(57)【要約】  フローセルのセンサポート内にトランスデューサアセンブリを取り付けるためのインサート装置を開示する。トランスデューサアセンブリは、トランスデューサアセンブリを空洞に接合するための接着剤又は粘着剤の使用を伴わずに、インサート体の空洞内に取り付けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローセルのセンサポート内にトランスデューサアセンブリを取り付けるための装置において、
前記センサポート内への挿入のために構成されたインサート体であって、前記インサート体の第一末端に位置する開口部を有する空洞及び前記インサート体の第二末端の超音波緩衝器を画定するインサート体と、
前記インサート体の前記空洞内に位置するトランスデューサアセンブリであって、第一末端、筐体の前記第一末端の反対側の前記超音波緩衝器に近接する第二末端、及び前記筐体の前記第二末端に位置する圧電性結晶を有する前記筐体を備えるトランスデューサアセンブリと、
前記超音波緩衝器の近傍に前記筐体の前記第二末端を保持するために前記筐体に圧縮力を印加する、前記筐体の前記第一末端に近接する前記空洞内に位置する保持ナットと、
前記筐体の前記第二末端と前記超音波緩衝器との間の領域に位置する流体状の結合材と、
前記筐体と前記超音波緩衝器との間の領域からの前記結合材の漏れを防止するものとして働く、前記筐体に近接する前記空洞内に位置する第一Ｏリングと、を備える装置。
【請求項２】
前記第一Ｏリングは、前記筐体の前記第二末端と前記超音波緩衝器との間に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第一Ｏリングは前記筐体の前記第二末端を包み込む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第一Ｏリングは前記筐体の前記第二末端内の溝内に位置している、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記超音波緩衝器上の前記空洞内に溝を更に備え、前記第一Ｏリングは前記溝内に位置している、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記筐体の前記第二末端に近接する前記空洞内に溝を更に備え、前記第一Ｏリングは前記溝内に位置している、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記筐体の前記第一末端に近接する前記空洞内に溝を更に備え、前記第一Ｏリングは前記溝内に位置している、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第一Ｏリングは、前記保持ナットと前記筐体の前記第一末端との間に位置している、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記結合材は液体又はゲルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記結合材は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンを含む組成物である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記保持ナットと前記筐体の前記第一末端との間に第二Ｏリングを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記保持ナットと前記筐体の前記第一末端との間に皿ばねを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記皿ばねはベルビルワッシャである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記筐体の前記第一末端はバックステムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記保持ナットは、前記インサート体の内部ねじ溝表面と嵌合するように設計されたねじ溝を含む外表面を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記インサート体は、前記センサポートの内部ねじ溝表面と嵌合するように設計されたねじ溝を備える外表面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
フローセルのセンサポート内にトランスデューサアセンブリを取り付けるための装置において、
前記センサポート内への挿入のために構成されたインサート体であって、前記インサート体の第一末端に位置する開口部を有する空洞及び前記インサート体の第二末端の超音波緩衝器を画定するインサート体と、
前記インサート体の前記空洞内に位置するトランスデューサアセンブリであって、第一末端、筐体の前記第一末端の反対側の前記超音波緩衝器の内部表面と接触している外部表面を有する第二末端、及び前記筐体の前記第二末端の前記内部表面に近接して位置する圧電性結晶を有する前記筐体を備えるトランスデューサアセンブリと、
前記超音波緩衝器と接触した状態で前記筐体の前記第二末端を保持するために前記筐体に圧縮力を印加する、前記筐体の前記第一末端に近接して前記空洞内に位置する保持ナットとを備え、
前記筐体の前記第二末端の前記外部表面、及び前記超音波緩衝器の前記内部表面は、前記筐体の前記第二末端の前記外部表面が前記緩衝器の前記内部表面と接触しているときに、前記筐体の前記第二末端の前記外部表面と前記超音波緩衝器の前記内部表面との間の隙間をなくすために研磨されている、装置。
【請求項１８】
前記保持ナットと前記筐体の前記第一末端との間に第二Ｏリングを更に備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記保持ナットと前記筐体の前記第一末端との間に皿ばねを更に備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記皿ばねはベルビルワッシャである、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する内容は、フローセルのセンサポート内にトランスデューサアセンブリを取り付けるためのインサート装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計を含む流量計は、異なるサイズ及び形状の導管内を流れる、液体、気体等の特性（例えば、流速、圧力、温度等）を測定するために使用される。流体のこれらの特性の識別により、流体のその他の物理的特性又は性質を測定することができる。例えば、いくつかの管理輸送用途において、取引のコストを測るため、導管を通じて売り手から買い手へ輸送される流体（例えば、オイル又はガス）の量を決定するのに流速が用いられてもよく、その量は、流速と導管の断面積との積に等しいものとなる。
【０００３】
輸送時間流量計測を採用する一種の超音波流量計には、１対以上の超音波トランスデューサを、フローセルのセンサポート内に取り付けることができる。各対の超音波トランスデューサアセンブリは、導管を横切る特定の弦位置でその間に超音波経路を形成する、互いに対して上流及び下流に位置するトランスデューサアセンブリを含むことができる。各トランスデューサアセンブリは、通電されると、別のトランスデューサアセンブリによって受信及び検出される流動流体を通じて、超音波経路に沿って超音波信号（例えば、音波）を送信する。特定の弦位置における超音波経路に沿った流体の経路速度の平均値は、（１）流れ方向に逆らって下流トランスデューサから上流トランスデューサに向かって上流方向に超音波経路を通過する超音波信号の通過時間と、（２）流体流れ方向に従って上流トランスデューサから下流トランスデューサに向かって下流方向に超音波経路を通過する超音波信号の通過時間との差に応じて、測定することができる。
【０００４】
トランスデューサアセンブリは、センサポート内に取り付けられたインサートアセンブリを用いて、フローセルのセンサポート内に取り付けることができる。トランスデューサアセンブリは接着剤又はその他の粘着剤を用いてインサート体の空洞に接合されるので、トランスデューサアセンブリが故障又はこれを交換しなければならないとき、トランスデューサアセンブリをインサートアセンブリから容易に取り外しその中で交換することは不可能である。例えば、トランスデューサアセンブリの取り外し後、残った接着剤又は粘着剤は、インサートアセンブリ内に取り付けられたいずれの交換トランスデューサアセンブリの性能にも悪影響を及ぼすことがある。従って、トランスデューサアセンブリを交換するために、インサートアセンブリの全て又は大部分を、取り外されなければならない場合が多い。インサートアセンブリの取り外しは、フローセルがそこから流体及び圧力を除去するために監視している、システムの停止を必要とする場合がある。
【０００５】
上記の説明は、単に一般的な背景情報のために提供するものであって、特許請求の範囲に記載の主題の範囲を判断する上で補助として用いられることを意図するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５３７９６５８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
フローセルのセンサポート内にトランスデューサアセンブリを取り付けるための装置について開示する。トランスデューサアセンブリは、トランスデューサアセンブリを空洞に接合するための接着剤又は粘着剤の使用を伴わずに、インサート体の空洞内に取り付けられる。センサ・ポート・インサート装置について開示した実施形態のうちのいくつかの実践において実現されるであろう利点は、フローセルから流体及び圧力を除去する必要性を伴わずに、トランスデューサアセンブリが実地でより容易に交換可能である点である。
【０００８】
一実施形態において、フローセルのセンサポート内にトランスデューサアセンブリを取り付けるための装置を開示する。装置は、センサポート内への挿入のために構成されたインサート体であって、インサート体の第一末端に位置する開口部を有する空洞及びインサート体の第二末端の超音波緩衝器を画定するインサート体と、インサート体の空洞内に位置するトランスデューサアセンブリであって、第一末端、筐体の第一末端の反対側の超音波緩衝器に近接する第二末端、及び筐体の第二末端に位置する圧電性結晶を有する筐体を備えるトランスデューサアセンブリと、超音波緩衝器の近傍に筐体の第二末端を保持するために筐体に圧縮力を印加する、筐体の第一末端に近接する空洞内に位置する保持ナットと、筐体の第二末端と超音波緩衝器との間の領域に位置する流体状の結合材と、筐体と超音波緩衝器との間の領域からの結合材の漏れを防止するものとして働く、筐体に近接する空洞内に位置する第一Ｏリングと、を備える。
【０００９】
別の実施形態において、装置は、センサポート内への挿入のために構成されたインサート体であって、インサート体の第一末端に位置する開口部を有する空洞及びインサート体の第二末端の超音波緩衝器を画定するインサート体と、インサート体の空洞内に位置するトランスデューサアセンブリであって、第一末端、筐体の第一末端の反対側の超音波緩衝器の内部表面と接触している外部表面を有する第二末端、及び筐体の第二末端の内部表面に近接して位置する圧電性結晶を有する筐体を備えるトランスデューサアセンブリと、超音波緩衝器と接触した状態で筐体の第二末端を保持するために筐体に圧力を印加する、筐体の第一末端に近接する空洞内に位置する保持ナットとを備え、筐体の第二末端の内部表面及び超音波緩衝器の内部表面は、筐体の第二末端の外部表面が緩衝器の内部表面と接触しているときに、筐体の第二末端の外部表面と超音波緩衝器の内部表面との間の隙間をなくすために研磨されている。
【００１０】
この課題を解決するための手段の記載は、１つ以上の例証的な実施形態に従って本明細書に開示する主題の概要を示すことのみを意図するものであって、特許請求の範囲の解釈の指針としての役割又は添付の特許請求の範囲によってのみ定められる本発明の範囲を限定又は制限する役割をするものではない。この課題を解決するための手段の記載は、以下の詳細な説明に更に述べる例示的な概念を簡単な形で紹介するためのものである。この課題を解決するための手段の記載は、特許請求の範囲に記載の主題の主要な特徴又は不可欠な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に記載の主題の範囲を判断する上で補助として用いられることを意図するものでもない。特許請求の範囲に記載の主題は、背景技術に記載のいずれか又は全ての欠点を解消する実施形態に制限されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の特徴を理解することができるように、本発明の詳細な説明は、幾つかは添付図面に示されている一定の実施形態を参照することによって行う。しかし、これらの図面には本発明のある一定の実施形態が示されているだけであり、従って、本発明の範囲には均等に有効なその他の実施形態も含まれることから、本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではないことに注意されたい。図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれてはおらず、一般に本発明のある一定の実施形態の特徴を示すことに重点が置かれている。図面では、様々な図を通じて同様の符号を用いて同様の部分が示されている。他の同様の部分の間に差異があれば、それらの部分は異なる符号で示される。異なる部分は異なる符号で示されている。よって、本発明を更に理解するためには、図面を参照しながら以下の詳細な説明を読まれたい。
【図１】例示的フロー・セル・アセンブリの斜視図である。
【図２】図１の例示的フロー・セル・アセンブリの断面図である。
【図３】例示的センサ・ポート・インサート装置の分解図である。
【図４】図３の例示的センサ・ポート・インサート装置の断面図である。
【図５】他の例示的センサ・ポート・インサート装置の断面図である。
【図６】更に他の例示的センサ・ポート・インサート装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、例示的フロー・セル・アセンブリ１００の斜視図である。図２は、図１の例示的フロー・セル・アセンブリ１００の断面図である。例示的フロー・セル・アセンブリ１００は、流体が流れることが可能なフローセル孔１１２を有する、フローセル１１０を含む。フローセル１１０は、内部にセンサ・ポート・インサート装置３００（図３）が取り付けられた、複数のセンサポート１１４を有する。図２に見られるように、例示的フローセル１１０のセンサポート１１４は、フローセル１１０のフローセル孔１１２内で流体と物理的に接触して例示的センサ・ポート・インサート装置３００を受容し配置するように形成されている。１つのセンサ・ポート・インサート装置３００から送信された超音波信号は、フローセル孔１１２内の流体を通過し、別のセンサ・ポート・インサート装置３００によって受信される。流体の流速を測定するために、複数のセンサ・ポート・インサート装置３００が流量計１１０に接続されている。
【００１３】
図３は、例示的センサ・ポート・インサート装置３００の分解図である。図４は、一構成における図３の例示的センサ・ポート・インサート装置３００の断面図である。センサ・ポート・インサート装置３００は、図１の例示的フローセル１１０のセンサポート１１４内に取り付けるように設計されている。
【００１４】
一実施形態において、センサ・ポート・インサート装置３００は、フローセル１１０（図１）のセンサポート１１４内への挿入のために構成されたインサート体３１０を含む。インサート体３１０は、インサート体３１０の超音波緩衝器３１８内の音響反射／リングダウンを減衰させるように設計されたねじ溝３１９又は同心溝を含む、外表面を有することができる。一実施形態において、インサート体３１０のねじ溝３１９は、センサポート１１４の内部ねじ溝表面と嵌合するように設計することができる。インサート体３１０の外側とセンサポート１１４との間を封止するために、インサート体３１０の外側に１つ以上のＯリングを取り付けることができる。
【００１５】
インサート体３１０は、インサート体３１０の第一末端３１２に位置する開口部３１５を有する、空洞３１６（図４）を画定する。インサート体の第二末端３１４は、超音波緩衝器３１８を含む。トランスデューサアセンブリ３３０は、フローセル孔１１２内の流体を通過する超音波信号の送受信のため、超音波緩衝器３１８に近接するインサート体３１０の空洞３１６の中に位置している。一実施形態において、トランスデューサアセンブリ３３０は、超音波緩衝器３１８に近接する第二末端３４４と、第二末端３４０の反対側の第一末端３４２とを有する、筐体３４０を含む。一実施形態において、筐体３４０の第一末端３４２は、空洞３１６の開口部３１５に近接している。本明細書で使用される場合、第一の構成要素が別の構成要素の中に位置していると称されるとき、第一の構成要素の一部のみ、又は全てが、別の構成要素の中に位置していてもよいと理解されよう。トランスデューサアセンブリ３３０は、筐体３４０の第二末端３４４内に位置する圧電性結晶３３２も含む。圧電性結晶３３２の面３３３は、筐体３４０の第二末端３４４の内部表面３４８に近接して取り付けることができる。筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６又は面は、超音波緩衝器３１８に近接している。トランスデューサアセンブリ３３０は、インサート体３１０の超音波緩衝器３１８を通じて測定される流体との間で超音波信号を送受信することができる。
【００１６】
筐体３４０の第一末端３４２は、圧電セラミック結晶３３２からコネクタ３３９（例えば、ＢＮＣコネクタ）までワイヤ３３６を送るための、バックステム３３８を含むことができる。一実施形態において、裏当て部材３３４（例えば、エポキシ製）が、圧電性結晶３３２に取り付けられて、トランスデューサアセンブリ３３０の筐体３４０内に位置することが、可能である。ワイヤ３３６は、圧電性結晶３３２から裏当て部材３３４を通じてトランスデューサアセンブリ３３０のバックステム３３８まで延在することができる。
【００１７】
再び図３及び図４を参照すると、トランスデューサアセンブリ３３０は、筐体３４０に圧縮力を印加する筐体３４０の第一末端３４２（例えば、バックステム３３８）に近接する空洞３１６内に位置するトランスデューサ保持ナット３５０によって、所定位置に保持されることが可能である。筐体３４０に対するトランスデューサ保持ナット３５０の圧縮力は、筐体３４０の第二末端３４４を超音波緩衝器３１８の近傍に保持する。トランスデューサ保持ナット３５０は、インサート体３１０の内部ねじ溝表面と嵌合するように設計されたねじ溝を含む外表面を有することができる。一実施形態において、皿ばね３５２（例えば、ベルビルワッシャ）及びワッシャ３５４を、トランスデューサ保持ナット３５０と筐体３４０の第一末端３４２との間に取り付けることができる。トランスデューサ保持ナット３５０が筐体３５０の第一末端３４２に対するその圧縮の一部を損失した場合（例えば、これがインサート体３１０の空洞３１６の外側後方へ回転する場合）、皿ばね３５２は、筐体３４０の第二末端３４４を超音波緩衝器３１８の近傍に保持するため、筐体３４０に対する追圧縮をかけることができる。他の実施形態において、外部要素（例えば水分、空気）がインサート体３１０の空洞３１６に進入しないようにするため、トランスデューサ保持ナット３５０と筐体３４０の第一末端３４２との間に、トランスデューサ保持ナットＯリング３２４を取り付けることができる。インサート保持ナット３７２は、インサート体３１０を所定位置に保持するために、センサポート１１４の内側にねじ込むことができる。プラグ３７０は、センサポート１１４を封止するために使用することができる。
【００１８】
図４を参照すると、一実施形態において、筐体３４０の第二末端３４４と超音波緩衝器３１８との間に結合材３６０が配置されている。結合材３６０は、圧電性結晶３３３を超音波緩衝器３１８に効果的に結合することによって、筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６と超音波緩衝器３１８との間に超音波信号のための導電媒質を提供することができる。一実施形態において、結合材３６０は流体状（例えば液体、ゲル等）であり、隙間を充填して、さもなければこの場所を通過する超音波信号の伝送品質に干渉するであろう、筐体３４０と超音波緩衝器３１８との間に位置する可能性のある空気を押し出すことが、可能である。
【００１９】
一実施形態において、結合材３６０は、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーン材料を含む組成物である。材料を通る超音波信号の品質との著しい干渉を生じない限り、その他のタイプの結合材３６０が採用されてもよい。加えて、結合材３６０は、トランスデューサアセンブリ３３０を交換できるよう、トランスデューサアセンブリ３３０とインサート体３１０との間の接合を回避するため、高粘着特性を有するべきではない。
【００２０】
結合材３６０は流体のままなので、筐体３４０の第二末端３４４と超音波緩衝器３１８との間の領域から漏れる恐れがある。既に検討したように、外部要素（例えば水分、空気）がインサート体３１０の空洞３１６に進入して結合材３６０の蒸発を生じる可能性を回避するために、トランスデューサ保持ナット３５０と筐体３４０の第一末端３４２との間にトランスデューサ保持ナットＯリング３２４を取り付けることができる。図４に示すように、筐体３４４の第二末端と超音波緩衝器３１８との間の領域からの結合材３６０の漏れの防止に役立てるため、筐体３４０の第二末端３４４に近接するインサート体３１０の空洞３１６の内部に面Ｏリング３２０が配置することができる。一実施形態において、面Ｏリング３２０は、筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６の外周を包み込む。一実施形態において、面Ｏリング３２０は、面Ｏリング３２０と筐体３４０との間の嵌合に適合するため、筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６内の溝内に位置している。別の実施形態において、面Ｏリング３２０は、超音波緩衝器３１６上のインサート体３１０内の溝内に位置している。
【００２１】
図５は、他の例示的センサ・ポート・インサート装置４００の断面図である。図５に示すように、筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６に近接するインサート体３１０の空洞３１６内に、溝３１７が設けられている。インサート溝Ｏリング３２２は、筐体３４４の第二末端と超音波緩衝器３１８との間の領域からの結合材３６０の漏れの防止に役立つために、溝３１７内に取り付けられる。他の実施形態において、インサート溝Ｏリング３２２及び対応する溝３１７は、筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６を包囲しながらトランスデューサアセンブリ３３０の空洞３１６内により多くの結合材を収容できるようにするために、トランスデューサ保持ナット３５０により近い位置（例えば、トランスデューサ筐体３４０の近傍付近）にあってもよい。他の実施形態において、インサート溝Ｏリング３２２は、必要な封止をするために、保持ナット３５０と筐体３４０の第一末端３４２との間（例えば保持ナット３５０とバックステム３３８との間）に位置することもできる。
【００２２】
図６は、更に他の例示的センサ・ポート・インサート装置５００の断面図である。図４及び図５に示す実施形態とは異なり、図６のセンサ・ポート・インサート装置５００は、結合材３６０を使用しておらず、面Ｏリング３２０又はインサート溝Ｏリング３２２を必要性としない。圧電性結晶３３２の面３３３は、筐体３４０の第二末端３４４の内部表面３４８に近接して取り付けることができる。図４及び図５と同様に、トランスデューサアセンブリ３３０は、超音波緩衝器３１８と接触した状態で筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６を保持するために筐体３４０に圧縮力を印加するトランスデューサ保持ナット３５０によって、所定位置に保持される。トランスデューサ保持ナット３５０が筐体３５０の第一末端３４２に対するその圧縮の一部を損失した場合、皿ばね３５２は、筐体３４０の外部表面３４６を超音波緩衝器３１８と接触した状態で保持するため、筐体３４０に対する追圧縮をかけることができる。結合材を使用する代わりに、超音波緩衝器３１８の内部表面３１３と接触している筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６が研磨されており、空洞３１６内の超音波緩衝器３１８の内部表面３１３が研磨されている。研磨によって隙間を排除し、さもなければ筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６が緩衝器３１８の内部表面３１３と接触しているときに筐体３４０の第二末端３４４の外部表面３４６と超音波緩衝器３１８の内部表面３１３との間に位置する可能性のある空気を押し出す。
【００２３】
本明細書は、最良の形態を含めて実施例を用いて本発明を開示すると共に、あらゆる当業者がいずれかの装置又はシステムを製造し、使用し、組み込まれたいずれかの方法を実施することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲で定義され、当業者が想到する他の実施例を含んでもよい。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文字言語と相違のない構造要素を有している場合、又は特許請求の範囲の文字言語と非実質的な相違しかない等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図１】
2015508904.tif 000003
【図２】
2015508904.tif 000004
【図３】
2015508904.tif 000005
【図４】
2015508904.tif 000006
【図５】
2015508904.tif 000007
【図６】
2015508904.tif 000008
【国際調査報告】
2015508904.tif 000009
2015508904.tif 000010
2015508904.tif 000011
2015508904.tif 000012