УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОРЕР, БЛОК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ТРАНСФОРМАТОРНЫМ МОДУЛЕМ Российский патент 2014 года по МПК G01F1/66 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001]

[0002] Различные примеры реализации относятся к ультразвуковым расходомерам и, в частности, к блокам преобразователей, использованным в ультразвуковых расходомерах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] После извлечения углеводородов из земли, поток текучей среды (в жидкой или газовой фазе) транспортируется от одного места к другому посредством трубопроводов. Желательно иметь возможность точно определять количество протекающей текучей среды, в частности точность особенно необходима при переходе текучей среды к другому владельцу или при передаче на ответственное хранение. Однако точность измерения желательна и в других ситуациях, при которых могут быть использованы ультразвуковые расходомеры.

[0004] Ультразвуковой расходомер содержит по меньшей мере два блока преобразователей, каждый из которых закреплен в посадочном гнезде корпуса или патрубка расходомера. Для удержания перемещаемой текучей среды в расходомере, над внешним концом каждого из посадочных гнезд преобразователя в патрубке закреплен концевой соединитель. Таким образом, патрубок и концевые соединители создают границу давления, удерживающую текучую среду, протекающую через расходомер. Для измерения расхода текучей среды через расходомер, два блока преобразователей размещены вдоль внутренней поверхности патрубка, так что каждый из блоков преобразователя обращен друг к другу. Каждый блок преобразователя содержит пьезоэлемент, а при приложении переменного тока к пьезоэлементу первого блока преобразователя пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны в текучую среду, перемещаемую через расходомер. При падении этой волны на пьезоэлемент второго блока преобразователя, второй блок преобразователя реагирует путем создания электрического сигнала. Через некоторое время происходит приложение переменного тока к пьезоэлементу второго блока преобразователя, пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны через текучую среду в расходомере. При падении этой волны на пьезоэлемент первого блока преобразователя, первый блок преобразователя реагирует путем создания электрического сигнала. Таким образом, блоки преобразователей выдают и принимают сигналы в обе стороны через поток текучей среды.

[0005] Каждый из блоков преобразователя присоединен к кабелю, проходящему через концевой соединитель наружу из патрубка к удаленному положению, так например, электронный блок обычно прикреплен к патрубку снаружи. Кабель передает сигналы, создаваемые пьезоэлементами, на плату приема данных, расположенную в электронном блоке, в котором сигнал может быть обработан и затем использован для определения расхода текучей среды через расходомер.

[0006] При отсутствии использования, пьезоэлементы в блоках преобразователей могут формировать электрический заряд. Электрический заряд представляет опасность для персонала, выполняющего техническое обслуживание расходомера. Для уменьшения опасности для технического персонала, каждый пьезоэлемент обычно присоединяют к трансформатору, который, в дополнение к описанным далее функциям, обеспечивает возможность разряда электрического заряда, созданного пьезоэлементом.

[0007] Кроме того, трансформатор обеспечивает согласование импеданса между пьезоэлементом и устройством сбора данных, принимающим в итоге сигнал, сформированный пьезоэлементом. Таким образом, пьезоэлемент и трансформатор используются совместно. Поэтому трансформатор обычно расположен в блоке преобразователя. В большинстве обычных конструкций, в случае наличия необходимости в замене пьезоэлемента или трансформатора, из посадочного гнезда в патрубке удаляют весь блок преобразователя, что часто приводит к нежелательному прерыванию потока текучей среды в патрубке при удалении концевого соединителя для доступа к блоку преобразователя.

[0008] Кроме того, в большинстве известных блоков преобразователей, трансформатор в блоке преобразователя и/или электрические соединения между трансформатором и пьезоэлементом подвержены воздействию факторов, аналогичных факторам, воздействующим на пьезоэлемент. Такое воздействие нежелательно, если трансформатор или электрические соединения не приспособлены для воздействия на них факторов, аналогичных факторам, воздействующим на пьезоэлемент. Например, текучая среда, проходящая через расходомер, может представлять собой коррозийную текучую среду. В то время как пьезоэлемент может быть приспособлен для воздействия на него коррозийных факторов, трансформатор может быть не приспособлен для этого. В таких случаях, коррозийная текучая среда может повредить трансформатор и соответствующую электропроводку.

[0009] Приспособления, улучшающие качество ультразвуковых сигналов, передаваемых в текучую среду, могут улучшить точность измерения. Кроме того, истирание, износ и ухудшение свойств компонентов (например, обусловленные коррозийной активностью измеряемой текучей среды) в отношении компонентов расходомера может существенно уменьшить срок службы устройства и, таким образом, было бы целесообразно использовать любое устройство, способы или системы, увеличивающие прочность и/или срок службы расходомера и его компонентов. В итоге, ультразвуковые расходомеры могут быть установлены в агрессивных средах и, таким образом, было бы целесообразно использовать любое приспособление для уменьшения времени технического обслуживания и, если возможно, улучшения технических характеристик.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Эти и другие недостатки, известные из уровня техники, преодолены в одном из примеров реализации путем использования ультразвукового расходомера для измерения потока текучей среды через трубопровод. В одном из примеров реализации, расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит блок преобразователя, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит держатель трансформатора, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, расположенный удаленно от сквозного отверстия патрубка. Кроме того, блок преобразователя содержит пьезоэлектрический модуль с пьезоэлементом. Пьезоэлектрический модуль соединен с блоком преобразователя и проходит в целом в осевом направлении от первого конца держателя преобразователя. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль с трансформатором. Трансформаторный модуль соединен с блоком преобразователя и расположен в осевом направлении на расстоянии от пьезоэлектрического модуля.

[0011] Эти и другие недостатки, известные из уровня техники, преодолены еще в одном примере реализации путем использования ультразвукового расходомера для измерения потока текучей среды через трубопровод. В одном из примеров реализации, расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочные гнезда преобразователей, проходящие от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит блок преобразователя, размещенный в одном из посадочных гнезд преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит пьезоэлектрический модуль, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, расположенный удаленно от сквозного отверстия патрубка. Пьезоэлектрический модуль содержит корпус пьезоэлемента, проходящий между первым концом и вторым концом. Корпус пьезоэлемента имеет первое глухое отверстие, проходящее в осевом направлении от первого конца. Кроме того, пьезоэлектрический модуль содержит пьезоэлемент, расположенный в первом глухом отверстии, расположенном ближе к первому концу. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль, присоединенный к пьезоэлектрическому модулю. Трансформаторный модуль содержит корпус трансформатора и расположенный в нем трансформатор. Кроме того, блок преобразователя содержит кольцевой уплотнительный блок, расположенный в радиальном направлении между блоком преобразователя и патрубком и осевом направлении между трансформаторным модулем и сквозным отверстием патрубка. Уплотнительный блок ограничивает поток текучей среды через посадочное гнездо преобразователя между сквозным отверстием патрубка и трансформаторным модулем.

[0012] Эти и другие недостатки, известные из уровня техники, преодолены еще в одном примере реализации путем использования способа для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В одном из примеров реализации способ включает присоединение патрубка к трубопроводу. Патрубок имеет сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, способ включает перемещение текучей среды через сквозное отверстие патрубка. Кроме того, способ включает сборку блока газового ультразвукового преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит пьезоэлектрический модуль, присоединенный к патрубку. Пьезоэлектрический модуль содержит корпус пьезоэлемента и расположенный в нем пьезоэлемент. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль, присоединенный к пьезоэлектрическому модулю. Трансформаторный модуль содержит корпус трансформатора и расположенный в нем трансформатор, электрически присоединенный к пьезоэлементу. Кроме того, способ включает размещение блока преобразователя в посадочном гнезде преобразователя. Кроме того, способ включает подвергание пьезоэлектрического модуля воздействию текучей среды, протекающей через сквозное отверстие патрубка. Кроме того, способ включает изолирование трансформаторного модуля от текучей среды, протекающей через сквозное отверстие патрубка.

[0013] Таким образом, примеры реализации, описанные в настоящей заявке, содержат сочетание особенностей и преимуществ, предназначенных для решения различных недостатков, связанных с конкретными устройствами, системами и способами, известными из уровня техники. После прочтения представленного далее подробного описания, приведенного согласно прилагаемым чертежам, для специалиста в данной области техники будут полностью очевидны различные особенности, описанные выше, а также другие особенности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Далее подробно описаны пояснительные примеры реализации настоящего изобретения согласно прилагаемым чертежам, на которых:

[0015] на фиг.1А показан вид сверху в разрезе ультразвукового расходомера, в одном из примеров его реализации;

[0016] на фиг.1В показан вид с торца расходомера по фиг.1А;

[0017] на фиг.1C схематически показан вид сверху расходомера по фиг.1А;

[0018] на фиг.2 показан вид в перспективе ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке, в одном из примеров его реализации;

[0019] на фиг.3 показан увеличенный вид в частичном разрезе блока газового ультразвукового преобразователя, размещенного в одном из посадочных гнезд преобразователей ультразвукового расходомера по фиг. 2, в одном из примеров его реализации.

[0020] на фиг.4 показан увеличенный вид в частичном разрезе модуля газового ультразвукового преобразователя по фиг.3;

[0021] на фиг.5 и 6 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.2;

[0022] на фиг.7 и 8 показан увеличенный вид в разрезе трансформаторного модуля по фиг.2;

[0023] на фиг.9 показан вид в перспективе распорки трансформаторного модуля по фиг.2;

[0024] на фиг.10 показан вид с пространственным разделением частей приемного модуля по фиг.2;

[0025] на фиг.11 и 12 показан увеличенный вид в разрезе приемного модуля по фиг.2;

[0026] на фиг.13 показан вид в перспективе с торца приемного модуля по фиг.2;

[0027] на фиг.14 показан частичный разрез блока газового ультразвукового преобразователя, размещенного в одном из посадочных гнезд преобразователя ультразвукового расходомера по фиг.2, в одном из примеров его реализации;

[0028] на фиг.15 показан увеличенный вид в разрезе пьезоэлектрического модуля по фиг.14;

[0029] на фиг.16 показан вид с торца пьезоэлектрического модуля по фиг.14;

[0030] на фиг.17 показан вид в разрезе ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке, в одном из примеров его реализации;

[0031] на фиг.18 показан вид в разрезе ультразвукового расходомера согласно принципам, описанным в настоящей заявке, в одном из примеров его реализации.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0032] Далее приведено описание различных примеров реализации настоящего изобретения. Несмотря на то что по меньшей мере один из этих примеров реализации в настоящее время может представлять собой предпочтительный пример реализации, раскрытые примеры реализации не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего изобретения, включающего формулу изобретения. Кроме того, специалисту в рассматриваемой области техники ясно, что приведенное далее описание имеет широкое применение, а описание любого из примеров реализации приведено только для пояснения такого примера реализации и не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения.

[0033] В настоящем описании и формуле изобретения использованы конкретные термины для обращения к конкретным свойствам или компонентам. Специалисту в области техники будет понятно, что разные люди могут использовать различные названия для обращения к аналогичным свойствам или компонентам. В данной заявке компоненты или конструктивные особенности, отличные друг от друга по наименованию, но не функциям, различаться не будут. В масштабировании чертежей нет необходимости. Конкретные конструктивные особенности и элементы в настоящей заявке могут быть показаны в увеличенном масштабе или в некотором схематическом виде, а некоторые части обычных элементов могут быть не показаны для обеспечения ясности и краткости.

[0034] В приведенном далее описании и формуле изобретения, термины "включающий" и "содержащий" использованы в не ограничительной форме, поэтому их следует интерпретировать как "включающий, но не ограниченный...". Кроме того, термин "соединяют" или "соединяет" предназначен для описания как прямого соединения, так и непрямого соединения. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, то такое соединение может быть выполнено путем прямого соединения или непрямого соединения посредством других устройств, компонентов и соединений. Кроме того, использованные в данной заявке термины "осевой" и "в осевом направлении" в общем смысле означают вдоль или параллельно центральной оси (например, центральной оси корпуса или посадочного гнезда), а термины "радиальный" и "радиально" в общем смысле означают перпендикулярно относительно центральной оси. Например, осевое расстояние относится к расстоянию, измеренному вдоль или параллельно центральной оси, а радиальное расстояние соответствует расстоянию, измеренному перпендикулярно центральной оси.

[0035] На фиг.1А и 1В показан ультразвуковой расходомер 10 в одном из примеров реализации для пояснения его различных компонентов и взаимосвязей. Патрубок 11, подходящий для размещения между секциями трубопровода, имеет предварительно определенный размер и задает центральный проход, через который течет измеряемая текучая среда (например, газ и/или жидкость). Показанная пара преобразователей 12 и 13 и соответствующие им корпусы 14 и 16 расположены по длине патрубка 11. Преобразователи 12 и 13 представляют собой акустические приемопередатчики и, в частности, ультразвуковые приемопередатчики, что означает, что они создают и принимают акустическую энергию с частотами, превышающими примерно 20 кГц. Акустическая энергия может быть создана и принята пьезоэлементом в каждом преобразователе. Для создания акустического сигнала, электрически возбуждают посредством синусоидального сигнала пьезоэлемент, который реагирует путем вибрации. Вибрация пьезоэлемента создает акустический сигнал, который перемещается через измеряемую текучую среду к соответствующему преобразователю из пары преобразователей. Аналогично, после приема акустической энергии (то есть акустического сигнала и других шумовых сигналов), принимающий пьезоэлемент начинает вибрировать и создает синусоидальный электрический сигнал, регистрируемый, оцифровываемый и анализируемый посредством электронных устройств, связанных с расходомером.

[0036] Отрезок 17, иногда называемый "хордой", проходит между показанными преобразователями 12 и 13 под углом 6 к центральной оси 20. Длина "хорды" 17 соответствует расстоянию между торцом преобразователя 12 и торцом преобразователя 13. Точки 18 и 19 определяют положения, в которых акустические сигналы, создаваемые преобразователями 12 и 13, входят в текучую среду, протекающую через патрубок 11, и выходят из нее (то есть вход в отверстие патрубка). Положение преобразователей 12 и 13 может быть определено углом 9, первой длиной L, измеренной между преобразователями 12 и 13, второй длиной X, соответствующей осевому расстоянию между точками 18 и 19, и третьей длиной d, соответствующей внутреннему диаметру трубы. В большинстве случаев расстояния d, Х и L точно установлены в процессе изготовления расходомера. Кроме того, преобразователи, такие как преобразователи 12 и 13, в целом расположены на конкретном расстоянии соответственно от точек 18, 19 вне зависимости от размера расходомера (то есть размера патрубка). Текучая среда, такая как природный газ, течет в направлении 22, и ее скорость описывается профилем 23 скоростей. Показанные на чертеже векторы скорости 24-29 иллюстрируют тот факт, что скорость прохождения газа через патрубок 11 увеличивается при приближении к центральной оси 20.

[0037] Первоначально, преобразователь 12, расположенный ниже по потоку, создает акустический сигнал, который распространяется через текучую среду в патрубке 11, затем падает на преобразователь 13, расположенный выше по потоку, и регистрируется им. Через короткий промежуток времени (например, в пределах нескольких миллисекунд), преобразователь 13, расположенный выше по потоку, создает ответный акустический сигнал, который распространяется в обратном направлении через текучую среду в патрубке 11, падает на преобразователь 12, расположенный ниже по потоку, и регистрируется им. Таким образом, преобразователи 12 и 13 выполняют функцию "питчера и кетчера" в отношении сигналов 30, проходящих по хорде 17. В процессе работы устройства данная последовательность может происходить тысячи раз в минуту.

[0038] Время передачи акустического сигнала 30 между преобразователями 12 и 13 зависит отчасти от направления перемещения акустического сигнала 30 вверх по потоку или вниз по потоку относительно направления потока текучей среды. Время перемещения акустического сигнала вниз по потоку (то есть в направлении потока текучей среды) меньше времени его перемещения вверх по потоку (то есть в направлении, противоположном потоку текучей среды). Время перемещения вверх и вниз по потоку может быть использовано для расчета средней скорости следования сигнала и скорости звука в измеряемой текучей среде.

[0039] Ультразвуковые расходомеры могут иметь по меньшей мере одну хорду акустического сигнала. На фиг.1В показан вид в вертикальном разрезе одного из концов ультразвукового расходомера 10. Согласно фиг.1В, ультразвуковой расходомер 10 фактически имеет четыре хорды А, В, С и D на различных уровнях патрубка 11. Каждый из хордовых путей A-D соответствует двум преобразователям, функционирующим попеременно в качестве передатчика и приемника. Кроме того, показан электронный блок 40, электронные устройства которого получают и обрабатывают данные из четырех хорд A-D. На фиг.1В не показаны четыре пары преобразователей, соответствующих хордам A-D.

[0040] Расположение четырех пар преобразователей можно более легко понять сославшись на фиг.1C. Четыре пары посадочных гнезд преобразователей размещены в патрубке 11. Между каждыми двумя посадочными гнездами преобразователей, показанными на фиг.1В, проходит одна хорда. Первые два посадочных гнезда 14 и 15 преобразователей содержат преобразователи 12 и 13 (фиг.1А). Преобразователи размещены под неперпендикулярным углом θ к центральной оси 20 патрубка 11. Еще два посадочных гнезда 34 и 35 преобразователей (показаны только частично) и соответствующие преобразователи размещены таким образом, что их хорда расположена относительно хорды посадочных гнезд 14 и 15 по существу Х-образно. Аналогично, посадочные гнезда 38 и 39 преобразователей расположены параллельно посадочным гнездам 34 и 35, однако на разном "уровне" (то есть имеют различное радиальное положение в трубе или патрубке расходомера). На фиг.1C в неявном виде показаны четыре пары преобразователей и посадочных гнезд преобразователей. Согласно 1В и 1C, пары преобразователей расположены таким образом, верхние две пары преобразователей, соответствующих хордам А и В, расположены X-образно, и две нижние пары преобразователей, соответствующих хордам С, D, также расположены Х-образно. Скорость потока текучей среды может быть определена по каждой хорде A-D для получения скоростей потока по хордам, а при комбинировании скоростей потока по хордам может быть определена средняя скорость потока по всей трубе. На основании значения средней скорости потока может быть определено количество текучей среды, протекающей через патрубок и, таким образом, через трубопровод.

[0041] На фиг.2 и 3 соответственно показаны вид в перспективе в частичном разрезе ультразвукового расходомера 100 для измерения расхода текучей среды в трубопроводе. Ультразвуковой расходомер 100 содержит корпус или патрубок 105, блоки 200 ультразвуковых преобразователей расхода газа, электропровод или кабель 125, проходящий от каждого из блоков 200 к электронному блоку 40, соединенному с верхней частью патрубка 105, и съемную крышку 120 кабеля.

[0042] Патрубок 105 представляет собой корпус для ультразвукового расходомера 100 и выполнен с возможностью размещения между секциями трубопровода. Патрубок 105 имеет центральную ось 110 и первый или впускной конец 105а, второй или выпускной конец 105b, проход для потока текучей среды или сквозное отверстие 130, проходящее между концами 105а, 105b, и посадочные гнезда 165, проходящие от внешней поверхности патрубка 105 к сквозному отверстию 130. В данном примере реализации, каждый из концов 105а, b имеет фланец, соединяющий патрубок 105 в осевом направлении встык между отдельными секциями труб в трубопроводе. Горизонтальная основная плоскость 111 проходит через центральную ось 110 и в целом делит патрубок 105 на верхнюю и нижнюю половины.

[0043] Согласно фиг. 2, патрубок 105 также содержит лотки 135 для кабелей преобразователя, проходящие в целом вертикально вдоль его внешней периферии. Каждый из лотков 135 расположен таким образом, что он пересекает радиально внешние концы 165b двух разнесенных друг от друга по вертикали посадочных гнезд 165. Каждый из кабелей 125 проходит в одном из лотков 135 от одного из блоков 200 до электронного блока 40. Поскольку каждый из лотков 135 пересекают два посадочных гнезда 165, то два кабеля 125 проходят вертикально в каждом из лотков 135.

[0044] Каждый из лотков 135 дополнительно содержит заглубленную переднюю поверхность 140, боковые стенки 145, 150 и боковые канавки 155, 160. Поверхность 140 и боковые стенки 145, 150 определяют ограниченный ими паз 175 для размещения кабелей 125. Боковые канавки 155, 160 проходят соответственно вдоль поверхностей стенок 145, 150, обращенных друг к другу, и паза 175. При использовании кабелей 125, размещенных в пазу 175 лотка 135 преобразователя, боковые кромки крышки 120 вводятся в боковые канавки 155, 160 и вдвигаются в них путем перемещения с обеспечением, таким образом, закрытия кабелей 125 и их защиты от окружающей среды с внешней стороны патрубка 105. Примеры подходящих крышек кабелей раскрыты в патентной заявке США "Крышка кабеля для ультразвукового расходомера" № 11/763,783, поданной 15 июня 2007 года и полностью включенной в настоящую заявку посредством ссылки.

[0045] В некоторых примерах реализации, патрубок 105 представляет собой корпус, в котором посадочные гнезда 165 получены путем механической обработки. Пазы 175 также формируют путем механической обработки до необходимых размеров. Ширина поверхности 140 превышает диаметр посадочных гнезд 165. Глубина паза 175 выполнена достаточной для обеспечения вырезания боковых канавок 155, 160 в стенках 145, 150 лотка 135 и непосредственно самого гнезда 175 и достаточной для размещения кабелей 125. В некоторых примерах реализации, боковые канавки 155, 160 представляют собой трехсторонние канавки с прямыми углами. В других примерах реализации, боковые канавки 155, 160 могут представлять собой V-образные канавки только с двумя стенками, в которых первая стенка расположена параллельно поверхности 140 лотка 135, а вторая стенка расположена под углом, не превышающим 90 градусов от первой стенки. Кроме того, в примерах реализации, в которых боковые канавки 155, 160 представляют собой V-образные канавки, угол расположения стенок 145, 150 относительно поверхности 140 может быть как меньше, так и больше 90 градусов.

[0046] Согласно фиг.3, в каждом из посадочных гнезд 165 размещен один блок 200. Каждое из посадочных гнезд 165 преобразователя имеет центральную ось 166 и проходит через патрубок 105 от радиально внешнего (относительно оси 110) или первого конца 165а в сквозном отверстии 130 до радиально внешнего (относительно оси 110) или второго конца 165b на внешней поверхности патрубка 105. В данном примере реализации, каждое из посадочных гнезд 165 в целом выполнено горизонтальным. Другими словами, центральная ось 166 каждого из посадочных гнезд 165 преобразователя расположена в плоскости, в целом параллельной основной плоскости 111. Несмотря на то что проекция центральной оси 166 каждого из посадочных гнезд 165 может не пересекать центральную ось 110 патрубка 105, то для упрощения радиальные положения различных элементов и компонентов могут быть описаны относительно оси 110, обычно следует понимать, что понятие "радиально внутренний" (относительно оси 110) имеет отношение к положениям, в целом расположенным ближе к оси 110 и отверстию 130, а понятие "радиально внешний" (относительно оси 110) имеет отношение к положениям, в целом удаленным от оси 110 и отверстия 130.

[0047] Внутренняя поверхность каждого из посадочных гнезд 165 имеет кольцевой уступ 167 между концами 165а, b и внутреннюю резьбу 169, расположенную в осевом направлении (относительно оси 166) между уступом 167 и первым концом 165а. Согласно приведенному далее подробному описанию, уступ 167 способствует размещению блока 200 в посадочном гнезде 165, а резьба 169 взаимодействует с сопрягаемой резьбой в блоке 200, обеспечивая, таким образом, присоединение блока 200 к посадочному гнезду 165 и патрубку 105 посредством резьбового соединения.

[0048] Согласно фиг.2 и 3, при использовании устройства текучая среда течет через трубопровод и сквозное отверстие 130. Блоки 200 передают акустические сигналы вперед и обратно через поток текучей среды в сквозном отверстии 130. В частности, блоки 200 расположены таким образом, что акустический сигнал при перемещении от одного блока 200 к другому пересекает поток текучей среды, протекающий через расходомер 100 под острым углом относительно центральной оси 110. Электронный блок 40, соединенный с верхней частью патрубка 105, подает энергию к блокам 200 и принимает сигналы от них посредством кабелей 125, проходящих между ними. После приема сигналов от блоков 200, электронный блок обрабатывает эти сигналы для определения расхода текучей среды, проходящей через отверстие 130 расходомера 100.

[0049] Согласно фиг.3, блок 200 коаксиально размещен в посадочном гнезде 165 и проходит от сквозного отверстия 130 к пазу 175 лотка 135. Таким образом, блок 200 имеет центральную или продольную ось 205, в целом совпадающую с центральной осью 166 посадочного гнезда 165, когда блок 200 соединен с патрубком 105 в посадочном гнезде 165. Совершая радиальное перемещение по направлению наружу от сквозного отверстия 130 патрубка 105, блок 200 содержит пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230 преобразователя, трансформаторный модуль 250, распорки 270 трансформаторного модуля, приемный модуль 300 и электрическое соединение 290. Пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230, трансформаторный модуль 250, распорки 270 трансформаторного модуля и приемный модуль 300 соединены встык в осевом направлении и коаксиально ориентированы относительно осей 166, 205. Таким образом, каждый из пьезоэлектрического модуля 210, держателя 230, трансформаторного модуля 250, распорок 270 и приемного модуля 300 имеет центральную ось, в целом совпадающую с осями 205, 166. Для обеспечения краткости, оси 166, 205 использованы в настоящей заявке для задания осевых положений различных элементов и компонентов блока 200, однако следует понимать, что каждый отдельный компонент имеет центральную ось, в целом совпадающую с осью 205 при его установке в блок 200 и совпадающую с осью 166 при установке в посадочное гнездо 165.

[0050] Согласно фиг.3-6, пьезоэлектрический модуль 210 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 210а, расположенный ближе к отверстию 130, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 210b, удаленный от отверстия 130, и содержит корпус 211, пьезоэлемент 212, согласующий слой 214 и электрический соединитель 216. На фиг.3-5 показан пьезоэлектрический модуль 210 с согласующим слоем 214 (например, после размещения согласующего слоя 214), а на фиг.6 пьезоэлектрический модуль 210 показан без согласующего слоя 214 (например, перед введением согласующего слоя 214).

[0051] Корпус 211 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 210а, b и, таким образом, может быть также описан в качестве корпуса, имеющего первый и второй концы 211а, b, в целом совпадающие с концами 210а, b. Первые концы 210а, 211а соответственно пьезоэлектрического модуля 210 и корпуса 211 проходят в осевом направлении (относительно осей 166, 205) относительно отверстия 130 и подвержены воздействию текучей среды, протекающей через сквозное отверстие 130. Кроме того, первый конец 211а корпуса 211 имеет глухое отверстие 213, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) от первого конца 211а. Пьезоэлемент 212 соосно размещен в глухом отверстии 213, расположенном ближе к первому концу 211а и отверстию 130. Пьезоэлемент 212 представляет собой пьезоэлектрический материал, создающий электрический потенциал в ответ на приложенное механическое усилие и создающий механическое усилие и/или напряжение в ответ на приложенное электрическое поле. В частности, пьезоэлемент 212 создает электрический потенциал и соответствующий ток в ответ на акустический сигнал и создает акустический сигнал в ответ на приложенный электрический потенциал и соответствующий ток. Обычно пьезоэлемент 212 может содержать любой подходящий пьезоэлектрический материал, такой как пьезоэлектрический кристалл или керамика. Однако в данном примере реализации пьезоэлемент 212 представляет собой пьезоэлектрический кристалл.

[0052] Согласующий слой 214 заполняет оставшуюся часть глухого отверстия 213 и полностью окружает или охватывает пьезоэлемент 212. Согласующий слой (например, согласующий слой 214) может содержать любой подходящий материал(ы), включая, без ограничения, пластик, металл, стекло, керамику, эпоксидную смолу, эпоксидную смолу с порошкообразным наполнителем, резину или резину с порошкообразным наполнителем. В данном примере реализации, согласующий слой 214 содержит эпоксидную смолу, которая введена в жидкой форме в глухое отверстие 213 вокруг пьезоэлемента 212 и над ним с обеспечением возможности ее упрочнения и отверждения. Независимо от материала согласующего слоя (например, согласующего слоя 214), согласующий слой обеспечивает акустическую связь между пьезоэлементом (например, пьезоэлементом 212) и текучей средой, протекающей через расходомер (например, текучей средой, протекающей через отверстие 130 расходомера 100). Согласно конкретным примерам реализации, раскрытым в настоящей заявке, акустический согласующий слой имеет акустический импеданс, промежуточный между импедансом пьезоэлемента и импеданса текучей среды в расходомере. При акустическом импедансе согласующего слоя, промежуточным между его значением для пьезоэлемента и для текучей среды в расходомере, происходит улучшение качества ультразвукового сигнала (например, увеличение амплитуды и ускорение нарастания импульса).

[0053] Согласно фиг.3-6, согласующий слой 214 и пьезоэлемент 212 присоединены к корпусу 211 в глухом отверстии 213. Обычно согласующий слой 214 может быть присоединен к корпусу 211 посредством каких-либо подходящих средств, включая, без ограничения, прикрепление, контактное взаимодействие или упругую установку, взаимодействие сопрягаемых резьб, акустическую соединяющую масляную краску, смазку или смолу. В данном примере реализации, согласующий слой 214 присоединен непосредственно к внутренней цилиндрической поверхности глухого отверстия 213 корпуса 211 посредством адгезионного соединения из эпоксидной смолы.

[0054] Согласно фиг.5 и 6, электрический соединитель 216 расположен во втором конце 210b пьезоэлектрического модуля 210 и присоединен ко второму концу 211b корпуса 211. В частности, второй конец 211b корпуса 211 содержит глухое отверстие 215, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) от второго конца 211b. Электрический соединитель 216 поверхностно смонтирован на печатной плате 217, расположенной в глухом отверстии 215, и проходит от нее в осевом направлении (относительно оси 205). В данном примере реализации, электрический соединитель 216 представляет собой гнездовой коаксиальный приемник или гнездовой разъем. Обычно "коаксиальные" соединители (например, штыревые коаксиальные соединители, гнездовые коаксиальные соединители, коаксиальные разъемы, коаксиальные приемники и т.п.) представляют собой соединители, выполненные с возможностью использования с коаксиальными кабелями и соединителями. Коаксиальные кабели и соединения содержат внутренний электрический проводник, окруженный трубчатым изолирующим слоем, обычно выполненным из мягкого материала, с высокой диэлектрической проницаемостью, причем все они окружены электрически проводящим слоем (обычно из тонкой проволочной сетки для обеспечения гибкости или тонкой металлической фольги) и покрыты снаружи тонким изолирующим слоем. Таким образом, коаксиальные кабели и соединения содержат радиально внутренний проводник и радиально внешний проводник, расположенный соосно с внутренним проводником и радиально удаленный от него посредством трубчатого изолирующего слоя.

[0055] Два вывода или провода (не показаны) электрически присоединяют пьезоэлемент 212 к печатной плате 217 и электрическому соединителю 216. Печатная плата 217 в пьезоэлектрическом модуле 210 предпочтительно содержит резистор между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250. В данном примере реализации, печатная плата 217 содержит мегаомный резистор (не показан), расположенный между двумя пьезоэлектрическими выводами для обеспечения безопасного разряда электрических зарядов в пьезоэлементе 212 при отсоединении пьезоэлектрического модуля 210 от трансформаторного модуля 250.

[0056] Печатная плата 217 и электрический соединитель 216 жестко закреплены на месте относительно корпуса 211 посредством наполнителя 218, заполняющего оставшуюся часть глухого отверстия 215 и расположенного вокруг периферии электрического соединителя 216. На фиг.5 показан пьезоэлектрический модуль 210 с наполнителем 218 (например, после введения наполнителя 218 в глухое отверстие 213), а на фиг.6 пьезоэлектрический модуль 210 показан без наполнителя 218 (например, до введения наполнителя 218 в глухое отверстие 213). Обычно наполнитель (например, наполнитель 218) может содержать любой подходящий материал, такой как пластик или эпоксидная смола. Наполнитель 218 предпочтительно формирует адгезионное соединение с печатной платой 217, электрическим соединителем 216, любыми резисторами и проволочными выводами в глухом отверстии 215 и корпусом 211 для жесткого удержания на месте каждого из этих компонентов. В данном примере реализации, наполнитель 218 представляет собой жесткую эпоксидную смолу, подобную согласующему слою 214.

[0057] Согласно фиг.3-6, радиально внешняя поверхность корпуса 211 (относительно оси 205) содержит внешнюю резьбу 221 на втором конце 211b, кольцевой выступ 222 между концами 211а, b и кольцевую выемку или канавку 223, расположенную в осевом направлении (относительно оси 205) вплотную к выступу 222 между резьбой 221 и выступом 222. Согласно фиг.3 и 4, кольцевая канавка 223 и расположенное в ней кольцевое уплотнение 225 задают уплотнительный блок 227, расположенный в радиальном направлении (относительно оси 205) между корпусом 211 и держателем 230. Уплотнительный блок 227 формирует кольцевое уплотнение между корпусом 211 и держателем 230 и ограничивает и/или предотвращает осевой поток текучей среды (например, относительно оси 205) между держателем 230 и корпусом 211. Например, уплотнительный блок 227 ограничивает и/или предотвращает протекание текучей среды через отверстие 130 между корпусом 211 и держателем 230. В данном примере реализации, кольцевое уплотнение 225 представляет собой упругое кольцевое уплотнение, которое после сборки оказывается сжато в радиальном направлении между корпусом 211 и держателем 230.

[0058] Согласно фиг.3 и 4, держатель 230 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 230а, расположенный ближе к отверстию 130, и радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 230b, удаленный от отверстия 130. Каждый конец 230а, b содержит соответственно глухое отверстие 231, 233 с соответствующими внутренними резьбами 232, 234. Глухие отверстия 231, 233 проходят в осевом направлении (относительно оси 205) соответственно от концов 230а, 230b. Второй конец 210b пьезоэлектрического модуля 210 завинчен в глухое отверстие 231 посредством сопрягаемых резьб 221, 232 и, согласно приведенному далее описанию, трансформаторный модуль 250 завинчен в глухое отверстие 233. Соединения сопрягаемых резьб 221, 232 предпочтительно достаточно для противодействия потенциальным силам, возникающим от задержанной текучей среды под давлением, которая со временем может проходить сквозь уплотнительный блок 227. Такое жесткое взаимодействие резьб 221, 232 может быть важно при удалении держателя 230 и пьезоэлектрического модуля 210 из посадочного гнезда 165 или при уменьшении давления в отверстии 130. Любой газ, задержанный между держателем 230 и пьезоэлектрическим модулем 210, может быть выпущен вокруг уплотнительного блока 227 при вывинчивании пьезоэлектрического модуля 210 из держателя 230.

[0059] Электрическое соединение 235 коаксиально размещено в сквозном отверстии 236, проходящем в осевом направлении (относительно оси 205) через держатель 230 между глухими отверстиями 231, 233. Соединение 235 имеет концы 235 а, b, присоединенные соответственно к пьезоэлектрическому модулю 210 и трансформаторному модулю 250. Соединение 235 электрически соединяет пьезоэлектрический модуль 210 и трансформаторный модуль 250 и обеспечивает возможность передачи данных, относящихся к текучей среде, протекающей в отверстии 130, от пьезоэлектрического модуля 210 к трансформаторному модулю 250. В данном примере реализации, электрическое соединение 235 выполнено коаксиальным или представляет собой коаксиальное соединение, содержащее коаксиальные соединители на каждом из концов 235а, b. Согласно приведенному далее подробному описанию, в данном примере реализации каждый из коаксиальных соединителей на концах 235а, b представляет собой штыревой коаксиальный соединитель, совмещаемый и сопрягаемый с соответствующими гнездовыми коаксиальными соединителями в пьезоэлектрическом модуле 210 и трансформаторном модуле 250.

[0060] Согласно фиг.3 и 4, кольцевое уплотнение 242, сформированное между электрическим соединением 235 и держателем 230, ограничивает и/или предотвращает таким образом осевой поток текучей среды (относительно оси 205) между соединением 235 и держателем 230. Кольцевого уплотнения 242, сформированного между соединением 235 и держателем 230, предпочтительно достаточно для выдерживания ожидаемых давлений текучей среды в отверстии 130, обычно составляющих примерно от 1 пси до 10000 пси. Таким образом, в том случае, если находящаяся под давлением текучая среда в отверстии 130 со временем проникает или проходит в обход уплотнительного блока 227, то кольцевое уплотнение 242 обеспечивает еще один барьер для ограничения и/или предотвращения достижения текучей средой, расположенной в отверстии 130, трансформаторного модуля 250, распорок 270, приемного модуля 300 и окружающей среды, расположенной с внешней стороны расходомера 100. В данном примере реализации, уплотнение 242 представляет собой стеклянное уплотнение, расположенное между соединением 235 и держателем 230.

[0061] Радиально внешняя (относительно оси 205) поверхность держателя 230 содержит кольцевой уступ 237, расположенный ближе ко второму концу 230b, внешнюю резьбу 238, расположенную между уступом 237 и первым концом 230а, и кольцевые выемки или пазы 239, расположенные в осевом направлении (относительно оси 205) между внешней резьбой 238 и первым концом 230а. Кольцевое уплотнение 241 размещено в каждом пазу 239. Пазы 239 и размещенные в них уплотнения 241 образуют уплотнительные блоки 240, расположенные в радиальном направлении (относительно оси 205) между держателем 230 преобразователя и патрубком 105. Уплотнительные блоки 240 ограничивают и/или предотвращают осевой поток текучей среды (относительно оси 205) между держателем 230 и патрубком 105. Таким образом, уплотнительные блоки ограничивают и/или предотвращают протекание текучей среды через отверстие 130 между держателем 230 и патрубком 105. В данном примере реализации, каждое кольцевое уплотнение 241 представляет собой упругое кольцевое уплотнение, которое оказывается сжато в радиальном направлении между патрубком 105 и держателем 230 после выполнения сборки.

[0062] Согласно приведенному выше описанию, уплотнительный блок 227 ограничивает и/или предотвращает поток текучей среды (например, текучей среды, протекающей через отверстие 130) между держателем 230 преобразователя и корпусом 211, а кольцевое уплотнение 242 ограничивает и/или предотвращает осевой поток текучей среды (относительно оси 205) между соединением 235 и держателем 230, а уплотнительные блоки 240 ограничивают и/или предотвращают поток текучей среды между держателем 230 преобразователя и патрубком 105. Таким образом, уплотнительный блок 227, уплотнительные блоки 240 и уплотнение 242 ограничивают и/или предотвращают выход из отверстия 130 протекающей в нем потенциально опасной, загрязняющей или агрессивной текучей среды через посадочное гнездо 165. Ограничение и/или предотвращение потока текучей среды из отверстия 130 через посадочное гнездо 165 может быть исключительно важно в ситуациях, в которых текучая среда в отверстии 130 содержит токсичные и/или ядовитые вещества (например, текучая среда представляет собой углеводородный поток, содержащий сероводород). Кроме того, уплотнительный блок 227, уплотнительные блоки 240 и уплотнение 242 поддерживают разность давлений между внешней средой снаружи патрубка 105 и текучей средой под давлением, протекающей в отверстии 130. Таким образом, несмотря на то что пьезоэлектрический модуль 210 подвержен воздействию текучей среды в отверстии 130 и соответствующих давлений, трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300 изолированы от текучей среды и давления в отверстии 130. В частности, трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300 подвержены только воздействию давления внешней среды снаружи патрубка 105.

[0063] Держатель 230 завинчен в патрубок 105 путем сопряжения резьбовых соединений 169, 238, а кольцевой уступ 237 держателя 230 взаимодействует с кольцевым уступом 167 посадочного гнезда 165. При выполнении сборки, держатель 230 завинчивают с перемещением в осевом направлении в посадочное гнездо 165 (относительно оси 166) до взаимодействия уступов 167, 237, предотвращая, таким образом, дальнейшее осевое перемещение держателя 210 (и блока 200 преобразователя) в посадочное гнездо 165. Таким образом, уступ 167 в посадочном гнезде 165 задает осевое положение держателя 230 преобразователя (и блока 200 преобразователя) в посадочном гнезде 165.

[0064] Согласно фиг.3, 4, 7 и 8, 9, трансформаторный модуль 250 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 250а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 250b и содержит корпус 251, трансформатор 252 и электрический соединитель 253. Корпус 251 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 250а, b и, таким образом, может быть также описан в качестве корпуса, имеющего первый и второй концы 251а, b, совпадающие с концами 250а, b. Кроме того, корпус 251 имеет сквозное отверстие 254, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 251а, b.

[0065] Согласно фиг. 7 и 8, электрический соединитель 253 расположен в первом конце 250а трансформаторного модуля 250 и присоединен к первому концу 251а корпуса 251. В частности, электрический соединитель 253 смонтирован с помощью поверхностного монтажа на печатной плате 255, расположенной в сквозном отверстии 254, и проходит от нее в осевом направлении (относительно оси 205). В данном примере реализации, электрический соединитель 253 представляет собой гнездовой коаксиальный приемник или гнездовой разъем. Первая пара выводов или проводов (не показаны) электрически присоединяет трансформатор 252 к печатной плате 255 и электрическому соединителю 253, а вторая пара выводов или проводов (не показаны) электрически соединяет трансформатор 252 и приемный модуль 300. Обычно трансформатор 252 согласовывает импеданс пьезоэлемента 212 и электронных устройств.

[0066] Печатная плата 255 и электрический соединитель 253 жестко закреплены на месте относительно корпуса 251 в сквозном отверстии 254 посредством наполнителя 256, заполняющего оставшуюся часть сквозного отверстия 254. На фиг.7 показан трансформаторный модуль 250 с наполнителем 256 (например, после введения наполнителя 256 в сквозное отверстие 254), и на фиг.8 трансформаторный модуль 250 показан без наполнителя 256 (например, до введения наполнителя 256 в сквозное отверстие 254). Обычно наполнитель (например, наполнитель 256) может содержать любой подходящий материал, такой как пластик или эпоксидную смолу. Наполнитель 256 предпочтительно формирует адгезионное соединение между печатной платой 255, электрическим соединителем 253, проволочными выводами и корпусом 251, достаточное для жесткого удержания на месте этих компонентов. В данном примере реализации, наполнитель 256 представляет собой жесткую эпоксидную смолу аналогично согласующему слою 214.

[0067] Согласно фиг.3, 4, 7 и 8, радиально внешняя (относительно оси 205) поверхность корпуса 251 содержит паз или выемку 257 на втором конце 251b, внешнюю резьбу 258 между концами 251а, b и плоские поверхности 259, расположенные ближе к первому концу 251а. В частности, внешняя резьба 258 расположена в осевом направлении (относительно оси 205) между вторым концом 251b и плоскими поверхностями 259, а плоские поверхности 259 расположены в осевом направлении (относительно оси 205) между внешней резьбой 258 и первым концом 251а. В данном примере реализации, на корпусе 251 выполнены две плоские поверхности 259, расположенные на угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180 градусов. Обычно плоские поверхности 259 образуют противолежащие плоские поверхности для взаимодействия с трансформаторным модулем 250 и его захвата с использованием ключа, который может быть использован для поворота трансформаторного модуля 250 относительно других компонентов. Радиально внутренняя поверхность корпуса 251 (относительно оси 205) содержит внутреннюю резьбу 261 на втором конце 251b.

[0068] Согласно фиг.3 и 4 и приведенному ранее описанию, электрическое соединение 235 расположено в сквозном отверстии 236 и проходит между пьезоэлектрическим модулем 210 и трансформаторным модулем 250. Концы 235а, b коаксиального соединения сопряжены и совмещены соответственно с электрическими соединителями 216, 253 с обеспечением, таким образом, электрического соединения пьезоэлектрического модуля 210 и трансформаторного модуля 250. В частности, трансформаторный модуль 250 завинчивают в глухое отверстие 233 держателя 230 путем сопряжения резьб 234, 258 до надлежащего введения и фиксации штыревого коаксиального соединителя 235b в совместимом электрическом соединителе 253. Аналогично, второй конец 210b пьезоэлектрического модуля 210 завинчивают в глухое отверстие 231 держателя 230 путем сопряжения резьб 221, 232 до надлежащего приема и размещения штыревого коаксиального соединителя 235а в совместимом электрическом соединителе 216. Таким образом, пьезоэлектрический модуль 210 и трансформаторный модуль 250 отделены друг от друга в осевом направлении (относительно оси 205) посредством электрического соединения 235.

[0069] Согласно фиг.3, 4, и 9, каждая в целом цилиндрическая распорка 270 имеет радиально внешний (относительно оси 110) или первый конец 270а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 270b и содержит сквозное отверстие 271, проходящее между концами 270а, b. Первый конец 270а содержит внешнюю резьбу 272, а второй конец 270b содержит внутреннюю резьбу 273. Кроме того, радиально внешняя поверхность каждой распорки 270 (относительно оси 205) содержит выемку или паз 274, плоские поверхности 275 и краевое кольцо или выступ 276. Паз 274 и плоские поверхности 275 расположены на втором конце 270b, а кольцевой выступ 276 расположен ближе к первому концу 270а. Каждый паз 274 и плоская поверхность 275 проходят в осевом направлении (относительно оси 205) от второго конца 270b. В данном примере реализации, на каждой распорке 270 выполнены две плоские поверхности 275, расположенные на угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180 градусов. Обычно плоские поверхности 275 образуют противолежащие плоские поверхности для взаимодействия с распоркой 270 и ее захвата с использованием ключа, который может быть использован для поворота распорки 270 относительно других компонентов. Согласно фиг. 9, выступ 276 имеет высоту H₂₇₆, измеренную в радиальном направлении (относительно оси 205) и превышающую его ширину W₂₇₆, измеренную в осевом направлении (относительно оси 205), и, таким образом, также может быть описан в качестве «тонкого» кольца или выступа. Согласно приведенному далее описанию, выступ 276 каждой распорки 270 выполнен «тонким», так что он может быть деформирован и загнут в сопрягаемый паз (например, паз 274 или паз 257, описанный ранее). Несмотря на то что на фиг.9 подробно показана только одна распорка 270, каждая из распорок 270 выполнена аналогичным образом. Однако осевая длина каждой распорки 270, при необходимости, может быть выполнена различной.

[0070] Согласно фиг.3 и 4, каждая распорка 270 завинчена в соседний компонент блока 200. Для последующего описания, крайняя правая распорка 270, показанная на фиг.3 и 4, названа "первой распоркой 270", крайняя левая распорка 270 на фиг.3 и 4 названа "второй распоркой 270." В данном примере реализации, первый конец 270а первой распорки 270 завинчен в сквозное отверстие 254 трансформаторного модуля 250 во втором конце 250b, а первый конец 270а второй распорки 270 завинчен в сквозное отверстие 271 во втором конце 270b первой распорки 270. В частности, первая распорка 270 завинчена в сквозное отверстие 254 путем сопряжения резьб 261, 272 до взаимодействия выступа 276 первой распорки 270 со вторым концом 250b трансформаторного модуля 250 или упора в него, а вторая распорка 270 завинчена в отверстие 271 во втором конце 270b второй распорки 270 путем сопряжения резьб 272, 273 до взаимодействия выступа 276 второй распорки 270 со вторым концом 270b первой распорки 270 или упора в него. После сопряжения выступа 276 первой распорки 270 со вторым концом 250b трансформаторного модуля 250, выступ 276 оказывается деформирован и загнут до взаимодействия с сопрягаемым пазом 257 трансформаторного модуля 250 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота распорки 270 относительно трансформаторного модуля 250. Аналогично, после взаимодействия выступа 276 второй распорки 270 со вторым концом 270b первой распорки 270, выступ 276 оказывается деформирован и загнут до взаимодействия с сопрягаемым пазом 274 первой распорки 270 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота второй распорки 270 относительно первой распорки 270. Для обеспечения возможности деформации и загиба выступа 276, каждая распорка 270 трансформатора предпочтительно содержит мягкий металл, такой как алюминий или медь. Кроме того, каждая распорка 270 может быть выполнена никелированной или анодизированной для улучшения коррозионной стойкости. Согласно приведенному далее описанию, хотя в блоке 200 преобразователя по фиг.3 показаны две распорки 270, обычно в каждом блоке 200 газового ультразвукового преобразователя может быть использовано любое количество распорок 270.

[0071] Согласно фиг.3 и 10-13, приемный модуль 300 содержит корпус 310, удерживающее приспособление 320, держатель 330 и приемник 340. Корпус 310, удерживающее приспособление 320, держатель 330 и приемник 340 расположены концентрически и коаксиально, причем каждый центрирован вокруг общей центральной оси (например, оси 205). В частности, удерживающее приспособление 320 радиально расположено в корпусе 310, держатель 330 радиально расположен в удерживающем приспособлении 320, а приемник 340 расположен радиально в держателе 330.

[0072] Корпус 310 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 310а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 310b и имеет сквозное отверстие 311, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 310а, b. Радиальная внутренняя поверхность корпуса 310 (относительно оси 205), заданная сквозным отверстием 311, содержит кольцевой уступ 313, расположенный в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 310а, b. Кроме того, внутренняя поверхность корпуса 310 имеет плоские поверхности 314, расположенные на угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180 градусов, и криволинейные или фасонные карманы или выемки 315, расположенные на угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180 градусов. Каждая плоская поверхность 314 расположена на угловом расстоянии от каждого кармана 315, составляющем 90 градусов, так что каждая плоская поверхность 314 расположена по периферии между двумя карманами 315. Каждый из плоских поверхностей 314 и карманов 315 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) от уступа 313 к первому концу 310а. Согласно фиг.12 и 13, клемма 345 электрически присоединена к внутренней поверхности корпуса 310 в сквозном отверстии 311 между одной из плоских поверхностей 314 и первым концом 310а. В данном примере реализации, клемма 345 присоединена к корпусу 310 посредством винта 346.

[0073] Согласно фиг.3 и 10-13, радиально внешняя поверхность корпуса 310 (относительно оси 205) содержит внешнюю резьбу 316 на первом конце 310а и плоские поверхности 317 во втором конце 310b. В данном примере реализации, выполнено шесть плоских поверхностей 317, равномерно расположенных под углом друг к другу с образованием, таким образом, шестигранной конструкции. Обычно плоские поверхности 317 могут образовывать различные варианты противолежащих плоских поверхностей для взаимодействия с корпусом 310 и его захвата ключом, который может быть использован для поворота корпуса 310 относительно других компонентов. Кроме того, радиально внешняя поверхность корпуса 310 содержит тонкое краевое кольцо или выступ 318 , расположенный в осевом направлении (относительно оси 205) между резьбой 316 и плоскими поверхностями 317.

[0074] Согласно фиг.3, первый конец 310а корпуса 310 размещен путем завинчивания в сквозном отверстии 271 распорки 270 на втором конце 270b. В частности, корпус 310 завинчен в сквозное отверстие 271 путем сопряжения резьб 273, 316 до взаимодействия выступа 318 корпуса 310 со вторым концом 270b распорки 270 или упирания в него. В результате взаимодействия выступа 318 корпуса 310 со вторым концом 270b распорки 270, выступ 318 оказывается деформирован и загнут до взаимодействия с сопрягаемым пазом 274 распорки 270 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота корпуса 310 относительно распорки 270. Для обеспечения возможности деформации и загиба выступа 318, корпус 310 предпочтительно содержит мягкий металл, такой как алюминий или медь. Кроме того, корпус 310 может быть выполнен никелированным для улучшения коррозийной стойкости.

[0075] Согласно фиг.3 и 10-13, удерживающее приспособление 320 имеет радиально внешний (относительно оси 110) или первый конец 320а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 320b и имеет сквозное отверстие 321, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 320а, b. Радиально внутренняя поверхность удерживающего приспособления 320 (относительно оси 205), определяемая сквозным отверстием 321, содержит кольцевой уступ 322, расположенный в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 320а, b, но ближе к первому концу 320а.

[0076] Радиально внешняя поверхность удерживающего приспособления 320 (относительно оси 205) содержит плоские поверхности 323 и выступы 324, проходящие наружу в радиальном направлении (относительно оси 205). В данном примере реализации выполнены две плоские поверхности 323, расположенные на угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180 градусов. Каждая плоская поверхность 323 проходит полностью от первого конца 320а ко второму концу 320b и имеет размер и выполнена с возможностью подвижного взаимодействия и сопряжения с одной из плоских поверхностей 314 корпуса 310. Кроме того, в данном примере реализации, на первом конце 320а выполнены два выступа 324, расположенные на угловом расстоянии друг от друга, составляющем 180 градусов. Каждый выступ 324 имеет размер и выполнен с возможностью подвижного взаимодействия и сопряжения с одним из карманов 315 корпуса 310. Согласно фиг.11 и 12, удерживающее приспособление 320 расположено в корпусе 310 соосно с ним. Выступы 324 удерживающего приспособления 320 расположены в сопрягаемых карманах 315 корпуса 310, а плоские поверхности 323 удерживающего приспособления 320 взаимодействуют с сопрягаемыми плоскими поверхностями 314 корпуса 310 с формированием, таким образом, закрепленного соединения, которое ограничивает и/или предотвращает поворот удерживающего приспособления 320 относительно корпуса 310. Кроме того, выступы 324 взаимодействуют с уступом 313 корпуса 310 или упираются в него с обеспечением, таким образом, содействия осевому размещению (относительно оси 205) удерживающего приспособления 320 относительно корпуса 310.

[0077] Согласно фиг.10-12, удерживающее приспособление 320 также содержит сквозной паз 325, проходящий в радиальном направлении через удерживающее приспособление 320 (относительно оси 205) от внешней поверхности до внутренней поверхности удерживающего приспособления 320. Паз 325 отцентрирован в осевом направлении с осью 205 и имеет радиально внутренний (относительно оси 205) или первый конец 325а и радиально внешний (относительно оси 205) или второй конец 325b. Согласно фиг.10 и 11, разъем 325 имеет длину L₃₂₅, измеренную в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 325а, b, ширину W₃₂₅, измеренную по периферии между боковыми сторонами паза 325, и глубину D₃₂₅, измеренную в радиальном направлении (относительно оси 205) между радиально внешней и радиально внутренней поверхностями удерживающего приспособления 320. Длина L₃₂₅ паза 325 больше его ширины W₃₂₅ и, таким образом, паз 325 может быть назван "удлиненным".

[0078] Паз 325 имеет размер и выполнен с возможностью размещения в нем шара 326 с радиусом R₃₂₆. Согласно фиг.10 и 11, длина L₃₂₅ паза 325 в четыре раза больше радиуса R₃₂₆ (то есть больше чем в два раза, чем диаметр шара 326), ширина W₃₂₅ паза 325 несколько больше, чем в два раза радиуса R₃₂₆ (то есть несколько больше диаметра шара 326), а глубина D₃₂₅ паза 325 меньше в два раза радиуса R₃₂₆ (то есть меньше диаметра шара 326). Таким образом, шар 326 совершает свободное перемещение в осевом направлении в пазу 325 между концами 325а, b, и ограничен в перемещении по периферии или в сторону относительно паза 325, и проходит радиально (относительно оси 205) от паза 325.

[0079] Согласно фиг.3 и 10-13, держатель 330 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 330а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 330b и имеет сквозное отверстие 331, проходящее в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 330а, b. Сквозное отверстие 331 в целом выполнено цилиндрическим и имеет внутреннюю резьбу 332, проходящую в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 330а, b. Кроме того, радиально внешняя поверхность держателя 330 (относительно оси 205) содержит кольцевой выступ 333 на первом конце 330а, кольцевую канавку или выемку 334 на втором конце 330b и спиральную канавку или выемку 335, расположенную в осевом направлении (относительно оси 205) между концами 330а, b.

[0080] Согласно фиг.11 и 12, в данном примере реализации, кольцевая выемка 334 выполнена прямоугольной в поперечном сечении и имеет цилиндрическое основание 334а, в целом ориентированное параллельно оси 205, и две кольцевые боковые стенки 334b, разнесенные в осевом направлении на расстоянии друг от друга (относительно оси 205) и расположенные в целом перпендикулярно оси 205. Каждая боковая стенка проходит в радиальном направлении наружу (относительно оси 205) от основания 334а до внешней поверхности держателя 330. Кольцевая выемка 334 имеет размер и выполнена с возможностью сопряжения со стопором или защелкой 336, расположенной вокруг держателя 330 в выемке 334. Согласно фиг.10, стопор 336 имеет концы 336а, b и в целом имеет форму разомкнутого кольца. Концы 336а, b расположены на угловом расстоянии друг от друга, составляющем более 180 градусов (относительно оси 205). Согласно фиг.10 и 11, стопор 336 имеет внутренний диаметр D₃₃₆, который по существу соответствует диаметру D_334а цилиндрического основания 334а выемки 334 или несколько больше его. Однако, поскольку концы 336а, b расположены на угловом расстоянии друг от друга, составляющем более 180 градусов (относительно оси 205), то наиболее короткое расстояние L₃₃₆ между концами 336а, b меньше внутреннего диаметра D₃₃₆ и меньше внешнего диаметра D_334а. Таким образом, при установке стопора 336 на держатель 330 в выемку 334 происходит проталкивание концов 336а, b или их отталкивание, поскольку держатель 330 проходит между концами 336а, b, а затем зацепляет или пружинит назад в свое исходное положение и расстояние L₃₃₆, поскольку они совершают перемещение в нижнюю половину держателя 330 и выемки 334. Кроме того, в данном примере реализации, распорное кольцо или прокладка 337 размещена вокруг держателя 330 и расположена в осевом направлении соответственно (относительно оси 205) между стопором 336 и вторыми концами 310b, 320b корпуса 310 и удерживающим приспособлением 320. Посредством стопора 336, надлежащим образом установленного в выемке 334, концы 336а, b ограничивают и/или предотвращают перемещение в радиальном направлении (относительно оси 205) стопора 336 относительно держателя 330.

[0081] Согласно фиг.10, спиральная канавка 335 имеет первый конец 335а и второй конец 335b, расположенный в осевом направлении (относительно оси 205) на расстоянии от первого конца 335а. Кроме того, спиральная канавка 335 проходит по периферии вокруг всего держателя 330. В частности, при перемещении вдоль спиральной канавки 335 от конца 335а к концу 335b, спиральная канавка 335 проходит на угловое расстояние, составляющее 360 градусов или превышающее это расстояние. Кроме того, согласно фиг.11 и 12, спиральная канавка 335 выполнена дугообразной или криволинейной в поперечном сечении и имеет радиус R₃₃₅ кривизны и глубину D₃₃₅. Радиус R₃₃₅ кривизны спиральной канавки 335 по существу такой же, как радиус R₃₂₆ шара 326 или несколько больше его, а глубина D₃₃₅ спиральной канавки 335 меньше радиуса R₃₂₆ шара 326 (то есть меньше половины диаметра шара 326). Таким образом, канавка 335 имеет размер и выполнена с возможностью размещения шара 326. Паз 325 проходит в осевом направлении (относительно оси 205) поперек спиральной канавки 335. Длина L₃₂₅ паза 325 достаточна для его прохождения в осевом направлении (относительно оси 205) над концами 335а, b спиральной канавки 335. Кроме того, шар 326 расположен как в пазу 325, так и в канавке 335. Вследствие придания таких размеров шару 326, пазу 325 и спиральной канавке 335, шар 326 оказывается ограничен в перемещении в радиальном направлении (относительно оси 205) наружу из положения взаимодействия с пазом 325 и канавкой 335 посредством внутренней поверхности корпуса 310.

[0082] Согласно фиг.3 и 10-13, держатель 330 коаксиально расположен в удерживающем приспособлении 320. В частности, радиально внешняя поверхность (относительно оси 205) держателя 330 подвижно взаимодействует с радиально внутренней поверхностью удерживающего приспособления 320, определяемой сквозным отверстием 321. Другими словами, держатель 330 и удерживающее приспособление 320 не соединены друг с другом посредством резьбового соединения. Перемещение держателя 330 в осевом направлении (относительно оси 205) относительно удерживающего приспособления 320 ограничено посредством стопора 336 и уступа 322 удерживающего приспособления 320. В частности, кольцевой выступ 333 держателя 330 взаимодействует с уступом 322 удерживающего приспособления 320, а стопор 336 взаимодействует с боковыми стенками 334b выемки 334 и прокладки 337. Однако держатель 330 может свободно вращаться относительно удерживающего приспособления 320 вокруг оси 205. При повороте держателя 330 вокруг оси 205, стопор 336 подвижно взаимодействует с прокладкой 337, а шар 326 свободно вращается в пазу 325 и спиральной канавке 335. Согласно приведенному ранее описанию, происходит ограничение и/или предотвращение выхода шара 326 из паза 325 и спиральной канавки 335. Кроме того, поворот держателя 330 относительно удерживающего приспособления 320 ограничен взаимодействием шара 326 с концом 335а или концом 335b спиральной канавки 335. Другими словами, при повороте держателя 330 вокруг оси 205 в первом направлении, шар 326 перемещается в канавке 335 до взаимодействия с одним из концов 335а, b канавки 335 , ограничивая и/или предотвращая, таким образом, дальнейший поворот держателя 330 относительно удерживающего приспособления 320 в первом направлении. Аналогично, при вращении держателя 330 вокруг оси 205 во втором направлении, противоположном первому направлению, шар 326 перемещается в канавке 335 до взаимодействия с другим концом 335а, b этой канавки, ограничивая и/или предотвращая тем самым дальнейшее вращение держателя 330 относительно удерживающего приспособления 320 во втором направлении. Поскольку концы 335а, b расположены на угловом расстоянии друг от друга, составляющем более 360 градусов, то держатель 330 свободно вращается по меньшей мере на 360 градусов вокруг оси 205 от каждого конца 335а, b до взаимодействия с другим концом 335а, b. Таким образом, спиральная канавка 335 выполнена с обеспечением возможности полного поворота держателя 330 на 360 градусов относительно удерживающего приспособления 320, однако предотвращает поворот на угол, превышающий 360 градусов.

[0083] Приемник 340 расположен коаксиально в держателе 330 и имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 340а и радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 340b. Радиально внешняя поверхность (относительно оси 205) штепсельного разъема 340 имеет внешнюю резьбу 341, проходящую между концами 340а, b. Зажимная гайка 342 с внутренней резьбой 343 расположена вокруг держателя 330 ближе ко второму концу 340b. В частности, зажимная гайка 342 завинчена в держатель 330 путем сопряжения резьб 341, 343. Кроме того, второй конец 340b содержит соединитель 344, соединенный с соединением 290. Соединитель 344 электрически соединен с проводами (не показаны), проходящими в осевом направлении (относительно оси 205) от первого конца 340а через сквозное отверстие 271 каждой распорки 270 к трансформатору 252 с обеспечением, таким образом, электрического соединения и возможности обмена данными с трансформатором 252 с использованием электрического соединения 290 и кабеля 125. В данном примере реализации, разъем 344 представляет собой гнездовой коаксиальный разъем, в котором размещено электрическое соединение 290.

[0084] Согласно фиг.11-13, приемник 340 расположен в держателе 330 соосно с ним. В частности, приемник 340 завинчен в сквозное отверстие 331 и продвинут в осевом направлении (относительно оси 205) в сквозное отверстие 331 или из него путем сопряжения резьб 332, 341. Зажимная гайка 342 навинчена на приемник 340 и взаимодействует со вторым концом 330b держателя 330, ограничивая и/или предотвращая тем самым относительное осевое перемещение (относительно оси 205) между держателем 330 и приемником 340.

[0085] Согласно фиг.10-12, приемный модуль 300 может быть собран путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) первого конца 340а приемника 340 в сквозное отверстие 331 на втором конце 330b держателя 330 и завинчивания приемника 340 в сквозное отверстие 331 путем сопряжения резьб 332, 341 до выравнивания концов 330а, 340а (относительно оси 205) в осевом направлении или их расположения ближе друг к другу. Затем зажимную гайку 342 навинчивают на приемник 340 от второго конца 340b до взаимодействия со вторым концом 330b с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения относительного осевого и поворотного перемещения (относительно оси 205) между держателем 330 и приемником 340. Затем второй конец 330b держателя 330 (включая приемник 340) вставляют в сквозное отверстие 321 на первом конце 320а удерживающего приспособления 320 и продвигают в осевом направлении (относительно оси 205) в удерживающее приспособление 320 до взаимодействия кольцевого выступа 333 держателя 330 с уступом 322 удерживающего приспособления 320. Паз 325 в удерживающем приспособлении 320 и спиральная канавка 335 держателя 330 имеют такой размер и размещены таким образом, что они перекрывают друг друга при упирании выступа 333 в уступ 322. Кроме того, шар 326 размещен в пазу 325 своей радиально нижней частью (относительно оси 205), взаимодействующей со спиральной канавкой 335. При надлежащем размещении шара 326 в пазу 325 и спиральной канавке 335, выступы 324 и плоские поверхности 323 удерживающего приспособления 320 выравнены по периферии соответственно с карманами 315 и плоскими поверхностями 314 корпуса 310, а второй конец 320b удерживающего приспособления 320 вставлен и продвинут в осевом направлении в сквозное отверстие 311 корпуса 310 на первом конце 310а до взаимодействия кольцевых выступов 324 с уступом 313. Согласно приведенному ранее описанию, взаимодействие выступов 324 с карманами 315 и плоских поверхностей 323 с плоскими поверхностями 314 ограничивает и/или предотвращает вращение (вокруг оси 205) удерживающего приспособления 320 и корпуса 310 относительно друг друга. Кроме того, согласно приведенному ранее описанию, при расположении корпуса 310 вокруг удерживающего приспособления 320 и держателя 330, радиально внутренняя поверхность (относительно оси 205) корпуса 310 ограничивает и/или предотвращает выход шара 326 из паза 325 и спиральной канавки 335 . Кроме того, вторые концы 340b, 330b соответственно приемника 340 и держателя 330 вставлены в прокладку 337, которая продвинута в осевом направлении (относительно оси 205) через приемник 340 и держатель 330 до ее взаимодействия со вторыми концами 320b, 310b соответственно удерживающего приспособления 320 и корпуса 310. При надлежащем размещении прокладки 337, стопор 336 расположен вокруг держателя 330 в выемке 334, обеспечивая тем самым ограничение и/или предотвращение относительного осевого перемещения (относительно оси 205) между держателем 330, удерживающим приспособлением 320 и корпусом 310. Однако, согласно приведенному ранее описанию, держатель 330 и, таким образом, приемник 340 имеют возможность вращения относительно удерживающего приспособления 320, обеспеченную посредством взаимодействия шара 326 и спиральной канавки 335.

[0086] Согласно фиг.3, электрическое соединение 290 содержит первый конец 290а, присоединенный к приемнику 340, и второй конец 290b, присоединенный к кабелю 125. В данном примере реализации, соединение 290 представляет собой прямоугольный нажимно-вытяжной разъем, концы 290а, b которого ориентированы под углом 90 градусов относительно друг друга. Кроме того, в данном примере реализации, первый конец 290а представляет собой штыревую часть коаксиального разъема, сопрягаемую с гнездовой частью коаксиального разъема 344. Таким образом, соединение 290 электрически соединяет кабель 125 с приемником 340 и блоком 200, обеспечивая, тем самым, возможность обмена данными между ними. Кабель 125 проходит от второго конца 290b электрического соединения 290 до электронного блока 40, принимающего данные от всех блоков газовых ультразвуковых преобразователей и рассчитывающего расход потока текучей среды в отверстии 130 патрубка 105.

[0087] Согласно фиг.3, прямоугольное нажимно-вытяжное разъемное соединение 290 предпочтительно расположено и ориентировано таким образом, что первый конец 290а проходит в осевом направлении (относительно оси 166) в посадочное гнездо 165, ближайшее к приемнику 344, а второй конец 290b проходит в радиальном направлении (относительно оси 166) вверх в пазу 175 лотка 135. В частности, первый конец 290а предпочтительно проходит в осевом направлении (относительно оси 166) в посадочное гнездо 165, ближайшее к разъему 344, для обеспечения возможности вставки первого конца 290а в сопрягаемый коаксиальный приемник 344. Кроме того, второй конец 290b предпочтительно проходит в радиальном направлении (относительно оси 166) вверх в пазу 175 лотка 135, так что (а) кабель 125 и соединение 290 закрыты и защищены посредством крышки 120, и (b) кабель 125 проходит вверх по направлению к электронному блоку 40, расположенному на верхней части патрубка 105. Согласно приведенному ранее описанию, держатель 330 и приемник 340 могут быть повернуты на 360 градусов относительно удерживающего приспособления 320 с обеспечением, таким образом, возможности поворота прямоугольного нажимно-вытяжного разъемного соединения 290 на 360 градусов для обеспечения надлежащего выравнивания второго конца 290b в пазу 175. Однако поворот приемника 340 и удерживающего приспособления 320 ограничен взаимодействием концов 335а, b спиральной канавки и шара 326 и, таким образом, ограничен и/или предотвращен чрезмерный поворот прямоугольного нажимно-вытяжного разъемного соединения 290 и нежелательное чрезмерное скручивание кабеля 125.

[0088] Согласно фиг.3, 4 и 10-12, порядок сборки различных компонентов блока 200 может быть различным. Однако блок 200 предпочтительно собран до вставки в посадочное гнездо 165 и, кроме того, первый сборочный узел, содержащий трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300, предпочтительно собран до присоединения трансформаторного модуля 250 к держателю 230. Кроме того, пьезоэлектрический модуль 210 может быть присоединен к держателю 230 до присоединения первого сборочного узла (содержащего трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300) к держателю 230 или после него. Однако уплотненное электрическое соединение 235 размещено (относительно оси 205) в сквозном отверстии 236 держателя 230 до завинчивания пьезоэлектрического модуля 210 и сборочного узла (содержащего трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300) к держателю 230.

[0089] Далее, согласно фиг.3, 4 и 10-12, будет описан примерный способ сборки блока 200 газового преобразователя. Первый сборочный узел, содержащий трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300, собирают путем соединения трансформаторного модуля 250, распорок 270 и приемного модуля 300 в произвольном порядке. В примерном способе сборки, описанном далее, эти компоненты собраны в порядке перемещения слева на право согласно фиг.3. Концы двух вторичных проводов трансформатора (не показаны), присоединенные к печатной плате 255 трансформаторного модуля 250, проводят в осевом направлении (относительно оси 205) через сквозное отверстие 271 первой распорки 270. Затем первую распорку 270 присоединяют к трансформаторному модулю 250 путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) первого конца 270а первой распорки 270 в глухое отверстие 254 трансформаторного модуля 250 и вставки первого конца 270а в глухое отверстие 254 путем сопряжения резьб 261, 272 до взаимодействия выступа 276 со вторым концом 250b трансформаторного модуля 250. Плоские поверхности 275 на втором конце 270b первой распорки 270 и плоские поверхности 259 на первом конце 250а трансформаторного модуля 250 могут быть использованы для поворота первой распорки 270 относительно трансформаторного модуля 250. При надлежащем размещении первого конца 270а первой распорки 270 в глухом отверстии 254, выступ 276 оказывается деформирован и загнут в паз 257 трансформаторного модуля 250 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота (и дальнейшего завинчивания или вывинчивания) первой распорки 270 относительно трансформаторного модуля 250. Затем концы двух вторичных проводов трансформатора (не показаны), присоединенные к печатной плате 255 трансформаторного модуля 250 и проходящие через сквозное отверстие 271 первой распорки 270, вводят в осевом направлении (относительно оси 205) в сквозное отверстие 271 второй распорки 270 и проводят их через все сквозное отверстие. Далее присоединяют вторую распорку 270 к первой распорке 270 путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) первого конца 270а второй распорки 270 в сквозное отверстие 271 первой распорки 270 на втором конце 270b и завинчивают первый конец 270а второй распорки 270 в сквозное отверстие 271 первой распорки 270 путем сопряжения резьб 272, 273 до взаимодействия выступа 276 второй распорки 270 со вторым концом 270b первой распорки 270. Плоские поверхности 275 на втором конце 270b второй распорки 270 и плоские поверхности 275 на втором конце 270b первой распорки 270 (или плоские поверхности 259 на первом конце 250а трансформаторного модуля 250) могут быть использованы для поворота второй распорки 270 относительно первой распорки 270 и трансформаторного модуля 250. При надлежащем размещении первого конца 270а второй распорки 270 в сквозном отверстии 271 первой распорки 270, выступ 276 второй распорки 270 оказывается деформирован и загнут в паз 274 первой распорки 270 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота (и дальнейшего завинчивания или вывинчивания) второй распорки 270 относительно первой распорки 270 и трансформаторного модуля 250.

[0090] Один из концов заземляющего провода (не показан) обжимают в клемму 345, прикрепленную к корпусу 310 посредством винта 346. Другой конец заземляющего провода (не показан) припаивают к первому выводу (например, выводу 1), проходящему от первого конца 340а приемника 340. Кроме того, концы двух вторичных проводов трансформатора (не показаны), присоединенные к печатной плате 255 трансформаторного модуля 250 и проходящие через сквозные отверстия 271 первой распорки 270 и второй распорки 270, припаивают соответственно ко второму и третьему выводам (например, выводам 2 и 3), проходящим от первого конца 340а приемника 340.

[0091] Затем приемный модуль 300 присоединяют ко второй распорке 270 путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) первого конца 310а корпуса 310 в сквозное отверстие 271 второй распорки 270 на втором конце 270b, и завинчивают первый конец 310а корпуса 310 в сквозное отверстие 271 второй распорки 270 путем совмещения резьб 273, 316 до взаимодействия выступа 318 корпуса 310 со вторым концом 270b второй распорки 270. Плоские поверхности 317 на втором конце 310b корпуса 310 и плоские поверхности 275 на втором конце 270b второй распорки 270 (или плоские поверхности 275 на втором конце 270b первой распорки 270 или плоские поверхности 259 на первом конце 250а трансформаторного модуля 250) могут быть использованы для поворота корпуса 310 относительно второй распорки 270, первой распорки 270 и трансформаторного модуля 250. При надлежащем размещении первого конца 310а корпуса 310 в сквозном отверстии 271 второй распорки 270, выступ 318 корпуса 310 оказывается деформирован и загнут в паз 274 второй распорки 270 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота (и дальнейшего завинчивания или вывинчивания) корпуса 310 относительно второй распорки 270, первой распорки 270 и трансформаторного модуля 250.

[0092] После сборки, первый сборочный узел, содержащий приемный модуль 300, распорки 270 и трансформаторный модуль 250, может быть присоединен к держателю 230 путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) первого конца 251а трансформаторного модуля 250 в глухое отверстие 233 держателя 230 и завинчивания трансформаторного модуля 250 в глухое отверстие 233 путем сопряжения резьб 234, 258 до надлежащего размещения трансформаторного модуля 250 в глухом отверстии 233. До присоединения первого сборочного узла к держателю 230 или после него, пьезоэлектрический модуль 210 может быть присоединен к держателю 230. Пьезоэлектрический модуль 210 присоединен к держателю 230 путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) второго конца 210b пьезоэлектрического модуля 210 в глухое отверстие 231 держателя 230 и завинчивания второго конца 210b в глухое отверстие 231 путем сопряжения резьб 221, 232 до надлежащего размещения второго конца 210b в глухом отверстии 231. Согласно приведенному выше описанию, уплотненное электрическое соединение 235 размещают в глухом отверстии 236 держателя 230 до завинчивания первого сборочного узла и пьезоэлектрического модуля 210 в соответствующие глухие отверстия 233, 231. Трансформаторный модуль 250 и пьезоэлектрический модуль 210 предпочтительно уплотнены в соответствующих глухих отверстиях 233, 231, так что штыревые коаксиальные соединения 235а, b уплотненного электрического соединения 235 надлежащим образом взаимодействуют с сопрягаемыми электрическими соединителями 216, 253 соответственно пьезоэлектрического модуля 210 и трансформаторного модуля 250.

[0093] На фиг.14 показан один из примеров реализации блока 500 газового ультразвукового преобразователя, коаксиально расположенного в посадочном гнезде 465 патрубка 405, по существу соответствующем посадочному гнезду 165 и патрубку 105, описанным ранее. Блок 500 имеет центральную или продольную ось 505, которая в целом совпадает с центральной осью 466 посадочного гнезда 465 при присоединении блока 500 к патрубку 405 в посадочном гнезде 465. Блок 500 аналогичен блоку 200, описанному ранее. В частности, блок 500 содержит трансформаторный модуль 550, который изолирован путем уплотнения от текучей среды, протекающей через сквозное отверстие 430 патрубка 405, и давлений в сквозном отверстии 430. Однако в данном примере реализации, держатель трансформатора и пьезоэлектрический модуль по существу совмещены в одну цельную конструкцию и, кроме того, для их электрического соединения использовано штыревое соединение (по сравнению с коаксиальным соединением).

[0094] При перемещении наружу из сквозного отверстия 430 патрубка 405, блок 500 содержит пьезоэлектрический модуль 510 и трансформаторный модуль 550. Согласно приведенному ранее описанию, к трансформаторному модулю 550 могут быть присоединены по меньшей мере одна распорка 270 трансформаторного модуля, приемный модуль 300 (не показан) и электрическое соединение 290 (не показано). Пьезоэлектрический модуль 510 и трансформаторный модуль 550 (и любая из распорок 270 трансформаторного модуля, приемный модуль 300 и электрическое соединение 290) соединены встык в осевом направлении и коаксиально ориентированы относительно осей 466, 505. С целью упрощения, оси 466, 505 использованы в настоящем описании для задания осевых положений различных элементов и компонентов блока 500, и следует понимать, что каждый отдельный компонент имеет центральную ось, в целом совпадающую с осью 505 при сборке в блок 500 и в целом совпадающую с осью 466 при установке в посадочное гнездо 465.

[0095] Согласно фиг.14-16, пьезоэлектрический модуль 510 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 510а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 510b и содержит корпус 511, пьезоэлемент 512 и согласующий слой 514. Корпус 511 проходит в осевом направлении (относительно оси 505) между концами 510а, b и, таким образом, может быть описан как имеющий первый и второй концы 511а, b, совпадающие соответственно с концами 510а, b. Первые концы 510а, 511a соответственно пьезоэлектрического модуля 510 и корпуса 511 проходят в осевом направлении (относительно осей 466, 505) до сквозного отверстия 430 и открыты воздействию текучей среды, протекающей в сквозном отверстии 430. Кроме того, первый конец 511а корпуса 511 содержит глухое отверстие 513, проходящее в осевом направлении (относительно оси 505) от конца 511а, а второй конец 511b корпуса 511 содержит глухое отверстие 517, проходящее в осевом направлении (относительно оси 505) от конца 511b. Два сквозных отверстия 536 проходят в осевом направлении через корпус 511 между глухими отверстиями 513, 517. Одно электрическое соединение 535 коаксиально расположено в каждом сквозном отверстии 536, а соединения 535 имеют концы 535а, b. В данном примере реализации, каждое электрическое соединение 535 представляет собой удлиненный штырь, проходящий через одно из сквозных отверстий 536. Между каждым соединением 535 и корпусом 511 использовано кольцевое уплотнение 542, ограничивающее и/или предотвращающее осевой поток текучей среды (относительно оси 505) между соединением 535 и корпусом 511. Уплотнение 542, сформированное между соединением 535 и корпусом 511, предпочтительно достаточно для выдерживания давления текучей среды в отверстии 430, которое обычно превышает давление внешней среды. В данном примере реализации, каждое уплотнение 542 представляет собой стеклянное уплотнение.

[0096] Пьезоэлемент 512 размещен в глухом отверстии 513 ближе к первому концу 511а и отверстию 430 и окружен согласующим слоем 514 или заключен в него. Аналогично пьезоэлементу 212, описанному ранее, пьезоэлемент 512 представляет собой пьезоэлектрический материал, создающий электрический потенциал в ответ на прикладываемое механическое напряжение и создает механическое напряжение и/или деформацию в ответ на прикладываемое электрическое поле. Обычно пьезоэлемент 512 может содержать подходящий пьезоэлектрический материал, такой как пьезоэлектрический кристалл или керамика. Однако в данном примере реализации, пьезоэлемент 512 представляет собой пьезоэлектрический кристалл.

[0097] Согласующий слой 514 обычно заполняет глухое отверстие 513 и окружает пьезоэлемент 512. После установки в глухое отверстие 513, согласующий слой 514 располагается в осевом направлении (относительно оси 505) от радиально внутреннего (относительно оси 110) или первого конца 514а, ближнего к отверстию 430 (с 510а), и радиально внешнего (относительно оси 110) или второго конца 514b, удаленного от отверстия 430 и смежных сквозных отверстий 536. В данном примере реализации, два разъема или приемника 516 расположены в согласующем слое 514, а каждый разъем 516 в целом выровнен с одним из сквозных отверстий 536 и соединений 535. В частности, в данном примере реализации, каждый разъем 516 представляет собой гнездовую часть разъема, в котором размещают конец 535а одного из соединений 535. Два вывода или провода (не показаны) электрически присоединяют пьезоэлемент 512 к гнездовым разъемам 516. Гнездовые разъемы 516 жестко закреплены на месте относительно корпуса 511 посредством согласующего слоя 514, который в целом заполняет глухое отверстие 513 и окружает пьезоэлемент 512.

[0098] Согласно фиг.14-16, согласующий слой 514 и пьезоэлемент 512 присоединены к корпусу 511 в глухом отверстии 513. В данном примере реализации, согласующий слой 514 присоединен непосредственно к внутренней цилиндрической поверхности глухого отверстия 513 корпуса 511. Согласующий слой (например, согласующий слой 514) может содержать любой подходящий материал, такой как пластик, металл, стекло, керамика, эпоксидная смола, эпоксидная смола с порошкообразным наполнителем, резина или резина с порошкообразным наполнителем. В данном примере реализации, согласующий слой 514 содержит эпоксидную смолу, введенную в глухое отверстие 514 и расположенную вокруг пьезоэлемента 512 и над ним, два вывода или провода (не показаны), электрически присоединяющие пьезоэлемент 512 к гнездовым разъемам 516, каждому разъему 516 и каждому соединению 535. Вне зависимости от материала согласующего слоя (например, согласующего слоя 514), согласующий слой обеспечивает акустическое соединение между пьезоэлементом (например, пьезоэлементом 512) и текучей средой, протекающей через расходомер. Согласно конкретным примерам реализации, раскрытым в настоящей заявке, акустический согласующий слой имеет акустический импеданс, промежуточный между импедансом пьезоэлемента и импедансом текучей среды в расходомере. При наличии у согласующего слоя акустического импеданса, промежуточного между его значением для пьезоэлемента и для текучей среды в расходомере, происходит улучшение качества ультразвукового сигнала (например, увеличение амплитуды и ускорение нарастания импульса).

[0100] Согласно фиг.14 и 15, радиально внешняя поверхность корпуса 511 (относительно оси 505) содержит кольцевой уступ 537, ближайший ко второму концу 510b, внешнюю резьбу 538, расположенную между уступом 537 и внутренний конец 510а, и кольцевую выемку или канавку 539, расположенную в осевом направлении (относительно оси 505) между внешней резьбой 538 и внутренним концом 510а. Кольцевое уплотнение 541 расположено в канавке 539. Канавка 539 и расположенное в ней уплотнение 541 формируют уплотнительный блок 540, расположенный в радиальном направлении (относительно оси 505) между пьезоэлектрическим модулем 510 и патрубком 405. Уплотнительный блок 540 формирует кольцевое уплотнение между пьезоэлектрическим модулем 510 и патрубком 405 , ограничивая и/или предотвращая таким образом поток текучей среды (например, текучей среды, протекающей через отверстие 430) между пьезоэлектрическим модулем 510 и патрубком 405. В данном примере реализации, кольцевое уплотнение 541 представляет собой упругое кольцевое уплотнение, которое после сборки оказывается сжато в радиальном направлении между патрубком 405 и пьезоэлектрическим модулем 510.

[0101] Согласно приведенному ранее описанию, уплотнительный блок 540 ограничивает и/или предотвращает поток текучей среды (например, текучей среды, протекающей через отверстие 430) между пьезоэлектрическим модулем 510 и патрубком 405, а кольцевые уплотнения 542 ограничивают и/или предотвращают осевой поток текучей среды (относительно оси 505) между каждым соединением 535 и корпусом 511. Уплотнительный блок 540 и уплотнение 542 совместно ограничивают и/или предотвращают выход потенциально опасных, загрязняющих или коррозийных текучих сред в отверстии 430 через посадочное гнездо 465. Кроме того, уплотнительный блок 540 и кольцевое уплотнение 542 поддерживают разность давлений между внешней средой снаружи патрубка 405 и текучей средой под давлением, протекающей в отверстии 430. Таким образом, несмотря на то что пьезоэлектрический модуль 510 подвержен воздействию текучей среды и давлений в отверстии 430, трансформаторный модуль 550 (и любые распорки 270, и присоединенный к ним приемный модуль 300) изолирован от воздействия текучей среды и давления в отверстии 430.

[0102] Пьезоэлектрический модуль 510 и блок 500 завинчены в патрубок 405 путем сопряжения резьб 169, 538, а кольцевой уступ 537 корпуса 511 взаимодействует с кольцевым уступом 167 посадочного гнезда 465. При выполнении сборки, пьезоэлектрический модуль 510 завинчивают в посадочное гнездо 465 с перемещением в осевом направлении до взаимодействия уступов 167, 537 с предотвращением, таким образом, дальнейшего осевого продвижения пьезоэлектрического модуля 510 (и блока 500 преобразователя) в посадочное гнездо 465. Таким образом, уступ 167 в посадочном гнезде 465 задает в нем осевое положение пьезоэлектрического модуля 510 (и блока 500 преобразователя).

[0103] Согласно фиг.14, трансформаторный модуль 550 имеет радиально внутренний (относительно оси 110) или первый конец 550а, радиально внешний (относительно оси 110) или второй конец 550b и содержит корпус 551, трансформатор 552 и два гнездовых разъема или приемника 553. Корпус 551 проходит в осевом направлении (относительно оси 505) от радиально внешнего (относительно оси 110) или первого конца 551b, совпадающего с концом 550b, к радиально внутреннему (относительно оси 110) или второму концу 551а, ближнему к концу 550а. Кроме того, корпус 551 содержит сквозное отверстие 554, проходящее между концами 551а, b.

[0104] Каждый гнездовой разъем 553 расположен на первом конце 550а трансформаторного модуля 550 и присоединен к первому концу 551а корпуса 551. Каждый гнездовой разъем 553 электрически соединен с трансформатором 552. Обычно трансформатор (например, трансформатор 552) согласовывает импедансы пьезоэлемента (например, пьезоэлемент 512) и системы электронных устройств. Гнездовые разъемы 553 и трансформатор 552 жестко закреплены на месте относительно корпуса 551 в сквозном отверстии 554 посредством наполнителя 556, заполняющего оставшуюся часть сквозного отверстия 554. Обычно наполнитель (например, наполнитель 256) может содержать любой подходящий материал, такой как пластик, эпоксидную смолу или керамику. Наполнитель 556 формирует адгезионное соединение между трансформатором 552, проволочными выводами (не показаны) трансформатора 552 и гнездовыми разъемами 553 для жесткого удержания этих компонентов на месте. В данном примере реализации, наполнитель 556 представляет собой жесткую эпоксидную смолу.

[0105] Аналогично ранее описанному корпусу 251, радиально внешняя (относительно оси 505) поверхность корпуса 551 содержит паз или выемку 557 на втором конце 551b. Радиально внутренняя (относительно оси 205) поверхность корпуса 551 имеет внутреннюю резьбу 561 на втором конце 551b.

[0106] Согласно фиг.14 и приведенному ранее описанию, соединения 535 проходят в осевом направлении через сквозные отверстия 536 между пьезоэлектрическим модулем 510 и трансформаторным модулем 550. Концы 535а, b каждого соединения взаимодействуют и сопрягаются с соответствующими гнездовыми разъемами 516, 553, обеспечивая, таким образом, электрическое соединение пьезоэлемента 512 и трансформатора 552.

[0107] В большинстве известных газовых ультразвуковых преобразователей использованы прямые кабельные соединения, выходящие в осевом направлении (относительно центральной оси посадочного гнезда) из патрубка и далее загнутые по направлению вверх для направления этих соединительных кабелей к электронному блоку. Для предотвращения возможного повреждения соединительных кабелей при изгибе или перекручивания расположенных в нем проводов, большинство таких соединительных кабелей выполнено с относительно большим радиусом кривизны по сравнению с прямоугольным нажимно-вытяжным разъемным соединением. Таким образом, большинство известных соединительных кабелей выступают из корпуса патрубка на большее расстояние по сравнению с примерами реализации, описанными в настоящей заявке. Вследствие такого выступания на большее расстояние из корпуса патрубка, большинство известных соединений в виде соединительных кабелей занимает больше пространства, причем их может быть сложнее закрыть и защитить и они могут быть больше подвержены повреждениям (например, при перевозке, жевании животными или столкновении с ними и т.п.) по сравнению с примерами реализации, описанными в настоящей заявке.

[0108] Использование прямоугольного нажимно-вытяжного разъемного соединения (например, прямоугольного нажимно-вытяжного разъемного соединения 290), рассмотренного в примерах реализации, описанных в настоящей заявке, для электрического присоединения газового ультразвукового преобразователя (например, блока 200) к электронному блоку обеспечивает возможность улучшения защиты кабеля (например, кабеля 125), проходящего между газовым ультразвуковым преобразователем и электронным блоком. В частности, прямоугольное двухконтактное разъемное соединение обеспечивает изгиб с относительно небольшим радиусом между блоком преобразователя, расположенным в патрубке, и кабелем, проходящим вдоль внешней части патрубка к электронному блоку, с обеспечением, таким образом, возможности размещения кабелей вплотную или очень близко к корпусу патрубка в кабельном лотке (например, лотке 135) и соответствующем пазу (например, пазу 175).

[0109] Следует понимать, что простая замена известного соединения в виде прямого соединительного кабеля на прямоугольное коленчатое разъемное кабельное соединение не может надлежащим образом устранить недостатки большинства обычных прямых соединительных кабелей. Например, такая модификация может привести к нежелательной прокладке кабелей вследствие наличия ограниченного управления поворотной ориентацией прямоугольного коленчатого разъемного кабельного соединения после его установки. В частности, в большинстве обычных соединений в виде соединительных кабелей (прямых или других) использовано два разъема, сопрягаемых с двумя выводами, проходящими от приемника блока преобразователя. Важно, что каждый из выводов присоединен к конкретному разъему в кабельном соединении. Для достижения правильного соединения, приемник блока преобразователя обычно закреплен к кабельному соединению. Таким образом, ориентация блока преобразователя и приемника блока преобразователя (и его двух выводов) определяет ориентацию сопрягаемого кабельного соединения. Кроме того, большинство обычных газовых ультразвуковых преобразователей поворотно соединены с патрубком путем вставки преобразователя в сопрягаемое посадочное гнездо в патрубке до достижения блоком преобразователя нижнего предела и надлежащего положения пьезоэлемента. Таким образом, угловую ориентацию блока преобразователя относительно посадочного гнезда патрубка и, следовательно, угловую ориентацию штырей приемника и прямоугольного коленчатого разъемного кабельного соединения относительно посадочного гнезда патрубка сложно прогнозировать, и может происходить ее изменение от одного посадочного гнезда к другому после установки в области действия. Таким образом, во многих случаях прямоугольное коленчатое разъемное кабельное соединение не может быть ориентировано таким образом, что его удаленный конец проходит вверх по направлению к электронному блоку. В тех случаях, когда прямоугольное коленчатое разъемное кабельное соединение не проходит вверх по направлению к электронному блоку, выступание кабеля из патрубка, возникающее вследствие перегиба и направления соединительных кабелей вверх к электронному блоку, может быть больше, чем обычное прямое кабельное соединение. Однако примеры реализации, описанные в настоящей заявке, содержащие приемник (например, приемник 340), свободно вращающийся относительно оставшейся части блока преобразователя (например, блока преобразователя), обеспечивают возможность поворота прямоугольного нажимно-вытяжного разъемного соединения (например, прямоугольного нажимно-вытяжного разъемного соединения 290) после установки блока преобразователя в его сопрягаемое посадочное гнездо (например, канал 165) с обеспечением, таким образом, возможности оптимальной ориентации и поворота кабелей (например, кабелей 125) по относительно прямолинейному пути от блока преобразователя к электронному блоку независимо от угловой ориентации блока преобразователя (например, блока 200) относительно посадочного гнезда патрубка.

[0110] Кроме того, простая замена обычного прямого кабельного соединения на прямоугольное коленчатое разъемное кабельное соединение не может быть реализовано на практике, если блок преобразователя не проходит к внутренней части патрубка. В частности, если блок преобразователя не проходит к внутренней части патрубка (то есть длина канала патрубка больше длины блока преобразователя), то не может быть обеспечена возможность достижения прямоугольным коленчатым разъемным кабельным соединением блока преобразователя и взаимодействие с ним. Большинство посадочных гнезд преобразователя расположены в группах по два горизонтально проходящих посадочных гнезда, которые расположены по вертикали на расстоянии друг от друга в патрубке. С учетом кривизны патрубка, каждое посадочное гнездо в сформированной группе часто имеет различную длину. Например, первое горизонтальное посадочное гнездо с центральной осью, пересекающей центральную ось отверстия патрубка, меньше второго горизонтального посадочного гнезда, размещенного параллельно первому посадочному гнезду и расположенного по вертикали на расстоянии от первого посадочного гнезда. Таким образом, газовый ультразвуковой преобразователь, проходящий через первое горизонтальное посадочное гнездо от отверстия патрубка до его внешней поверхности, может не проходить от отверстия патрубка до внешней поверхности патрубка при размещении во втором горизонтальном посадочном гнезде. Это представляет собой одну из причин, по которой прямые провода обычно использованы для учета изменений в длине посадочного гнезда. Однако примеры реализации, описанные в настоящей заявке, обеспечивают возможность регулирования общей длины блока преобразователя (например, блока 200) путем использования распорок (например, распорок 270) для достижения надлежащего положения прямоугольного нажимно-вытяжного гнездового приемника (например, приемника 340), ближнего к лотку (например, лотку 135).

[0111] В примерах реализации, описанных в настоящей заявке, распорки (например, распорки 270) могут быть использованы для регулирования общей длины блока преобразователя, так что он выступает из отверстия патрубка (например, отверстия 130) в кабельный лоток (например, лоток 135) с обеспечением, таким образом, надлежащего размещения приемника (например, приемника 340), расположенного ближе к кабельному лотку (например, лотку 135). Обычно для достижения необходимой длины блока преобразователя может быть использовано любое подходящее количество распорок и/или длина распорок. Количество и длина распорок предпочтительно выбраны таким образом, что приемник расположен в осевом направлении (относительно центральной оси блока) на 0.25 дюймов лотка.

[0112] На фиг.17 и 18 показаны соответственно различные примеры реализации блоков 700, 800 газовых ультразвуковых преобразователей в соответствии с принципами, описанными в настоящей заявке. Каждый из блоков 700, 800 выполнен по существу аналогичным блоку 200, описанному ранее, за исключение количества и длины распорок. На фиг.17, блок 700 содержит пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230 трансформатора, трансформаторный модуль 250, приемный модуль 300 и прямоугольное нажимно-вытяжное электрическое соединение 290, описанное ранее. Однако в данном примере реализации блок 700 не содержит распорку трансформатора (например, распорку 270). Приемный модуль 700 присоединен непосредственно к трансформаторному модулю 250. Приемный модуль 300 присоединен к трансформаторному модулю 250 путем вставки в осевом направлении (относительно оси 205) первого конца 310а корпуса 310 в глухое отверстие 254 трансформаторного модуля 250 и завинчивания первого конца 310а в глухое отверстие 254 путем сопряжения резьб 261, 316 до взаимодействия выступа 318 корпуса 310 со вторым концом 250b трансформаторного модуля 250. Плоские поверхности 317 приемного модуля 300 и плоские поверхности 259 трансформаторного модуля 250 могут быть использованы для поворота приемного модуля 300 относительно трансформаторного модуля 250. При надлежащем размещении первого конца 310а корпуса 310 в глухом отверстии 254, выступ 318 оказывается деформирован и загнут в паз 257 трансформаторного модуля 250 с обеспечением, таким образом, ограничения и/или предотвращения поворота (и дальнейшего завинчивания или вывинчивания) корпуса 310 относительно трансформаторного модуля 250. Согласно приведенному ранее описанию, после присоединения приемного модуля 300 к трансформаторному модулю 250, они могут быть присоединены к держателю 230, посадочному гнезду 165 и патрубку 405. Согласно примеру реализации по фиг.17, блок 700 не содержит распорку и в целом выполнен для относительно коротких посадочных гнезд в патрубке.

[0113] Согласно фиг.18, блок 800 содержит пьезоэлектрический модуль 210, держатель 230 трансформатора, трансформаторный модуль 250, приемный модуль 300 и прямоугольное двухконтактное электрическое соединение 290, описанное ранее. Однако в данном примере реализации блок 800 содержит только одну распорку 270 трансформатора. Согласно приведенному ранее описанию, приемный модуль 300 и трансформаторный модуль 250 присоединены к распорке 270. Кроме того, согласно приведенному ранее описанию, после соединения приемного модуля 300, распорки 270 и трансформаторного модуля 250 они могут быть присоединены к держателю 230, посадочному гнезду 165 и патрубку 405. Согласно примеру реализации по фиг.15, блок 800 содержит только одну распорку 270, которая в целом выполнена для посадочного гнезда средней длины.

[0114] Согласно приведенному ранее описанию, количество и длину распорок предпочтительно выбирают таким образом, что приемник расположен в осевом направлении (относительно центральной оси блока) на 0.25 дюймов лотка. Путем использования распорок (например, распорок 270) с различными длинами, общая длина блока преобразователя, при необходимости, может быть изменена. Для уменьшения и/или минимизации количества распорок с различной длиной (например, для поддержания товарно-материальных запасов), распорки могут быть выполнены с двумя или тремя различными длинами, таким образом распорки могут быть установлены в различных сочетаниях для достижения необходимой общей длины блока преобразователя.

[0115] В примерах реализации, описанных в настоящей заявке, компоненты блока преобразователя (например, блока 200), который должен быть открыт воздействию текучей среды, протекающей через отверстие (например, отверстии 130) патрубка, расположены в осевом направлении на расстоянии друг от друга и герметично изолированы от компонентов блока преобразователя, которые не следует подвергать воздействию текучей среды, протекающей через отверстие, или соответствующего давления. Например, согласно фиг.3 и 4, пьезоэлектрический модуль 210 открыт для воздействия текучей среды в отверстии 130, а трансформаторный модуль 250, распорки 270 и приемный модуль 300 расположены на расстоянии от пьезоэлектрического модуля 210 (относительно оси 205) и герметично изолированы от пьезоэлектрического модуля 210 посредством уплотнительного блока 227, уплотнительных блоков 240 и уплотнения 242. Обычно герметичное изолирование этих компонентов, которые не следует подвергать воздействию текучей среды, протекающей через отверстие патрубка (и тех компонентов, которые должны быть открыты для воздействия протекающей текучей среды), обеспечивает увеличение срока службы блока преобразователя. В частности, предотвращение и/или ограничение воздействия протекающей текучей среды на выбранные компоненты уменьшает воздействие коррозийных, вредных и/или загрязняющих веществ, присутствующих в протекающей текучей среде, и воздействие давлений, возникающих в отверстии патрубка, которые могут со временем привести к преждевременному повреждению компонентов.

[0116] Кроме того, расположение в осевом направлении на расстоянии друг от друга и герметичное изолирование компонентов блока преобразователя, которые обязательно должны быть открыты воздействию протекающей текучей среды, от компонентов блока преобразователя, которые не следует подвергать воздействию текучей среды, протекающей в отверстии, обеспечивает возможность улучшения эксплуатационной надежности и технического обслуживания. В частности, компоненты, изолированные от протекающей текучей среды и соответствующих давлений, могут быть удалены и заменены без удаления всего блока преобразователя и пьезоэлемента. Кроме того, при удалении компонентов, изолированных от протекающей текучей среды, нет необходимости в остановке потока текучей среды в отверстии патрубка. Например, согласно фиг.3 и 4, приемный модуль 300, распорки 270, трансформаторный модуль 250 или их сочетания могут быть отсоединены от держателя 230 и удалены из посадочного гнезда 165 без удаления пьезоэлектрического модуля 210. Кроме того, поскольку уплотнительные блоки 227, 240 и уплотненное электрическое соединение 235 ограничивают и/или предотвращают поток текучей среды из отверстия 130 через посадочное гнездо 165, то нет необходимости прерывания потока текучей среды через отверстие 130 для удаления и замены приемного модуля 300, распорки 270, трансформаторного модуля 250 или их сочетания.

[0117] Несмотря на то что в настоящей заявки показаны и описаны предпочтительные примеры реализации, специалист в рассматриваемой области техники может выполнить их модификации в рамках объема настоящего изобретения. Примеры реализации, описанные в настоящей заявке, представляют собой только пояснительные и не ограничивающие примеры реализации. В рамках объема настоящего изобретения возможны многие варианты и модификации систем, устройств и процессов, описанных в настоящей заявке. Например, возможны различные относительные размеры различных частей, материалы, из которых выполнены эти части, и другие параметры. Таким образом, объем защиты не ограничен примерами реализации, описанными в настоящей заявке, однако ограничен прилагаемой формулой изобретения, которая включает все эквиваленты объекта.

В одном из примеров реализации ультразвуковой расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию. Кроме того, ультразвуковой расходомер содержит блок преобразователя, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Блок преобразователя имеет центральную ось и содержит держатель трансформатора, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия патрубка. Кроме того, блок преобразователя содержит пьезоэлектрический модуль с пьезоэлементом. Пьезоэлектрический модуль соединен с блоком преобразователя и проходит в целом в осевом направлении от первого конца держателя преобразователя. Кроме того, блок преобразователя содержит трансформаторный модуль с трансформатором. Трансформаторный модуль соединен с блоком преобразователя и расположен в осевом направлении на расстоянии от пьезоэлектрического модуля. Технический результат - улучшение эксплуатационной надежности и технического обслуживания, а также качества ультразвукового сигнала, передаваемого в текучую среду, что способствует повышению точности измерения. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Ультразвуковой расходомер для измерения расхода текучей среды в трубопроводе, содержащий:
патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию,
блок преобразователя, размещенный в посадочном гнезде преобразователя, имеющий центральную ось и содержащий:
держатель преобразователя, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия патрубка,
пьезоэлектрический модуль, содержащий пьезоэлемент, соединенный с держателем преобразователя, и проходящий в целом в осевом направлении от первого конца держателя преобразователя, и
трансформаторный модуль, содержащий трансформатор, соединенный с держателем преобразователя, и расположенный в осевом направлении на расстоянии от пьезоэлектрического модуля.

2. Расходомер по п.1, в котором первый конец держателя преобразователя имеет первое осевое глухое отверстие, а второй конец держателя преобразователя имеет второе осевое глухое отверстие,
причем
держатель преобразователя имеет сквозное отверстие, проходящее в осевом направлении между первым и вторым глухими отверстиями,
пьезоэлектрический модуль имеет первый конец, удаленный от держателя преобразователя, и второй конец, размещенный в первом глухом отверстии держателя преобразователя, расположенном ближе к его сквозному отверстию, а
трансформаторный модуль размещен во втором глухом отверстии держателя преобразователя и имеет первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию держателя преобразователя, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия держателя преобразователя.

3. Расходомер по п.2, дополнительно содержащий соединение, размещенное в сквозном отверстии держателя преобразователя и имеющее первый конец, соединенный со вторым концом пьезоэлектрического модуля, и второй конец, соединенный с первым концом трансформаторного модуля, причем указанное соединение электрически связывает пьезоэлемент и трансформатор.

4. Расходомер по п.3, в котором каждый из первого конца соединения и второго конца соединения содержит коаксиальный соединитель, причем каждый из второго конца пьезоэлектрического модуля первого конца трансформаторного модуля содержит коаксиальный соединитель, сопрягаемый с одним из коаксиальных соединителей соединения.

5. Расходомер по п.4, в котором каждый коаксиальный соединитель соединения представляет собой штыревой коаксиальный соединитель, а коаксиальный соединитель пьезоэлектрического модуля представляет собой гнездовой коаксиальный соединитель, взаимодействующий со штыревым коаксиальным соединителем первого конца соединения, а коаксиальный соединитель трансформаторного модуля представляет собой гнездовой коаксиальный соединитель, взаимодействующий со штыревым коаксиальным соединителем второго конца соединения.

6. Расходомер по п.4, в котором пьезоэлектрический модуль содержит радиально внешний корпус пьезоэлемента, имеющий глухое отверстие, проходящее в осевом направлении от второго конца пьезоэлектрического модуля,
причем коаксиальный соединитель пьезоэлектрического модуля установлен с помощью поверхностного монтажа на печатной плате, размещенной в глухом отверстии корпуса пьезоэлемента.

7. Расходомер по п.6, в котором трансформаторный модуль содержит радиально внешний корпус трансформатора,
причем корпус трансформатора имеет сквозное отверстие, проходящее от первого конца к второму концу трансформаторного модуля, а коаксиальный соединитель трансформаторного модуля установлен с помощью поверхностного монтажа на печатной плате, размещенной в сквозном отверстии корпуса трансформатора.

8. Расходомер по п.4, дополнительно содержащий кольцевое уплотнение, расположенное между соединением и держателем преобразователя.

9. Расходомер по п.6, в котором кольцевое уплотнение представляет собой стеклянное уплотнение.

10. Расходомер по п.2, дополнительно содержащий блок кольцевого уплотнения, расположенный в радиальном направлении между держателем преобразователя и пьезоэлектрическим модулем.

11. Расходомер по п.10, дополнительно содержащий по меньшей мере один блок кольцевого уплотнения, расположенный в радиальном направлении между держателем преобразователя и патрубком.

12. Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе, содержащий:
патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочные гнезда преобразователей, проходящие от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию,
блок преобразователя, размещенный в одном из посадочных гнезд преобразователя, имеющий центральную ось и содержащий:
пьезоэлектрический модуль, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия патрубка, и содержащий корпус пьезоэлемента, проходящий между первым концом и вторым концом,
причем корпус пьезоэлемента имеет первое глухое отверстие, проходящее в осевом направлении от первого конца, а пьезоэлектрический модуль имеет пьезоэлемент, размещенный в первом глухом отверстии, расположенном ближе к первому концу, и
трансформаторный модуль, соединенный с пьезоэлектрическим модулем и содержащий корпус трансформатора и расположенный в нем трансформатор,
блок кольцевого уплотнения, расположенный в радиальном направлении между блоком преобразователя и патрубком и в осевом направлении между трансформаторным модулем и сквозным отверстием патрубка и предотвращающий поток текучей среды через посадочное гнездо преобразователя между сквозным отверстием патрубка и трансформаторным модулем.

13. Расходомер по п.12, в котором корпус пьезоэлемента содержит второе глухое отверстие, проходящее в осевом направлении от второго конца, и по меньшей мере одно сквозное отверстие, проходящее между первым и вторым глухими отверстиями,
причем трансформаторный модуль размещен во втором глухом отверстии пьезоэлектрического модуля и имеет первый конец, расположенный ближе к указанному по меньшей мере одному сквозному отверстию корпуса пьезоэлемента, и второй конец, удаленный от указанного по меньшей мере одного сквозного отверстия корпуса пьезоэлемента, а
блок преобразователя дополнительно содержит соединение, размещенное в каждом сквозном отверстии корпуса пьезоэлемента, причем каждое соединение имеет первый конец, электрически соединенный с пьезоэлементом, и второй конец, электрически соединенный с трансформатором.

14. Расходомер по п.13, дополнительно содержащий кольцевое уплотнение, расположенное между каждым соединением и корпусом пьезоэлемента.

15. Расходомер по п.14, в котором кольцевое уплотнение, расположенное между каждым соединением и корпусом пьезоэлемента, представляет собой стеклянное уплотнение.

16. Расходомер по п.14, в котором каждое соединение содержит штыревой соединитель, проходящий между сопрягаемым разъемом в первом глухом отверстии и сопрягаемым разъемом в трансформаторном модуле.

17. Расходомер по п.14, в котором посадочное гнездо преобразователя имеет внутреннюю резьбу, а корпус пьезоэлемента имеет внешнюю резьбу, взаимодействующую с внутренней резьбой посадочного гнезда преобразователя.

18. Расходомер по п.17, в котором второе глухое отверстие имеет внутреннюю резьбу, а корпус трансформатора имеет внешнюю резьбу, взаимодействующую с внутренней резьбой второго глухого отверстия.

19. Расходомер по п.12, в котором по меньшей мере один уплотнительный блок расположен в радиальном направлении между корпусом пьезоэлемента и патрубком.

20. Расходомер по п.12, дополнительно содержащий держатель трансформатора, имеющий первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию патрубка, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия патрубка,
причем пьезоэлектрический модуль соединен с блоком преобразователя и проходит в целом в осевом направлении от первого конца держателя преобразователя,
а трансформаторный модуль соединен с блоком преобразователя и расположен в осевом направлении на расстоянии от пьезоэлектрического модуля.

21. Расходомер по п.20, в котором по меньшей мере один уплотнительный блок расположен в радиальном направлении между держателем трансформатора и патрубком.

22. Расходомер по п.20, в котором первый конец держателя преобразователя имеет первое осевое глухое отверстие, а второй конец держателя преобразователя имеет второе осевое глухое отверстие,
причем держатель преобразователя имеет сквозное отверстие, проходящее в осевом направлении между первым глухим отверстием и вторым глухим отверстием держателя преобразователя,
второй конец пьезоэлектрического модуля уплотнен в первом глухом отверстии держателя преобразователя, расположенного ближе к сквозному отверстию этого держателя преобразователя,
а трансформаторный модуль уплотнен во втором глухом отверстии держателя преобразователя и содержит первый конец, расположенный ближе к сквозному отверстию держателя преобразователя, и второй конец, удаленный от сквозного отверстия держателя преобразователя.

23. Расходомер по п.22, дополнительно содержащий соединение, расположенное в сквозном отверстии держателя преобразователя, причем соединение имеет первый конец, присоединенный ко второму концу пьезоэлектрического модуля, и второй конец, присоединенный к первому концу трансформаторного модуля, причем указанное соединение электрически соединяет пьезоэлемент и трансформатор.

24. Расходомер по п.23, дополнительно содержащий кольцевое стеклянное уплотнение, расположенное между соединением и держателем трансформатора.

25. Расходомер по п.23, в котором каждый из первого конца соединения и второго конца соединения содержит коаксиальный соединитель,
причем каждый из второго конца пьезоэлектрического модуля и первого конца трансформаторного модуля содержит коаксиальный соединитель, сопрягаемый с одним из коаксиальных соединителей соединения.

26. Расходомер по п.24, дополнительно содержащий кольцевой уплотнительный блок, расположенный в радиальном направлении между держателем трансформатора и пьезоэлектрическим модулем.

27. Способ измерения потока текучей среды в трубопроводе, включающий:
(a) присоединение к трубопроводу патрубка, имеющего сквозное отверстие и посадочное гнездо для преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию,
(b) перемещение текучей среды через сквозное отверстие патрубка,
(c) сборку блока газового ультразвукового преобразователя, в котором блок преобразователя имеет центральную ось и содержит:
пьезоэлектрический модуль, присоединенный к патрубку и содержащий корпус пьезоэлемента и расположенный в нем пьезоэлемент, и
трансформаторный модуль, присоединенный к пьезоэлектрическому модулю и содержащий корпус трансформатора, и расположенный в нем трансформатор, электрически присоединенный к пьезоэлементу,
(d) размещение блока преобразователя в посадочном гнезде преобразователя,
(e) воздействие на пьезоэлектрический модуль текучей средой, протекающей через сквозное отверстие патрубка, и
(f) изолирование трансформаторного модуля от текучей среды, протекающей через сквозное отверстие патрубка.

28. Способ по п.27, дополнительно включающий:
(g) удаление трансформаторного модуля от газового ультразвукового преобразователя после выполнения этапа (d), и
(f) поддержание потока текучей среды через сквозное отверстие патрубка на этапе (g).

29. Способ по п.27, согласно которому этап (f) включает ограничение протекания текучей среды в сквозном отверстии патрубка к трансформаторному модулю.

30. Способ по п.28, дополнительно включающий размещение корпуса пьезоэлемента в осевом направлении на расстоянии от корпуса трансформатора.