro 213, 217) puede formarse mediante cualquier proceso adecuado incluyendo sin límite, moldeo, fundición, mecanización o combinaciones de los mismos. Dos contrataladros paralelos generalmente 236 se extienden axialmente (relativo a los ejes 205, 215), a través de la caja de protección 211 entre los contrataladros 213, 217.

En esta modalidad, elemento piezoeléctrico 212 es generalmente cilindrico y está dispuesto coaxialmente en contrataladro 213 proximales primer extremo 211a y agujero 130. Elemento piezoeléctrico 212 es un material piezoeléctrico que produce un potencial eléctrico en respuesta a la tensión mecánica aplicada, y produce una tensión mecánica y/o la deformación en respuesta a un campo eléctrico aplicado. Más específicamente, elemento piezoeléctrico 212 produce un potencial eléctrico asociado y corriente en respuesta a una señal acústica, y produce una señal acústica en respuesta a un potencial eléctrico aplicado y asociado actual. En general, elemento piezoeléctrico 212 puede incluir cualquier material adecuado piezoeléctrico incluyendo, sin limitación, un cristal piezoeléctrico o de cerámica. En esta modalidad, elemento piezoeléctrico 212 es un cristal piezoeléctrico.

Haciendo referencia todavía a las figuras 3-6 y 8, dos tomas de corriente o los receptáculos 216 también se colocan en el contrataladro 213 radialmente hacia el interior (con relación al eje 110 de la figura 2) de y alineado con uno de los barrenos pasados 236. En esta modalidad, cada conector 216 es un receptáculo de enchufe hembra. Dos cables o alambres (no mostrados) del elemento piezoeléctrico 212 se acoplan eléctricamente para conectar enchufes 216.

El elemento piezoeléctrico 212 y los conectores de enchufe 216 están rígidamente mantenidos en su lugar con relación a la caja de protección 211 por la capa de adaptación 214 que generalmente llena el resto del contrataladro 213 y rodea el elemento piezoeléctrico 212 y conectores hembra de enchufe 216 (Figura 3) . La capa de adaptación 214, y el elemento piezoeléctrico 212 por lo tanto, están acoplados a la caja de protección 211 dentro de contrataladro 213. En general, la capa de adaptación 214 puede estar acoplado a la caja de protección 211 por cualquier medio adecuado incluyendo, sin limitación, ajuste de interferencia, enlace químico, fricción, o combinaciones de los mismos. En esta modalidad, la capa de adaptación 214 se conecta directamente a la superficie cilindrica interior del contrataladro 213 de la caja de protección 211 por un enlace epoxi .

La capa de adaptación (por ejemplo, la capa de adaptación 214 ) puede comprender cualquier material adecuado (s) , incluyendo, sin limitación, plástico, metal, vidrio, cerámica, epoxi, lleno de polvo epoxi, caucho, goma lleno de polvo, o combinaciones de los mismos. En esta modalidad, la capa de adaptación 214 es una resina epoxi que se vierte en contrataladro 213 en un estado líquido capaz de fluir y después se dejó solidificar y curar. Independientemente de su material, la capa de adaptación (por ejemplo, la capa de adaptación 214 ) proporciona un acoplamiento acústico entre el elemento piezoeléctrico (por ejemplo, el elemento piezoeléctrico 212 ) y el fluido que fluye a través del medidor (por ejemplo, el fluido que fluye en el taladro 130 de medidor de flujo 100 ) . De acuerdo con ciertas modalidades descritas en la presente, la capa de adaptación acústica tiene una impedancia acústica entre el del elemento piezoeléctrico y el líquido dentro del metro. Con la impedancia acústica de la capa de adaptación entre la del elemento piezoeléctrico y el fluido en el metro, la calidad de la señal ultrasónica se mejora (por ejemplo, mayor amplitud y más rápido tiempo de subida) . La impedancia acústica de la capa de adaptación depende, al menos en parte, de su grosor axial, y por lo tanto, el control del grosor axial de la capa de adaptación es crítico para la calidad de la señal ultrasónica. Por ejemplo, como se muestra mejor en la Figura 3, la capa de adaptación 214 tiene un grosor axial L214 medida axialmente (con relación al eje 205) entre el fluido en el orificio 130 y el elemento piezoeléctrico 212. Grosor axial L214 se calcula preferentemente y controlados para optimizar la calidad de la señal ultrasónica. En particular, el grosor axial L214 de la capa de adaptación 214 es, preferiblemente, cualquier incremento de ¾ de la longitud de onda acústica producida por el elemento piezoeléctrico 212.

Haciendo ahora referencia a las Figuras 4-7, como se ha descrito previamente, elemento piezoeléctrico 212 está dispuesto coaxialmente en contrataladro 213 proximales primer extremo 211a y agujero 130. Además, una pluralidad de separadores espaciados circunferencialmente 230 están dispuestos en el contrataladro 213 sobre el elemento piezoeléctrico 212. En particular, cada espaciador 230 está posicionado radialmente (con respecto a los ejes 205, 215) dentro de contrataladro 213 entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211. Además, en esta modalidad, cada espaciador 230 es sustancialmente idéntico. A saber, en esta modalidad, cada espaciador 230 es un elemento alargado de pared delgada tubular que tiene un eje central 231, los extremos 230a, b, y un orificio pasante central 232 que se extiende axialmente (con relación al eje 231) entre los extremos 230a, b. Como se muestra mejor en las figuras 4 y 7, cada separador 230 tiene una longitud axial L23o medida axialmente (con relación al eje 231) entre los extremos 230a, b, un diámetro interior Di( hacer un diámetro externo, y un grosor radial 230 igual a la mitad de la diferencia entre el diámetro exterior DQ y el diámetro interior Di. El grosor 23o es significativamente menor que el diámetro interior Di y un diámetro exterior D0, y por lo tanto, los espaciadores 230 generalmente puede describirse como "pared delgada." Aunque los espaciadores 230 son generalmente cilindrico tubular en esta modalidad, en general, uno o más de los espaciadores (por ejemplo, los espaciadores 230) pueden tener cualquier geometría adecuada, incluyendo, sin limitación, rectangular, trapezoidal, triangular, etc. Como se muestra mejor en las figuras 4 y 7, los espaciadores 230 están orientados axialmente (es decir, paralelo al eje central 215) y situado en general paralelas entre sí.

Como se muestra mejor en la Figura 5, elemento piezoeléctrico 212 tiene una longitud axial L2i2 (medida paralelamente al eje 215), y contrataladro 213 tiene una longitud axial L2i3 (medida paralelamente al eje 215) que es mayor que la longitud L212. La longitud axial L23o de cada espaciador 230 es preferiblemente al menos la mitad de la L2i2 longitud axial del elemento piezoeléctrico 212 con el fin de reducir y/o evitar que el cristal de rotación o de giro alrededor de uno o más separadores 230 durante el montaje. En esta modalidad, la longitud axial L230 de cada espaciador 230 es aproximadamente la mitad del L212 longitud axial del elemento piezoeléctrico 212. Además, como se muestra mejor en la figura 7, el elemento piezoeléctrico 212 tiene un radio exterior sustancialmente uniforme R2i2 Y la caja de protección 211 tiene un radio interior sustancialmente uniforme dentro R2i3 contrataladro 213 que es mayor que el radio R2i2. No diámetro exterior de cada espaciador 230 es sustancialmente el. Mismo o ligeramente mayor que la diferencia entre el radio R2i3 y el radio R2i2. Por lo tanto, los separadores 230 están dimensionados para formar un ajuste de interferencia entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211. En modalidades en las que hacer diámetro exterior de cada espaciador 230 es ligeramente mayor que la diferencia entre el radio R2i3 y radio R212, los espaciadores 230 pueden ser aplastados o radialmente comprimido entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211, y/o elemento piezoeléctrico 212 puede ser exprimido o radialmente comprimida entre los espaciadores 230. En tales modalidades, los espaciadores 230 pueden comprender material elástico (s) que funcionan de manera similar a los resortes comprimidos para generar fuerzas radiales que el sesgo de elemento piezoeléctrico 212 en la posición preferida radial dentro de contrataladro 213.

Haciendo referencia a las Figuras 4-7, durante la fabricación de la cápsula piezoeléctrica 210, y antes de la incorporación de la capa de adaptación 214, espaciadores 230 mantienen la posición axial y radial del elemento piezoeléctrico 212 dentro de contrataladro 213 (con respecto al eje 215) . En particular, para cápsula conjunto piezoeléctrico 210, elemento piezoeléctrico 212 se inserta axialmente en contrataladro 213. Como se describió anteriormente, la longitud L212 de elemento piezoeléctrico 212 es menor que la longitud L213 de contrataladro 213, y radio exterior R2i2 del elemento piezoeléctrico 212 es menor que el radio interior R2i3 de la caja de protección 211 dentro de contrataladro 213. Por lo tanto, antes de la inserción de los espaciadores 230 y la aplicación de la capa de adaptación 214, el elemento piezoeléctrico 212 es libre de moverse radialmente y axialmente (con relación al eje 215) dentro de contrataladro 213 con relación a la caja de protección 211.

A continuación, los espaciadores 230 se insertan axialmente en contrataladro 213 entre el elemento piezoeléctrico 212 y de la caja de protección 211. Para alcanzar y mantener la disposición coaxial del elemento piezoeléctrico 212 dentro del contrataladro 213, preferiblemente al menos tres separadores 230 están dispuestos radialmente entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211, con cada par de separadores adyacentes circunferencialmente espaciadas angularmente 230 y menos de 180° alrededor del eje 215. Con el fin de someter el elemento piezoeléctrico 212 a fuerzas radiales equilibradas, los espaciadores (por ejemplo, los espaciadores 230) están preferiblemente uniformemente espaciados circunferencialmente sobre el elemento piezoeléctrico (por ejemplo, el elemento piezoeléctrico 212). En esta modalidad, tres separadores 230 uniformemente separados angularmente alrededor de 120° de separación se proporcionan. Sin embargo, en otras modalidades más de tres espaciadores (por ejemplo, los espaciadores 230) pueden ser empleados, y además, la separación angular de los espaciadores puede ser variada. Por ejemplo, en una modalidad, cuatro espaciadores uniformemente separados angularmente alrededor de 90° de separación pueden estar dispuestos entre el elemento piezoeléctrico (por ejemplo, el elemento piezoeléctrico 212) y la caja de protección (por ejemplo, la caja de protección 211).

Haciendo referencia todavía a las figuras 4-7, como se discutió previamente, los espaciadores 230 están dimensionados para formar un ajuste de interferencia entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211. Debido al tamaño y la configuración de los espaciadores 230, contrataladro 230, y elemento piezoeléctrico 212, la superficie radialmente exterior de cada espaciador 230 se acopla con la superficie radialmente exterior del elemento piezoeléctrico 212 y la superficie radialmente interna de la caja 211 dentro del contrataladro 213. Así, durante la inserción axial de los separadores 230 entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211, los espaciadores 230 deslizantes acoplan elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211. La fricción estática resultante de la acoplación de los espaciadores 230 y 211 de cubierta, y los separadores 230 y elemento piezoeléctrico 212, restringen el movimiento axial de los espaciadores elemento piezoeléctrico 230 y 212 con relación a la caja de protección 211 y contrataladro 213. Además, el acoplamiento radial de los espaciadores 230 con el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211 restringen el movimiento radial (con respecto al eje 215) del elemento piezoeléctrico 212 dentro del contrataladro 213 con relación al caja de protección 211. Después de la inserción y separación circunferencial de los espaciadores 230, el elemento piezoeléctrico 212 puede ser empujado axialmente (con relación al eje 215) para ajustar la posición axial del elemento piezoeléctrico 212 dentro de contrataladro 213; elemento piezoeléctrico 212 comenzará a moverse axialmente dentro de contrataladro 213 (en relación con eje 215) una vez que la fuerza axial aplicada es suficiente para superar la fricción estática en la interfaz del elemento piezoeléctrico 212 y los separadores 230.

Una vez que la posición axial deseada del elemento piezoeléctrico 212 dentro de contrataladro 213 se consigue, la capa de adaptación 213 se emplea para llenar el resto del contrataladro 213 y encerrar el elemento piezoeléctrico 212. Como se describió anteriormente, en esta modalidad, la capa de adaptación 214 es un epoxi . Para llenar el contrataladro 213 con epoxi capa de adaptación 214, caja de protección 211 está orientada verticalmente con extremo, por encima 211a 211b finales, y luego la capa de adaptación 214 se vierte en el contrataladro 213 a través de terminales 211a en forma líquida. La capa de ajuste epoxi líquida 214 es libre para fluir a través de los huecos dispuestos radialmente entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211 y dispuestos circunferencialmente entre los espaciadores 230, y a través de orificios pasantes 232 de los espaciadores 230, de tal modo llenando completamente el resto del contrataladro 213. Una vez que el contrataladro 213 está completamente lleno, la capa de ajuste epoxi líquida 214 se deja endurecer y curar. Tras el proceso de curado, el extremo de la capa de ajuste epoxi endurecida 214 proximal del extremo de protección 211a puede ser mecanizada plana para lograr la longitud axial deseada de la capa de adaptación 214. Durante el llenado del contrataladro 213 con capa de ajuste epoxi líquida 214 y el curado de la capa de ajuste epoxi líquido 214, los espaciadores 230 (y de ajuste de interferencia asociado entre el elemento piezoeléctrico 212 y la caja de protección 211) mantienen la posición radial y axial del elemento piezoeléctrico 212 dentro de contrataladro 213.

En general, los espaciadores (por ejemplo, los espaciadores 230) pueden comprender cualquier material (es) adecuado, incluyendo, sin limitación, metales (por ejemplo, aluminio), aleaciones metálicas (por ejemplo, acero), no metales (por ejemplo, plástico, compuesto, caucho, etc.), o combinaciones de los mismos. Los espaciadores comprenden un material rígido, elástico relativamente que puede ser ligeramente apretado o comprimido manteniendo al mismo tiempo su integridad, como acero inoxidable (por ejemplo, 316SS) .

Haciendo ahora referencia a las Figuras 3-6 y 8, un acoplamiento eléctrico 235 está dispuesto coaxialmente en cada orificio pasante 236. Cada acoplamiento eléctrico 235 tiene extremos 235 a, b conectado a la cápsula 210 y el transformador piezoeléctrico cápsula 250, respectivamente. Los acoplamientos 235 acoplan eléctricamente el piezoeléctrico cápsula 210 y la cápsula de transformador 250, y permiten la comunicación de los datos relativos al fluido que fluye en el taladro 130 de la cápsula piezoeléctrica 210 a cápsula de transformador 250. En esta modalidad, los extremos 235a, b de los acoplamientos 235 son cada uno de los conectores macho que se aparean y se acoplan con el conectores de enchufe hembra correspondiente 216 en la cápsula piezoeléctrica 210 y dos enchufes hembra en cápsula del transformador 250, respectivamente.

Una junta anular 242 está prevista entre cada acoplamiento 235 y la caja de protección 211, lo que restringe y/o previene el flujo axial de los fluidos (con respecto al eje 205) entre los acoplamientos 235 y 211 de la caja de protección. Los sellos 242 formados entre los acoplamientos 235 y 211 son preferiblemente caja de protección suficiente para soportar las presiones de fluido previstos en el taladro 130, que son típicamente mayor que la ambiente. En esta modalidad, cada sello 242 es un sello de vidrio.

Haciendo ahora referencia a las Figuras 3-5, la superficie radialmente exterior de la caja de protección 211 (con respecto al eje 205) incluye un reborde anular 237 proximal extremo segundo 210b, roscas externas 238 posicionadas entre el hombro 237 y el extremo interno 210a, y un rebaje anular o ranura 239 situada axialmente (con relación al eje 205) entre las roscas externas 238 y 210a de extremo interno. Una junta anular 241 está dispuesta en la ranura 239. Juntas, la ranura 239 y la junta 241 dispuestas en el mismo definen un conjunto de sello 240 posicionado radialmente (con respecto al eje 205) entre la cápsula piezoeléctrica 210 y la pieza de bobina 105. El conjunto de sello 240 forma un sello anular entre cápsula piezoeléctrica 210 y pieza de bobina 105, restringiendo de este modo y/o previniendo el flujo de fluido (por ejemplo, el fluido que fluye en el taladro 430) entre la cápsula piezoeléctrica pieza 210 y la bobina 105. En esta modalidad, la junta anular 241 es una junta tórica elastomérica sello que se comprime radialmente entre pieza de bobina 105 y la cápsula piezoeléctrica 210 en el montaje.

El conjunto de sello 240 restringe y/o impide el flujo de fluido (por ejemplo, el fluido que fluye en el taladro 130) entre la cápsula piezoeléctrica pieza 210 y la bobina 105, y juntas anulares 242 restringen y/o impiden el flujo axial de los fluidos (con relación a eje 205) entre cada acoplamiento 235 y 211 de la caja de protección. El conjunto de sello 240 y los sellos 242 trabajan juntos para limitar y/o evitar los riesgos potenciales, contaminando, o fluidos corrosivos en el taladro 130 se escape orificio 130 a través del puerto 165. El conjunto de sello 240 y los sellos 242 también funcionan para mantener la presión diferencial entre las condiciones ambientales externas pieza de bobina 105 y el fluido presurizado que fluye en el taladro 130. Así, aunque la cápsula piezoeléctrica 210 está expuesta al fluido y presiones dentro del orificio 130, transformador de cápsula 250, el puerto de cubierta del conjunto 300, y el cable 125 están aislados de los fluidos (así como la presión) dentro del orificio 130.

La cápsula piezoeléctrica 210 está acoplada a manera de roscado a la pieza de bobina 105 mediante las roscas de fundición 169, 238, y el hombro anular 237 de la caja de protección 211 acopla el hombro anular 237 de la caja de protección 211 acopla el hombro anular 167 del puerto 165. Durante el montaje, la cápsula piezoeléctrica 210 está roscada y avanzada axialmente en el puerto 165 hasta los hombros 167, 237 se acopla, evitando de este modo el continuo avance axial de la cápsula piezoeléctrica 210 (y el ensamble de transductor 200) en el puerto 165. Por lo tanto, el hombro 167 en el puerto 165 define la posición axial de la cápsula piezoeléctrica 210 (y el ensamble de transductor 200) dentro del puerto 165.

Haciendo ahora referencia a las Figuras 3 y 9, cápsula del transformador 250 tiene un extremo radialmente interior 250a (con respecto al eje 205) o primero, un 250b extremo radialmente exterior (con respecto al eje 205) o segundo, e incluye un cuerpo o caja de protección 251, una placa de circuito 255, bloque de terminales 258 se ha descrito previamente acoplado a la placa de circuito 255, un transformador 252, y un par de enchufes hembra o receptáculos 253. Caja de protección 251 se extiende axialmente (con relación al eje 205) entre los extremos 250a, b, y por lo tanto, también se puede describir como que tiene extremos primero y segundo 251a, b coincidentes con los extremos 250a, b, respectivamente. Caja de protección 251 incluye una cámara interior 259 definida por un taladro pasante 254 que se extiende axialmente (con relación al eje 205) entre los extremos 251a, b y dos circunferencialmente espaciados (con respecto al eje 205) se extiende radialmente hacia fuera de las espigas 257 próximos del extremo 251b, que permiten el acoplamiento de la ensamble de cubierta de puerto 300 para la cápsula de transformador 250.

Como se muestra mejor en la Figura 9, los enchufes o receptáculos 253, la placa de circuito 255, y el transformador 252 están dispuestos en orificio pasante 254.

El bloque de terminales 258 está dispuesto próximo al extremo segundo 250b de la cápsula de transformador 250 y está acoplado al caja de protección 251 próximas del extremo segundo 251b. En particular, el bloque de terminales 258 está montado y se extiende axialmente (con relación al eje 205) de la placa de circuito 255. La placa de circuito 255, el transformador 252, y los enchufes de enchufe 252 están acoplados eléctricamente a través de dos cables conductores (no mostrados) . En esta modalidad, cada caja de enchufe 253 es un conector hembra.

La placa de circuito 255, el transformador 252, y conectores de enchufe hembra 253 están rígidamente mantenidos en su lugar con relación al caja de protección 251 dentro del taladro pasante 254 por un material de relleno 256 que llena el resto del orificio pasante 254. En general, el material de relleno (por ejemplo, material de relleno 256) puede incluir cualquier material adecuado tal como, pero no limitado a, polvo de plástico, epoxi y vidrio. El material de relleno es preferiblemente un no conductor que llena todos los espacios abiertos y bolsas de aire dentro del orificio pasante (por ejemplo, taladro pasante 254) , y asegura o enlaza el conjunto en su lugar. En esta modalidad, relleno 256 es un epoxi rígido similar a la capa de adaptación 214.

Como se muestra mejor en la Figura 3, los acoplamientos eléctricos 235 están dispuestos en orificios pasantes 236 de la caja de protección 211 y se extienden entre la cápsula piezoeléctrica 210 y la cápsula de transformador 250. Los extremos 235a, b de cada 235 acoplamientos coaxiales acoplan y se acoplan con enchufes hembra 216, 253, respectivamente, de esta manera se acoplan eléctricamente la cápsula piezoeléctrica 210 y la cápsula de transformador 250. En particular, los extremos 250a de la primera cápsula del transformador 250, con cable 125 y el puerto de cubierta del conjunto 900 acoplado al mismo, se inserta en contrataladro 217 de la cápsula 210 piezoeléctrico para asumir la cápsula del transformador 250 contra la cápsula piezoeléctrica 210 con los extremos 235b de conectores macho 235 recibidos dentro conectores de enchufe hembra 253. Así, la cápsula piezoeléctrica 210 y la cápsula del transformador 250 están separadas axialmente (con relación al eje 205) por acoplamientos eléctricos 235.

Haciendo referencia todavía a la Figura 3 , el puerto de cubierta del conjunto 300 permite el acoplamiento de cable 125 al bloque de terminales 258 de tal manera que hay una tensión insignificante a este acoplamiento y permite que el cable 125 se cubra fácilmente, por ejemplo, por la cubierta 120. Además, el puerto de cubierta del conjunto 900 también previene y/o restringe la entrada de fluido, tal como agua de lluvia, nieve derretida, o atmosférica condensada, a través de extremo de puerto 165b del transductor 165. Por lo tanto, el puerto de cubierta del conjunto 300 forma un cierre hermético a través 165b de extremo de transductor puerto 165. El ensamble de cubierta de puerto 300 incluye un miembro tubular 309, un sellado de cubierta de la tapa 304, y un resorte 306 dispuesto axialmente entre ellas.

Haciendo referencia todavía a la figura 3, el orden en el que los diversos componentes del ensamble de transductor 300 y conjunto de orificio de la cubierta 300 se montan pueden variarse. Sin embargo, el ensamble de transductor 200 y el conjunto de orificio de la cubierta 300 están preferiblemente montados antes de la inserción en el puerto 165, y además, un primer subconjunto incluyendo la cápsula de transformador 250 y conjunto de orificio de cubierta 300 está preferiblemente montado antes del acoplamiento de la cápsula del transformador 250 a la cápsula piezoeléctrica 210.

Aunque las modalidades preferidas han sido mostradas y descritas, las modificaciones de la misma se pueden hacer por un técnico en la materia sin apartarse del alcance o las enseñanzas de la presente memoria. Las modalidades descritas en este documento son solamente ejemplares y no son limitantes. Muchas variaciones y modificaciones de los sistemas, aparatos, y los procesos descritos en la presente memoria son posibles y están dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, las dimensiones relativas de las diversas partes, los materiales de los que las diversas partes están hechas, y otros parámetros se pueden variar. En consecuencia, el alcance de la protección no se limita a las modalidades descritas en la presente memoria, pero sólo está limitado por las reivindicaciones que siguen, el alcance de lo que incluirá todos los equivalentes de la materia objeto de las reivindicaciones .

Claims (30)

REIVINDICACIONES

1. Un ensamble de transductor comprende: una cápsula piezoeléctrica incluyendo: una caja de protección que tiene un eje central, un primer extremo, un extremo segundo opuesto al primer extremo, y una primera cámara interna que se extiende axialmente desde el primer extremo; un elemento piezoeléctrico coaxialmente dispuesto en la primera cámara interior; y una pluralidad de espaciadores dispuestos en la primera cámara interior entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección, en el que cada separador se coloca radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección.

2. (Cancelada)

3. (Cancelada)

4. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada espaciador es alargado y tiene un eje central generalmente paralelo al eje central de la caja de protección.

5. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada espaciador se acopla a la caja de protección y el elemento piezoeléctrico.

6. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque cada espaciador está dispuesto radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección por un ajuste de interferencia.

7. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 5, en el que cada separador se comprime radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección.

8. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 7, en el que cada espaciador es un tubular cilindrico, y tiene un eje central, un diámetro externo, y una longitud axial medido en paralelo al eje central del separador.

9. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 8, en el que el elemento piezoeléctrico tiene una longitud axial medido en paralelo al eje central de la caja de protección, y en el que la longitud axial de cada espaciador es menor que la longitud axial del elemento piezoeléctrico.

10. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además una capa de adaptación dispuesta en la primera cámara interior, en el que la capa de adaptación rodea los espaciadores y el elemento piezoeléctrico.

11. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la pluralidad de separadores comprende al menos tres espaciadores que están uniformemente espaciadas circunferencialmente sobre el elemento piezoeléctrico .

12. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 11, que comprende además una cápsula acoplada por transformador a la cápsula piezoeléctrica, en el que la cápsula del transformador incluye: una caja de protección del transformador que tiene un eje central, un primer extremo, un extremo segundo, y una cámara interior, y un transformador dispuesto en la cámara interior de la caja de protección del transformador, en el que el transformador está acoplado eléctricamente al elemento piezoeléctrico .

13. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 12, donde el extremo segundo de la cápsula piezoeléctrica incluye una segunda cámara interior que recibe al menos parcialmente, el primer extremo de la cápsula del transformador.

14. Un medidor de flujo ultrasónico para medir el flujo de un fluido a través de una tubería, que comprende : una pieza de bobina que incluye un taladro pasante y un puerto de transductor que se extiende desde la superficie externa de la pieza de bobina para el orificio pasante; un ensamble de transductor dispuesto en el puerto del transductor, en el que el ensamble de transductor tiene un eje central y comprende: una cápsula piezoeléctrica incluyendo: una caja de protección que tiene un primer extremo, un extremo segundo, y una cámara interior del primer extremo proximal; un elemento piezoeléctrico dispuesto en la cámara interior; y una pluralidad de espaciadores dispuestos dentro de la cámara interior entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección,- una cápsula de transformador que incluye un transformador, en el que la cápsula del transformador está acoplado a la cápsula piezoeléctrica.

15. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 14, que comprende además una capa de adaptación dispuesta en la cámara interior entre el elemento piezoeléctrico y el primer extremo de la caja de protección.

16. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque cada espaciador está dispuesto radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección, y en el que cada espaciador se acopla a la caja de protección y el elemento piezoeléctrico.

17. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque cada separador se comprime radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección.

18. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la capa de adaptación está dispuesto radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección, y circunferencialmente dispuestas entre cada par de separadores adyacentes circunferencialmente .

19. El medidor de flujo ultrasónico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la pluralidad de separadores comprende al menos tres espaciadores que están uniformemente espaciadas circunferencialmente sobre el elemento piezoeléctrico.

20. Un método de fabricación de un medidor de flujo ultrasónico que comprende: (A) proporcionar una caja de protección piezoeléctrica que tiene un eje central, un primer extremo, un extremo segundo opuesto al primer extremo, y un contrataladro primero se extiende axialmente desde el primer extremo; (B) insertar un elemento piezoeléctrico en el contrataladro primero; (C) insertar una pluralidad de espaciadores en el contrataladro primero; (D) la colocación de cada uno de los espaciadores radialmente entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección; (E) llenar el contrataladro primero con una capa de adaptación después de (d) .

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, que comprende además colocar coaxialmente el elemento piezoeléctrico dentro del contrataladro primero, y el mantenimiento de la posición coaxial del elemento piezoeléctrico en el contrataladro primero antes de (e) con los espaciadores.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, que comprende además acoplarse a la superficie externa del elemento piezoeléctrico y la superficie interior de la caja de protección dentro del contrataladro primero con cada espaciador.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque (d) comprende además el mantenimiento de la posición de cada separador entre el elemento piezoeléctrico y la caja de protección con un ajuste de interferencia.

24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque (d) comprende además el espaciado circunferencial de los espaciadores sobre el elemento piezoeléctrico .

25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la pluralidad de espaciadores incluye al menos tres espaciadores que están circunferencialmente separados por menos de 180° de separación sobre el elemento piezoeléctrico.

26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la pluralidad de espaciadores están uniformemente espaciadas circunferencialmente sobre el elemento piezoeléctrico.

27. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque (d) comprende además la colocación del elemento piezoeléctrico a una distancia axial predeterminada desde el primer extremo de la caja de protección.

28. El método de conformidad con la reivindicación 20, en el que la capa de adaptación es un epoxi , y en el que comprende (e) : verter el epoxi en el contrataladro primero en forma líquida; y permitiendo que el epoxi se endurezca y cure.

29. El método de conformidad con la reivindicación 28, que comprende además el mecanizado de una porción de la epoxi proximal del primer extremo de la caja de protección a una superficie sustancialmente plana después (e) .

30. El método de conformidad con la reivindicación 20, que comprende además el acoplamiento de un transformador de cápsula de la caja piezoeléctrica de protección, en el que la cápsula del transformador incluye una caja de protección del transformador y un transformador dispuesto dentro de la caja de protección del transformador .