超聲裝置以及用該超聲裝置來測量流體流量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲裝置以及用該超聲裝置來測量流體流量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲裝置被廣泛用來測量管道內(nèi)流動的流體，如液體和氣體的物理特性。比如，基于超聲回波描記術(shù)(ultrasonic echography)和多普勒原理(Doppler theory),可用超聲換能器獲得流體的速度信息。超聲換能器一般安裝于管壁上，從超聲換能器中發(fā)射出來的超聲脈沖波傳播到管內(nèi)的流體中，流體中的雜質(zhì)將超聲波反射回去，換能器接收到回波，基于多普勒原理，可通過已知的公式計算出流體速度。基于所述速度信息可獲得流體的速度流型，這對于流動流體物理特性的研究和流動流體的機(jī)械或土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計非常重要。
[0003]由于高溫和高壓會改變換能器的性能及其聲學(xué)參數(shù)(如阻抗等)，因此所述超聲換能器對溫度和壓力很敏感。在高溫和高壓的環(huán)境下，超聲換能器的性能會顯著減低，這可能導(dǎo)致其在用于流量測量時會獲得不準(zhǔn)確的結(jié)果。
[0004]因此，需要提供一種超聲裝置和方法，來處理高溫高壓流體的流量測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個方面涉及一種超聲裝置，該超聲裝置包括設(shè)置用來耦合到一個或多個管路上的流體管道、以及安裝于該管道上的超聲換能器。其中所述管道包括形成有流動通道的主體和耦合到所述主體的隔熱結(jié)構(gòu)，該隔熱結(jié)構(gòu)包括有機(jī)聚合物材料，其設(shè)置用來將所述超聲換能器與所述流動通道熱隔離。
[0006]本發(fā)明的另一個方面涉及一種方法，在該方法中，使流體從一段耦合到一個或多個管路中的管道中流過，其中該管道包括主體和耦合到所述主體的隔熱結(jié)構(gòu)，所述主體形成有流動通道以讓所述流體流過，所述隔熱結(jié)構(gòu)包括有機(jī)聚合物材料。用安裝于所述管道且與所述流體熱隔離的超聲換能器來測量所述流體的流量。
【附圖說明】
[0007]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0008]圖1中的示意圖顯示了一種示例性的超聲裝置。
[0009]圖2中的示意圖顯示了一個具體實施例中的一種超聲裝置。
[0010]圖3中的示意圖顯示了一個具體實施例中的一種超聲裝置。
[0011]圖4中的不意圖顯不了一個具體實施例中的一種超聲裝置。
[0012]圖5中的意圖顯了一個具體實施例中的一種超聲裝置。
[0013]圖6中的意圖顯了一個具體實施例中的一種超聲裝置。
【具體實施方式】
[0014]以下將對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行描述。除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。
[0015]本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！盎颉笔侵赴ㄋ信e的元件或者物件中的任一個或全部。“包括”、“包含”或者“有”等類似的詞語意指出現(xiàn)在“包括”、“包含”或者“有”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”、“包含”或者“有”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數(shù)量有一定的變動。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數(shù)值不限于該準(zhǔn)確數(shù)值本身。此外，在“大約第一數(shù)值到第二數(shù)值”的表述中，大約同時修正第一和第二數(shù)值兩個數(shù)值。在某些情況下，近似性語言可能與測量儀器的精度有關(guān)。
[0016]本發(fā)明的實施例涉及可用來在高溫高壓環(huán)境下測量流體流量的超聲裝置，該超聲裝置可像接頭一樣接到流體管路中，將流體管路的相鄰兩段連接起來，使得管內(nèi)的流體可從其中通過。所述超聲裝置包括設(shè)置用來耦合到一個或多個管路上的一段流體管道、以及安裝在所述管道上的至少一個超聲換能器。所述管道包括主體，該主體形成有一個流動通道，用來讓流體在其中流動。耦合于所述管道主體的隔熱結(jié)構(gòu)被用來將所述超聲換能器與所述流動通道以及在其中流動的流體熱隔離開來。所述管道主體一般是由對聲音友好且具有良好隔熱能力的材料制成，比如，金屬材料，其包括但不限于金屬和合金。所述主體為管道提供了結(jié)構(gòu)支撐。而用來制造所述隔熱結(jié)構(gòu)的材料大致聲透明，且具有比管道主體更高的熱阻抗。特別地，用來制造所述隔熱結(jié)構(gòu)的材料與管道中流動的流體有大致相同的聲阻抗和聲速，比如，差別控制在約20%以內(nèi)，或進(jìn)一步地在約10%以內(nèi)。這樣，所述隔熱結(jié)構(gòu)可以將所述超聲換能器的傳感器與流體隔開而不影響聲學(xué)特征。因此所述超聲裝置特別適用于鉆孔等需要在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行流體流量測量的領(lǐng)域。
[0017]圖1顯示了一種示例性的超聲裝置100。該超聲裝置100包括流體管道102，設(shè)置用來耦合到一個或多個管路150上。在一個實施例中，所述流體管道102在其流向的兩端有法蘭盤110，通過將法蘭盤110與管路法蘭152耦合，可將所述流體管道102耦合/連接到一個或多個管路150。所述管道102包括主體，比如管壁104,其內(nèi)設(shè)有流動通道。一個或多個超聲換能器120安裝于管壁104。比如，在圖示的實施例中，有四個超聲換能器120安裝于所述管壁104上。然而，在其它實施例中，所述超聲換能器的數(shù)量可根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整。由于所述管道102內(nèi)的流動的流體的溫度可能很高，而所述超聲換能器120可能對溫度很敏感，因此可用一個耦合到所述管壁104的隔熱結(jié)構(gòu)106來將所述超聲換能器120與所述管道102內(nèi)流動的流體熱隔離。此處所述的“將超聲換能器與流體熱隔離”可指將整個的超聲換能器與流體熱隔離或至少將超聲換能器中對熱敏感的部分與流體熱隔離。所述超聲換能器中對熱敏感的部分可能是構(gòu)成該超聲換能器的壓電晶片等。所述隔熱結(jié)構(gòu)106具有較高的熱阻，可以有效地防止流體的熱量傳遞到所述安裝于隔熱結(jié)構(gòu)106后面的管壁104上的超聲換能器。這樣，所述超聲換能器120與管道102內(nèi)流動的流體熱隔離開來。
[0018]所述隔熱結(jié)構(gòu)可設(shè)為不同的結(jié)構(gòu)和形式。比如，所述隔熱結(jié)構(gòu)可能包括覆蓋所述管壁主體層的內(nèi)襯(內(nèi)層)或是覆蓋所述超聲換能器的堵頭。以下將結(jié)合圖2-6對一些具體的示例性實施例進(jìn)行描述。
[0019]圖2顯不了一個實施例中的一種不例性的超聲裝置200,其中是以一個內(nèi)襯層為隔熱結(jié)構(gòu)來將超聲換能器與管道中流動的流體熱隔離的。如圖所示，所述管道202包括主體，比如，由金屬材料制成的管壁204，其上安裝有超聲換能器220。內(nèi)襯206耦合到所述管壁204的內(nèi)表面上，內(nèi)襯206的內(nèi)表面208形成為管道內(nèi)表面來接觸管道內(nèi)流動的流體。所述管道內(nèi)流動的流體在所述內(nèi)襯206的內(nèi)表面208上流動，從而與超聲換能器220物理和熱隔離開來。所述超聲換能器220包括傳感器222和用來支持所述傳感器222的支持件224。所述傳感器222有一個熱敏元件，如組裝于傳感器前端的壓電晶片(未圖示)等。所述內(nèi)襯206有一個凸臺部210凸伸到所述金屬管壁204內(nèi)，該凸臺部210提供了一個大致擬合所述傳感器222的前端226的配合面212。通過在所述緊密配合的配合面212和傳感器222前端226之間的空間中施加聲耦合劑，可以將不利于聲傳播的空氣從該空間中驅(qū)除。
[0020]圖3顯示了一個實施例中的一種示例性的超聲裝置300，其與圖2中的超聲裝置200類