MX2013000216A - Metodo y sistema de un ensamble transductor de medicion de flujo ultrasonico. - Google Patents

Abstract

Ensamble transductor de medición de flujo ultrasónico. Al menos una de la modalidad ilustrativa son los sistemas que incluyen: una pieza de bobina que define una superficie externa, un paso central, y un puerto de transductor que se extiende de la superficie externa al paso central y un ensamble de transductor acoplado al puerto de transductor. El ensamble de transductor incluye: un elemento de transición acoplado a la pieza de bobina, el elemento de transición que tiene un primer extremo colocado dentro del puerto de transductor, y un segundo extremo que reside fuera de la superficie exterior; un módulo piezoeléctrico con un elemento piezoeléctrico, el módulo piezoeléctrico directamente acoplado al primer extremo del elemento de transición y el módulo piezoeléctrico colocado dentro de la superficie externa; un módulo transformador con un transformador colocado en el mismo, el módulo de transformador acoplado directamente al segundo extremo del elemento de transición y el módulo de transformador colocado fuera de la superficie externa y un conductor eléctrico colocado dentro del paso a través del elemento de transición, el conductor eléctrico acopla el transformador al elemento piezoeléctrico.

Description

MÉTODO Y SISTEMA DE UN ENSAMBLE TRANSDUCTOR DE MEDICIÓN DE FLUJO ULTRASÓNICO Antecedentes Después que los hidrocarburos se han retirado de la tierra, la corriente de fluido (por ejemplo, aceite crudo, gas natural) es transportada de lugar a lugar a través de tuberías. Es deseable conocer con precisión la cantidad de fluido que fluye a una tubería, y la precisión se exige en particular cuando el fluido cambia de manos, o "transferencia de custodia." Los medidores ultrasónicos de flujo pueden ser usados para medir la cantidad de fluido que fluye en una tubería, y los medidores de flujo ultrasónicos tienen la precisión suficiente para ser utilizados en la transferencia de custodia. El valor del gas "cambio de manos" en el punto de transferencia de custodia en un ducto de gas natural de alto volumen puede ascender a un millón de dólares o más en un solo día. Por esta razón, los fabricantes intentan hacer medidores ultrasónicos que no sólo son muy precisos, pero también fiable en el sentido de que el tiempo medio entre fallos es grande.

Por lo tanto, cualquier avance que aumenta la flabilidad de los medidores ultrasónicos, y/o que disminuye el tiempo para solucionar problemas y reparar tiempo después de que un medidor ultrasónico ha fallado, proporcionaría una ventaja competitiva en el mercado.

Breve descripción de los dibujos Para una descripción detallada de las modalidades ejemplares, se hará ahora referencia a los dibujos adjuntos en los que: La Figura 1 muestra un medidor ultrasónico de acuerdo con al menos algunas modalidades; La figura 2 muestra una vista superior en sección transversal de un medidor de flujo ultrasónico de acuerdo con al menos algunas modalidades, con la figura 2, tomada sustancialmente a lo largo de 2-2 de la Figura 1; La figura 3 muestra una vista de elevación de extremo de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 4 muestra una vista superior parcial de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 5 muestra una vista en perspectiva de una pieza de bobina de acuerdo con al menos algunas modalidades ; La figura 6 muestra una vista de elevación en sección transversal de un conjunto de transductor de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 7 muestra una vista de elevación en sección transversal de un módulo piezoeléctrico de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 8 muestra una vista de elevación en sección transversal de un miembro de acoplamiento de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 9 muestra una vista de elevación en sección transversal despiezada de un miembro de retención transductor y el módulo transductor de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 10 muestra una vista despiezada de un conjunto de transductor, junto con un cableado, de acuerdo con al menos algunas modalidades; La Figura 11 muestra una vista superior en sección transversal de un conjunto de transductor en un puerto transductor de acuerdo con al menos algunas modalidades; y La Figura 12 muestra un método de acuerdo con al menos algunas modalidades.

Notación y Nomenclatura Ciertos términos se utilizan a lo largo de la siguiente descripción y reivindicaciones para referirse a componentes particulares del sistema. Como un técnico en la materia apreciará, las compañías de fabricación de medición ultrasónica pueden referirse a un componente con diferentes nombres. Este documento no tiene la intención de distinguir entre los componentes que difieren en nombre tampoco la función.

En la siguiente discusión y en las reivindicaciones, los términos "incluyendo" y "que comprende" se utilizan de una manera abierta, y por lo tanto debe ser interpretado en el sentido de "que incluye, pero no se limitan a...." Además, el término "pareja" o "parejas" están destinados a significar ya sea una conexión indirecta o directa. Por lo tanto, si una pareja primera acopla un segundo dispositivo, que la conexión puede ser a través de una conexión directa o a través de una conexión indirecta a través de otros dispositivos y conexiones .

Descripción detallada La siguiente discusión se refiere a varias modalidades de la invención. Aunque una o más de estas modalidades pueden ser preferidas, 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.

La Figura 1 muestra un medidor ultrasónico 100, de acuerdo con al menos algunas modalidades. En particular, el medidor ultrasónico comprende un cuerpo de medidor o pieza de bobina 102 que define un paso central 104. La pieza de bobina 102 está diseñada y construida para ser acoplada a una tubería que transporta fluidos tales que los fluidos que fluyen en la tubería igualmente viajar a través del paso central 104. Mientras que los fluidos viajan a través del paso central 104, el medidor ultrasónico 100 mide el nivel de flujo (por lo tanto, el fluido puede ser denominado como el fluido medido) . La pieza de bobina ilustrativa 102 en la figura 1 está configurado para acoplarse a la tubería (no mostrada) por medio de bridas 106, sin embargo, cualquier sistema apropiado para acoplar la pieza de bobina 102 a la tubería puede ser usado de manera equivalente (por ejemplo, conexiones de soldadura) .

Con el fin de medir el flujo de fluido dentro del medidor, el medidor ultrasónico 100 usa una pluralidad de conjuntos transductores. En la vista de la figura 1 cinco ensambles de transductores 108, 110, 112, 116 y 120 están en vista total o parcial. Los conjuntos transductores están emparejados (por ejemplo, conjuntos transductores 108 y 110), como se discutirá más adelante. Además, cada pareja de montaje del transductor controla eléctricamente los componentes electrónicos, de forma ilustrativa alojados en la caja de protección 124. Más en particular, cada conjunto de transductores eléctricos acopla la electrónica de control en la caja de protección 124 por medio de un cable respectivo 126.

La figura 2 muestra una sección transversal de una vista de arriba del medidor de flujo ultrasónico 100 tomadas sustancialmente a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1. La pieza de bobina 102 tiene un tamaño predeterminado y define el paso central 104 a través del cual fluye el fluido medido. Un par de conjuntos de transductores ilustrativa 112 y 114 está situado a lo largo de la longitud de la pieza de bobina 102. Los transductores 112 y 114 son transceptores acústicos, y más particularmente transceptores ultrasónicos, lo que significa que tanto genera y reciben señales acústicas con frecuencias superiores a aproximadamente 20 kilohertzios . Las señales acústicas pueden ser generadas y recibidas por un elemento piezoeléctrico en cada transductor. Para generar una señal ultrasónica, 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 viaja a través del fluido medido para el conjunto de transductor correspondiente del par. Igualmente, al ser golpeado por una señal acústica, el elemento receptor piezoeléctrico vibra y genera una señal sinusoidal eléctrica que se detecta, digitaliza y analiza por la electrónica asociada con el medidor .

Una ruta 200, a veces referida como un "acorde", existe entre conjuntos transductores ilustrativos 112 y 114 en un ángulo T a una linea central 202. La longitud de cuerda 200 es la distancia entre la cara de montaje de transductor 112 y la cara de montaje de transductor 114. Los puntos 204 y 206 definen las ubicaciones donde las señales acústicas generadas por conjuntos transductores 112 y 114 entran y salen del fluido que fluye a través de la pieza de bobina 102 (es decir, la entrada a la pieza de bobina taladro) . La posición de conjuntos transductores 112 y 114 pueden ser definidos por el ángulo T, por una primera longitud L medida entre las caras de los conjuntos transductores 112 y 114, una segunda longitud de X correspondiente a la distancia axial entre los puntos 204 y 206, y un La longitud de tercera "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 medición. Un fluido medido, tal como gas natural, fluye en una dirección 208 con un perfil de velocidad 210. Vectores de velocidad 212, 214, 216 y 218 ilustran que la velocidad del gas a través de la pieza de bobina 102 se incrementa hacia la línea central 202 de la pieza de bobina 102.

En un principio, el conjunto de transductor de corriente abajo 112 genera una señal ultrasónica que es incidente sobre, y así detectada por, conjunto de transductor de corriente arriba 114. Algún tiempo después, el conjunto de transductor de aguas arriba 114 genera una señal ultrasónica de retorno que es posteriormente incide sobre, y se detecta por el conjunto de transductor de corriente abajo 112. Así, los conjuntos transductores juegan "lanzar y atrapar" con las señales ultrasónicas 220 a lo largo de camino cordal 200. Durante el funcionamiento, esta secuencia se puede producir miles de veces por minuto.

El tiempo de tránsito de una señal ultrasónica 220 entre conjuntos transductores ilustrativos 112 y 114 dependen en parte de si la señal ultrasónica 220 se desplaza aguas arriba o aguas abajo con respecto al flujo de fluido. El tiempo de tránsito para una señal ultrasónica que circula aguas abajo (es decir, en la misma dirección que el flujo de fluido) es menor que su tiempo de tránsito en el transporte de aguas arriba (es decir, contra el flujo de fluido) . Los tiempos de tránsito de aguas arriba y aguas abajo se pueden usar para calcular la velocidad media a lo largo de la trayectoria de la señal, y la velocidad del sonido en el fluido medido. Teniendo en cuenta las mediciones de la sección transversal del medidor que lleva el fluido, la velocidad media en la zona del paso central puede ser usada para encontrar el volumen de fluido que fluye a través de la pieza de bobina 102 .

Los medidores de flujo ultrasónicos pueden tener uno o más acordes. La Figura 3 ilustra una vista de elevación de extremo de medidor de flujo ultrasónico 100 . En particular, los medidores ilustrativos de flujo ultrasónico 100 comprenden cuatro trayectorias cordales A, B, C y D en diferentes niveles dentro de la pieza de bobina 102 . Cada camino de cuerda A-D corresponde a un par de transductores comportando alternativamente como un transmisor y un receptor. Los conjuntos transductores 108 y 110 (sólo parcialmente visibles) forman camino de cuerda A. Los conjuntos transductores 112 y 114 (sólo parcialmente visibles) forman camino de cuerda B. Los conjuntos transductores 116 y 118 (sólo parcialmente visibles) forman un camino de cuerda C. Finalmente, los conjuntos de transductor 120 y 122 (sólo parcialmente visible) forman camino de cuerda D.

Un aspecto adicional de la disposición de los cuatro pares de transductores se muestra con respecto a la Figura 4., que muestra una vista superior. Cada par de transductores corresponde a un solo camino de cuerdas tendinosas de la Figura 3, sin embargo, los conjuntos transductores están montados en un ángulo no perpendicular a la línea central 202. Por ejemplo, un primer par de conjuntos transductores 108 y 110 está montado en un ángulo no perpendicular T a la línea central 202 de pieza de bobina 102. Otro par de conjuntos transductores 112 y 114 está montado de manera que la trayectoria de cuerdas sueltamente forma la forma de una "X" con respecto a la trayectoria de cuerdas de conjuntos transductores 108 y 110. Del mismo modo, los conjuntos transductores 116 y 118 se colocan paralelos a conjuntos transductores 108 y 110, pero a un diferente "nivel" o elevación. No se muestra explícitamente en la Figura 4 es el cuarto par de conjuntos transductores (es decir, conjuntos transductores 120 y 122) . Teniendo en cuenta las figuras 2, 3 y 4, los pares de transductores están dispuestos de tal manera que la parte superior de dos pares de transductores correspondientes a los acordes de A y B forman la forma de una "X", y los pares inferiores dos de los transductores correspondientes a los acordes de C y D también forman la forma de una "X". La velocidad de flujo del fluido puede ser determinado en cada acorde AD a obtener velocidades de flujo de acordes, y las velocidades de flujo de acordes se combinan para determinar una velocidad de flujo promedio en todo el conducto. De la velocidad de flujo promedio, la cantidad de fluido que fluye en la bobina, y por lo tanto la tubería, se puede determinar.

La Figura 5 muestra una vista en perspectiva de la pieza de bobina 102 con los conjuntos transductores eliminados. En particular, la pieza de bobina 102 define una pluralidad de puertos de transductores. En la vista de la figura 5, sólo cinco puertos transductor de forma 500, 502, 504, 508 y 512 están a la vista o parcial. De manera similar a los conjuntos transductores, los puertos transductores están emparejados. Por ejemplo, el transductor de puerto 500 está enlazado con el puerto transductor 502, y así sucesivamente. Haciendo referencia a puerto del transductor 504 como ilustrativo de todos los puertos, el puerto de transductor transductor 504 comprende superficie de la brida 520. Un plano definido por la superficie de la brida brida ilustrativa 520 es normal a la cuerda definida por el par de transductores que usa el puerto transductor 504. Como se muestra, la superficie de la brida 520 comprende una pluralidad de aberturas roscadas 522, a la que un conjunto de transductor acopla mecánicamente .

Todavía en referencia a un transductor de puerto 504 como ilustrativo de todos los puertos, el puerto de transductor 504 comprende además abertura 524 que acopla de manera fluida al pasaje central 104 de la pieza de bobina 102. Como se ilustra, la abertura comprende una porción de diámetro mayor 526 y una parte de menor diámetro 528, formando así un hombro 530. En otras modalidades, la abertura 524 puede tener un diámetro interior único, o tres o más diferentes diámetros internos entre la superficie de la brida 520 y el paso central 104. Para el propósito de esta especificación y las reivindicaciones, y con respecto a un puerto del transductor particular, un objeto (o una parte de un objeto) que reside físicamente dentro de una abertura entre el plano formado por la superficie de la brida y el paso central se hace referencia como residentes dentro del puerto del transductor. Asimismo, y con respecto a un puerto del transductor particular, un objeto (o una parte de un objeto) que reside físicamente externo a un volumen dentro de la abertura entre el plano formado por la superficie de la brida y el paso central (y también residen fuera del paso central) se refiere como que residen fuera del puerto del transductor o fuera de la superficie exterior de la pieza de bobina 102. La especificación se dirige ahora a deficiencias de conjuntos transductores de tecnología relacionada.

Los componentes de un medidor de flujo ultrasónico que son particularmente vulnerables a los fallos son los conjuntos transductores, y más en particular transformadores de adaptación dentro de los conjuntos transductores. Los transformadores de ajuste llevan a cabo la impedancia eléctrica que se ajusta entre los electrónicos de control y los elementos piezoeléctricos que producen y detectan la energía acústica. Debido a que los elementos piezoeléctricos son susceptibles a la carga capacitiva causada por la longitud de cableado entre el transformador de adaptación de impedancia y el elemento piezoeléctrico, la impedancia de transformadores de adaptación de la tecnología relacionada se coloca adyacente a los elementos piezoeléctricos y dentro de un puerto del transductor. Aunque los transformadores de adaptación de impedancia pueden ser protegidos de alguna forma (por ejemplo, por un encapsulante) , que tiene la impedancia de transformadores de adaptación en el puerto del transductor expone la impedancia de transformadores de adaptación a muchas condiciones indeseables. Por ejemplo, estar dentro del puerto transductor de los transformadores de adaptación de impedancia puede experimentar temperaturas muy altas ylo muy bajas (más allá de los cambios de temperatura ambiente) . Las variaciones de temperatura hacen que la expansión y contracción térmica, que genera tensiones mecánicas en el transformador (tanto a nivel interno, así como las tensiones causadas por la expansión y contracción del encapsulante circundante) . Por otra parte, la presión dentro de un medidor puede alcanzar varios cientos de libras por pulgada cuadrada (psi) o más, y/o la presión dentro del medidor puede experimentar grandes variaciones de ' presión (por ejemplo, del uso al no uso, las condiciones) . En el presente otra vez, los cambios en la presión de expansión y contracción que causa mecánicamente subraya los transformadores de adaptación de impedancia, así como el encapsulante circundante. Además, el fluido medido en sí pueden ser corrosivos, tanto a los materiales que componen el transformador, así como el propio encapsulante. Lo que es más, la colocación de impedancia de transformadores de adaptación adyacente a los elementos piezoeléctricos dicta un pequeño tamaño físico de la impedancia de transformadores de adaptación. Por ejemplo, si el transformador de adaptación de impedancia está dentro de un puerto del transductor, el diámetro interior de la abertura del puerto transductor dicta el tamaño del trans formador .

Los inventores de la presente memoria han determinado que el transformador de adaptación de impedancia puede ser movido una distancia relativamente corta desde el elemento piezoeléctrico sin degradar seriamente el rendimiento del elemento piezoeléctrico, sin embargo, haciendo aumentos significativos en la flabilidad de conjuntos transductores, la mejora de la capacidad de detectar fallos en conjuntos transductores, y el tiempo de mantenimiento para reparar la disminución fallidos conjuntos transductores. En particular, los inventores de la presente han encontrado que mover el transformador de adaptación de impedancia fuera de una barrera de presión creada por el conjunto de transductor, y fuera del puerto del transductor, conduce a: un aumento del tiempo medio entre fallos de los conjuntos transductores provocadas por el acoplamiento de impedancia transformadores; disminuye la cantidad de tiempo necesario para solucionar problemas de los conjuntos transductores causadas por fallos de transformadores de adaptación de impedancia, y disminuye la cantidad de tiempo necesario para reparar fallos transductor causadas por fallos de los transformadores de adaptación de impedancia.

Más en particular aún, los medidores ultrasónicos de flujo utilizando conjuntos transductores que producen energía acústica a frecuencias de aproximadamente 125 kilo-Hertz (es decir, los medidores de flujo ultrasónico, donde el fluido es un gas medido) , los elementos piezoeléctricos tienen impedancias de aproximadamente 1 a 2 kilo-ohmios, y circuitos de la unidad/recibir tener' una impedancia de aproximadamente 30 ohmios. En comparación, los medidores ultrasónicos de flujo que producen frecuencias en el 400 kilo-Hertz a un rango de 1 Mega-Hertz (es decir, los medidores de flujo ultrasónico, donde el fluido medido es líquido) en muchos casos no necesitan transformadores de adaptación entre la electrónica de control y los elementos piezoeléctricos . Los inventores han encontrado que los transformadores de adaptación de impedancia puede ser colocado dentro de los dos pies o menos de los elementos piezoeléctricos sin severamente el rendimiento degradantes. En una modalidad particular, los transformadores de adaptación de impedancia se colocan dentro de seis pulgadas del elemento piezoeléctrico . La colocación física de la transferencia desde el elemento piezoeléctrico no sólo elimina el transformador de posible contacto con los gases de presión, temperatura y potencialmente corrosivo dentro de la cámara de proceso, sino que también pone transformador fuera del puerto del transductor. La especificación se dirige ahora a un conjunto de transductor ilustrativo .

La figura 6 muestra una vista en sección transversal del conjunto de transductor 600 de acuerdo con al menos algunas modalidades. El conjunto de transductor 600 es ilustrativa cualquiera de los conjuntos transductores 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 y 122. En particular, el conjunto de transductor 600 ilustrativo puede considerarse que comprende cuatro componentes principales (de arriba a abajo en la Figura 6) : una cápsula o módulo piezoeléctrico 602 (discutidos con respecto a la Figura 7) , un miembro de acoplamiento 604 (discutidos con respecto a Figura 8); una cápsula o módulo de transformador 606 (discutidos con respecto a la Figura 9) , y un módulo de transformador miembro de retención 608 (también descrito con respecto a la Figura 9). Cada uno será discutido a su vez .

La Figura 7 muestra una vista en sección transversal del módulo piezoeléctrico 602 de acuerdo con diversas modalidades. En particular, el módulo piezoeléctrico 602 comprende un elemento piezoeléctrico 700 dispuesto dentro de un material de adaptación de impedancia acústica 702. El material de adaptación de impedancia 702 tiene una impedancia acústica entre el del elemento piezoeléctrico 700 y el fluido medido, y en una modalidad particular, el material de adaptación de impedancia 702 es epoxi . En la modalidad ilustrativa, el elemento piezoeléctrico 700 está dispuesto dentro de un alojamiento exterior cilindrico 704 con un extremo abierto 706. En algunas modalidades, la carcasa exterior cilindrica 704 es metálica, pero otras formas y materiales se pueden utilizar de manera equivalente. El módulo piezoeléctrico 602 comprende además una porción de tapón 708 configurado para plegarse dentro de un contrataladro del miembro de acoplamiento 604. En la modalidad ilustrada, la porción de tapón 708 y la carcasa exterior cilindrica 704 son elementos separados acoplados entre sí por hilos 710. Los conductores eléctricos 712 pares en un extremo al elemento piezoeléctrico 700, y la pareja en un segundo extremo a las clavijas eléctricas 714 en la porción de tapón 708. Como se ilustra, dos clavijas eléctricas 714 se utilizan, y las clavijas eléctricas 714 son clavijas eléctricas ilustrativamente hembra, sin embargo, clavijas macho puede ser utilizado de forma equivalente, así diferentes tipos de conexiones eléctricas, tales como conexiones de tipo coaxial. Las clavijas ilustrativas eléctricas 714 están aisladas eléctricamente de la porción de tapón 616 por medio de un elemento aislante 716, que también puede actuar para mantener los pasadores 714 en su lugar. Finalmente, el módulo piezoeléctrico 602 tiene o define un eje central 750.

Haciendo referencia a la Figura 8, el miembro de acoplamiento 604 como se ilustra comprende un elemento de montaje 800, así como un miembro de transición 802. El miembro de montaje define un orificio circular 804 a lo largo del eje central 806. La transición miembro 802 se pliega en el orificio circular 804, como se comenta más adelante. Los 800 miembros de montaje comprenden además una porción de pestaña 808 dispuesta en una porción central del miembro de montaje 800. La porción de pestaña 808 está configurada para acoplar el transductor de modo que la superficie exterior de la pieza de bobina 102, y en particular para acoplar el transductor de manera que una superficie de la brida respectiva 520 (Figura 5) . La porción de brida 808 define un plano normal al eje central 806 del miembro de acoplamiento. Por ejemplo, superficie de la brida 810 se encuentra dentro de y/o define un plano (en la vista de la figura 8, el plano sería simplemente una línea, y por lo tanto se ilustra como línea discontinua 812). El miembro de montaje 800 comprende además una ranura anular 814 dentro del cual puede ser un miembro de sellado elastomérico 816 (por ejemplo, una junta tórica) colocado. Cuando el miembro de acoplamiento 604 está instalado en un puerto del transductor 504 (Figura 5), el elemento de sellado elastomérico 816 sella dentro de la ranura anular 814 y contra el diámetro interior de la abertura 524, formando así una porción de una barrera de presión entre el paso central 104 (Figura 1) del medidor ultrasónico de flujo y atmósfera ambiente. En otras modalidades, el miembro de montaje 800 puede acoplarse a la pieza de bobina por cualquier medio adecuado, como mediante una conexión roscada .

El miembro de transición 802 está dispuesto dentro de la perforación circular 804 del miembro de montaje 800. En particular, el miembro de transición 804 tiene roscas 820 sobre un diámetro exterior que se acolan de manera roscada a las roscas 822 en un diámetro interior de la perforación circular 804. Otros mecanismos se acoplan mecánicamente al miembro de transición 802 al miembro de montaje 800 pueden utilizarse equivalentemente. El diámetro exterior del miembro de transición comprende también una o más ranuras anulares, con sus correspondientes miembros de elastómero de sellado. En la ilustración de la figura 8, dos ranuras anulares tales 824 se muestran, junto con dos miembros de elastómero de sellado 826, sin embargo, uno o más de cada uno pueden ser utilizados en función de la presión máxima prevista dentro del medidor ultrasónico. Los miembros de sellado elastoméricos 826 de sellado dentro de las respectivas ranuras anulares 824 y el diámetro interno del orificio circular 804, formando así al menos una porción de una barrera de presión entre el paso central 104 (Figura 1) y la atmósfera ambiente.

Con referencia todavía a la Figura 8, el miembro de transición 802 comprende además un primer extremo 830 (próximo al módulo piezoeléctrico) que tiene un contrataladro 832. Está dentro del contrataladro 832 que la porción de conector 708 (Figura 7) del módulo piezoeléctrico 602 se pliega, y está por lo menos parcialmente en su lugar por el tornillo de fijación 843.

Como se ilustra, dos clavijas eléctricas 834 residen dentro del contrataladro 832, y las clavijas eléctricas están dispuestas de tal manera que cuando la porción de conector 708 se pliega dentro del contrataladro 832 las clavijas eléctricas 834 se acoplan eléctricamente a las clavijas eléctricas 714. Mientras en la Figura 8 ilustrativa las clavijas eléctricas 834 son clavijas macho, en otras modalidades las clavijas hembra pueden ser utilizadas de forma equivalente. Las clavijas eléctricas 834 están aisladas eléctricamente de la balanza de la transición miembro 802, que en algunas modalidades es metálico.

El miembro de transición ilustrativo 802 comprende además, al menos una, pasajes 840. Los pasajes 840 se extienden desde el primer contrataladro 832 a un segundo contrataladro 842. Al menos un conductor eléctrico (no mostrado específicamente) reside dentro de cada pasaje 840, así acoplan eléctricamente las clavijas 834 en el primer contrataladro 832 a las clavijas 844 en el segundo contrataladro 842. De acuerdo con las diversas modalidades, los pasajes 840 están sellados de tal manera que el fluido medido dentro de medidor no puede escapar a la atmósfera ambiente a través de pasajes 840. De acuerdo con al menos algunas modalidades, las juntas formadas dentro de los conductos 840 son un sello de vidrio a metal (el metal que es el material metálico del miembro de transición 802) , sin embargo, cualquier mecanismo de sellado adecuado puede ser utilizado de forma equivalente.

Con referencia todavía a la figura 8, y como se ha mencionado brevemente en referencia a los pasajes 840, el miembro de transición ilustrativo 802 comprende un segundo extremo 850 (próximo al módulo de transformador 606) dentro de la cual el cóntrataladro 842 reside. Está dentro del contrataladro 842 en el que una porción del módulo del transformador 606 se pliega (discutidos más abajo) . Además, está dentro del contrataladro 842 que el transformador de retención pliega en el módulo y en algunas modalidades el contrataladro 842 comprende roscas 852 en un diámetro interior del contrataladro 842 de tal manera que el transformador de retención roscado módulo se acopla con el miembro de transición 802. Como se ilustra, dos clavijas eléctricas 844 residen dentro del contrataladro 842, y las clavijas eléctricas están dispuestas de tal manera que cuando el módulo de transformador 606 está telescópicamente dentro del contrataladro 842, las clavijas eléctricas 844 se acoplan eléctricamente a las clavijas eléctricas del módulo de transformador 606. Mientras en la Figura 8 ilustrativa las clavijas eléctricas 844 son clavijas macho, en otras modalidades la clavija hembra puede ser utilizada de forma equivalente. Las clavijas eléctricas 844 están aisladas eléctricamente de la balanza del miembro de transición metálico 802. El segundo extremo 850 del miembro de transición 802 se encuentra en un lado del plano 812 definido por la porción de pestaña 808, mientras que el primer extremo 830 del miembro de transición 802 reside en otro lado del plano 812.

La Figura 9 muestra una vista en sección transversal ampliada del módulo de transformador 606 y el módulo transformador que retiene el miembro 608. En particular, el módulo de transformador 606 comprende una carcasa exterior circular 900 que define un volumen interno 902. En algunas modalidades, el alojamiento circular exterior 900 es de plástico, sin embargo, la carcasa exterior circular 900 puede ser equivalente hechos de otros materiales (por ejemplo, metálica) . Dentro del volumen interno 902 reside transformador de adaptación de impedancia 904. El transformador de ajuste de impedancia 904 comprende un devanado primario acoplado eléctricamente a las clavijas 906 por los conductores de trayectoria 908, asi como un devanado secundario acoplado eléctricamente a las clavijas 910 por medio de conductores 912 El transformador de ajuste de impedancia 904 proporciona ajuste de impedancia entre la electrónica de control y el elemento piezoeléctrico 700 (Figura 7) . En algunas modalidades, el transformador de ajuste de impedancia 904 está suspendido dentro del volumen interno 902 por un material polimérico no conductor (por ejemplo, epoxi) . El conjunto de transformador 606 comprende además una porción de conector 920 que se pliega en el contrataladro 842 (Figura 8) del miembro de transición 802. La porción de conector 920 del módulo de transformador 606 tiene las clavijas eléctricas 910. Aunque las modalidades ilustrativas de la Figura 9 muestran las clavijas eléctricas 910 como clavijas hembra, las clavijas macho pueden ser utilizadas de forma equivalente.

Con referencia todavía a la figura 9, de acuerdo con las modalidades ilustradas el conjunto de transductor 600 comprende además un módulo de transformador miembro de retención 608 que está diseñado y construido para sujetar el módulo de transformador 606 en su lugar. Como se ilustra, el elemento de módulo de transformador de retención 608 comprende una carcasa exterior circular 930 que define un volumen interno 932. En un extremo de la carcasa exterior circular 930 comprende roscas 934, que se acoplan con hilos de rosca 852 (Figura 8) del miembro de transición 802. Otro mecanismo para acoplar mecánicamente el módulo de transformador miembro de retención 608 para el miembro de transición 802 puede ser utilizado de forma equivalente. El módulo de transformador de miembro de retención 608 se pliega sobre el módulo de transformador 606 de tal manera que el módulo de transformador 606 reside dentro del volumen interno 932 de la carcasa exterior circular 930. Un miembro de hombro 936 empuja el módulo de transformador 606 hacia el miembro de transición 802.

El módulo de transformador de miembro de retención 608 de acuerdo con al menos algunas modalidades comprende además una abertura 940 en un extremo distal del mismo deja al descubierto las clavijas eléctricas 906 para la conexión al cableado. En algunas modalidades, el extremo distal de la caja exterior circular 930 comprende roscas 942 para permitir que un conector de un cable acople mecánicamente al módulo transformador miembro de retención 608, mientras que el acoplamiento eléctrico a las clavijas eléctricas 906 del módulo de transformador 606. Cada del módulo transformador que retiene el miembro 608 y el módulo transformador 606 tienen o definen un eje central 960, de manera que cuando el módulo dé transformador que retiene el miembro 608 está plegado sobre el módulo de transformador 606, el miembro de retención 608 y el módulo 606 son coaxiales .

Como se muestra por la disposición ilustrativa de los componentes de la figura 9, el módulo de transformador miembro de retención 608 pueden estar físicamente desconectados, y el módulo de transformador 606 puede ser física y eléctricamente desacoplado del equilibrio de los componentes del conjunto de transductor 600 sin perturbar la barrera de presión. En particular, la eliminación del módulo de transformador miembro de retención 608 y el transformador módulo 606 no perturba el sello creado por el miembro de sellado elastomérico 816 (Figura 8), o las juntas creadas por los miembros de sellado elastomérico 826. Por lo tanto, el módulo de transformador 606 puede ser retirado y sustituido sin escape del líquido medido a la atmósfera, y por lo tanto sin la necesidad de de-presurizar el paso central 104 del medidor de fluido ultrasónico.

Cada uno de los componentes del conjunto de transductor 600 tiene ilustrativos o define un eje central. En particular, el módulo piezoeléctrico 602 tiene o define eje central 750 (Figura 7), el miembro de montaje 800 y miembro de transición 802 del miembro de acoplamiento 604 tiene o definir el centro de eje 806 (figura 8), y el módulo de transformador que retiene el miembro 608 y el módulo transformador 606 tiene o define eje central 960 (Figura 9) . La figura 10 muestra una vista en perspectiva en despiece ordenado de la conjunto de transductor 600, junto con el cableado de 1000, que muestra el eje central de cada componente, y que además transmite cómo los diversos componentes se ensamblan. En particular, la figura 10 es una vista en perspectiva en despiece ordenado que muestra el módulo piezoeléctrico 602, una porción del miembro de acoplamiento 604 (en particular el miembro de transición 802), el módulo de transformador 606 y el transformador de retención del módulo 608. La Figura 10 muestra además que, de acuerdo con al menos algunas modalidades, el eje central de cada componente es coaxial cuando se ensamblan.

La figura 10 muestra características adicionales de los diversos componentes. Por ejemplo, el primer extremo 830 del miembro de transición 802 comprende una pluralidad de aberturas 1002. Las aberturas pueden estar roscadas internamente de tal manera que los tornillos de fijación se pueden enroscar en él, con los tornillos de fijación después poniendo en contacto el módulo piezoeléctrico 602, sosteniendo la porción de tapón 708 del módulo piezoeléctrico 602 en el contrataladro 832. Más aún, el miembro de transición 802 puede comprender dos o más regiones planas 1006 dispuestos en oposición en el segundo extremo 850 de tal manera que una herramienta puede usarse para acoplar el miembro de transición 802 al elemento de montaje 800 (no se muestra específicamente en la Figura 10) . Del mismo modo, la porción distal del miembro de módulo transformador de retención 608 también puede tener dos o más regiones planas 1008 (sólo una de estas regiones visible en la Figura 10) , para permitir el uso de una herramienta para ayudar en el acoplamiento del módulo de transformador miembro de retención 608 para el transición miembro 802. Finalmente, el módulo de transformador 606 tiene un miembro de sellado elastomérico 1010 colocado alrededor de la porción de clavija 920 que forma un sello contra la porción de clavija 920 y en el diámetro del contrataladro 842; sin embargo, el sello formado por el miembro de sellado elastomérico 1010 puede ser útil en el sellado de las conexiones eléctricas contra la intrusión de humedad de la atmósfera ambiente, como otro fluido medido se mantiene dentro del medidor por otros mecanismos de sellado como se comenta.

La Figura 11 muestra una vista de elevación en sección transversal del conjunto de transductor 600 dentro de un puerto del transductor. El puerto del transductor 504 es ilustrativo de cualquiera de los puertos del transductor 500, 502, 508 y 512. En particular, la porción de brida 808 del miembro de acoplamiento 604 está acoplada mecánicamente a una superficie exterior 1100 de la pieza de bobina 102, una en particular a la superficie de la brida 520. Así, el extremo proximal o primera 830 del miembro de transición 802, que tiene el contrataladro 832, está dispuesto dentro del puerto del transductor 504. Dicho de otra manera, el primer extremo 830 reside dentro del volumen interno definido por la abertura 524 y delimitada por el paso central 104 en un extremo, y la superficie de la brida 520 en el otro extremo. Además, el extremo distal o segundo 850 del miembro de transición 802, que tiene el contrataladro, reside fuera de la superficie exterior 1100. Se desprende de la ubicación del segundo extremo 850 que el módulo de transformador 606 igualmente reside fuera de la superficie exterior 1100.

Al tener el módulo de transformador 606 que reside fuera de la superficie exterior 1100, el módulo de transformador 606, y el transformador en el mismo, sólo experimenta las oscilaciones de temperatura asociar con el medio ambiente. Además, en tal disposición, el módulo de transformador 608 no está expuesto extremo a la presión prevista en el interior del paso central 104, y no está expuesto a compuestos potencialmente corrosivos del fluido medido. Además, las dimensiones físicas del módulo de transformador 606 no están limitados por el diámetro interno de la abertura 524 del puerto de transductor 504.

El diseño y la construcción del conjunto de transductor conducen a un método de sustitución de un transformador que no es ventajoso en relación con dispositivos de la técnica relacionada. En particular, la figura 12 muestra un método de acuerdo con al menos algunas modalidades. El método comienza (bloque 1200) y procede a la sustitución de un transformador de un conjunto transductor acoplado a un puerto de un transductor medidor de flujo ultrasónico (bloque 1204) , la sustitución de: desconectar un cable eléctrico desde el conjunto de transductor (bloque 1208) ; retirar una cápsula de primer transformador que contiene un primer transformador desde el conjunto de transductor, la eliminación sin eliminar un elemento piezoeléctrico, y la eliminación de los líquidos sin liberar a la atmósfera dentro del medidor ultrasónico a través del puerto de transductor (1212); inserción de cápsula que contiene un segundo transformador transformador en segundo relación operativa con el conjunto de transductor (bloque 1216), y a continuación, conectar el cable eléctrico para el conjunto de transductor (bloque 1220). A partir de entonces, el método finaliza (bloque 1224) .

En las modalidades que utilizan un módulo de transformador que retiene un miembro, después de desconectar el cable eléctrico y antes de retirar la cápsula de transformador primero, el módulo de transformador de retención del miembro se pliega sobre la cápsula transformador primero se retira. Asimismo, después que la cápsula del transformador segundo se instala, el miembro de módulo de transformador de retención se pliega sobre la cápsula del transformador segundo y se acoplado al miembro de acoplamiento.

Los comentarios anteriores se dirigen para que sean ilustrativos de los principios y las diversas modalidades de la presente invención. Numerosas variaciones y modificaciones serán evidentes para los técnicos en la materia una vez que la descripción anterior se aprecie completamente. Por ejemplo, mientras que en las modalidades ilustrativas de un miembro de transformador que retiene el miembro mantiene el módulo de transformador en su lugar, en otras modalidades del módulo de transformador en sí puede acoplarse mecánicamente al miembro de acoplamiento de tal manera que ningún miembro de retención adicional que se necesita (por ejemplo, los hilos de módulo directamente el miembro de acoplamiento) . Se pretende que las siguientes reivindicaciones deben interpretarse para abarcar todas estas variaciones y modificaciones.

Claims (20)

Reivindicaciones

1. Un sistema que comprende: una pieza de bobina que define una superficie externa, un paso central y un puerto transductor que se extiende de la superficie exterior al paso central; un ensamble de transductor acoplado al puerto transductor, el ensamble transductor comprende: un elemento de transición acoplado a la pieza de bobina, el elemento de transición que tiene un primer extremo colocado dentro del puerto transductor, y un segundo extremo que reside fuera de la superficie exterior; un módulo piezoelectrónico con un elemento piezoelectrónico, el módulo piezoeléctrico acoplado directamente al primer extremo del elemento de transición y el módulo piezoeléctrico colocado dentro de la superficie exterior; un módulo transformador con un transformador colocado en el mismo, el módulo transformador acoplado directamente al segundo extremo del elemento de transición y el módulo transformador colocado fuera de la superficie exterior, y un conductor eléctrico colocado dentro de un paso a través del elemento de transición, el conductor eléctrico acopla el transformador al elemento piezoeléctrico .

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 que además comprende: un elemento de montaje acoplado directamente a la pieza de bobina, el elemento de montaje que comprende: un extremo próximo colocado dentro del puerto transductor; un extremo distal que reside fuera de la superficie exterior; un barreno pasado que se extiende del extremo distal al extremo próximo; y una superficie externa sellada a la pieza de bobina; en donde el elemento de transición al menos parcialmente dentro del barreno pasado del elemento de montaje y el elemento de transición se sella a un diámetro interno del barreno pasado.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2 caracterizado porque el módulo transformador se configura para que sea móvil del elemento de transición mientras que el elemento de montaje está sellado a la pieza de bobina y mientras que el elemento de transición está sellado al elemento de montaje.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el ensamble de transductor forma una barrera de presión entre el paso central y la presión ambiente, y en donde el módulo de transformador se configura para que sea móvil sin exponer el paso central a la presión ambiente a través del puerto transductor.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el ensamble de transductor que comprende además un miembro de retención que define un volumen interno, el miembro de retención se pliega en el módulo transformador de manera que el módulo transformador reside dentro del volumen interno.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 que además comprende: en donde el módulo piezoeléctrico define un eje central; en donde el módulo transformador define un eje central ; y en donde el módulo piezoeléctrico y el módulo transformador son coaxiales.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 6 que además comprende: en donde el puerto transductor define un eje central ; y en donde el módulo piezoeléctrico y el puerto transductor son coaxiales.

8. Un ensamble de transductor que comprende: un miembro de acoplamiento que comprende: un primer extremo que tiene un primer contrataladro; un segundo extremo opuesto al primer extremo, el segundo extremo tiene un segundo contrataladro; una primera clavija eléctrica colocada dentro del primer contrataladro; una segunda clavija eléctrica colocada dentro del segundo contrataladro, la segunda clavija eléctrica acoplada eléctricamente a la primera clavija eléctrica; y una porción de brida colocada entre el primer extremo y el segundo extremo, la porción de brida configurada para acoplar el ensamble de transductor a una superficie exterior de una pieza de bobina de un medidor ultrasónico, la porción de brida define un plano normal a un eje central del miembro de acoplamiento; un módulo piezoeléctrico con un elemento piezoeléctrico, el^módulo piezoeléctrico colocado al menos parcialmente dentro del primer contrataladro, y el módulo piezoeléctrico reside totalmente en un primer lado del plano; un módulo transformador con un transformador colocado en el mismo, el módulo transformador colocado al menos parcialmente dentro del segundo contrataladro, y el módulo de transformador reside totalmente en un segundo lado del plano opuesto en el primer lado; y un conductor eléctrico colocado dentro de un paso a través del miembro de acoplamiento, el conductor eléctrico acopla el transformador al elemento piezoeléctrico .

9. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el miembro de acoplamiento además comprende: un miembro de montaje que define un agujero circular a lo largo del eje central, la porción de brida colocada en una superficie externa del miembro de montaje; y un miembro de transición colocado dentro del agujero circular, el miembro de transición define el primer extremo, el primer contrataladro, el segundo extremo y el segundo contrataladro, en donde el miembro de transición sella contra el diámetro interno del agujero circular del miembro de montaje .

10. El ensamble transductor de conformidad con la reivindicación 9 que además comprende: un módulo de transformador que retiene el miembro plegado en el módulo de transformador, el módulo de transformador que retiene el miembro que comprende: un extremo próximo acoplado directamente al segundo extremo del miembro de transición; un extremo distal que tiene una apertura a través de éste, en donde la abertura expone una tercera clavija eléctrica acoplada al transformador.

11. El ensamble de transductor de conformidad con la reivindicación 8 que además comprende: un módulo de transformador que retiene un miembro se pliega en el módulo de transformador, el módulo de transformador que retiene el miembro que comprende: un extremo próximo acoplado directamente al miembro de acoplamiento; un extremo distal que tiene una abertura a través de este, en donde la abertura expone una tercera clavija eléctrica acoplada al transformador.

12. Un sistema que comprende medios para contener el flujo de un fluido medido; un ensamble de transductor que comprende: medios para acoplar el ensamble de transductor a los medios para contener: medios para crear energía acústica, medios para crear acoplados a medios para acoplar; medios para encapsular medios para el ajuste de impedancia, medios para encapsular directamente acoplado a los medios para acoplar y los medios para el ajuste de impedancia acoplado eléctricamente a los medios para crear; medios para acoplar diseñado y construido de manera que los medios para encapsular reside fuera de una superficie exterior de los medios para contener.

13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12 caracterizado porque los medios para acoplar comprende además: medios para el acoplamiento directo a los medios para contener, los medios para el acoplamiento directo define un paso central con un diámetro interno; medios para apoyar mecánicamente los medios para crear y los medios para encapsular, los medios para apoyar mecánicamente colocados dentro y acoplados al diámetro interno del paso central .

14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13 caracterizado porque los medios para acoplamiento directo comprende además medios para colindar una porción de la superficie exterior de los medios para contener.

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los medios para acoplar directamente además comprende medios para engranar de manera roscado los medios para contener.

16. El sistema de conformidad con la reivindicación 12 que comprende además medios para retener los medios para encapsular contra los medios para acoplar.

17. Un método que comprende: reemplazar un transformador de un ensamble transductor acoplado a un puerto transductor de un medidor de flujo ultrasónico, lo reemplazado por: desconectar un cable eléctrico del ensamble transductor; remover una primera cápsula de transformador que contiene un primer transformador del ensamble de transductor, lo removido sin remover un elemento piezoeléctrico, y lo removido sin liberar los fluidos de atmósfera dentro del medidor ultrasónico a través del puerto transductor; insertar la cápsula de transformador segunda que contiene un transformador segundo en la relación operacional con el ensamble transductor; y luego conectar el cable eléctrico al ensamble transductor .

18. El método de conformidad con la reivindicación 17 que comprende además, después de desconectar el cable eléctrico y antes de remover la primera cápsula de transformador, remover un miembro de retención comprimido plegado en la primera cápsula.

19. El método de conformidad con la reivindicación 17 que comprende además caracterizado porque la remoción del primer transformador comprende además la traslación de la cápsula del primer transformador fuera del ensamble de transductor junto con un eje central del ensamble de transductor para afectar el desacoplamiento mecánico y eléctrico.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19 caracterizado porque la traslación que comprende además la traslación fuera a lo largo del eje sin girar la cápsula del primer transformador en el eje central .