高温管道中流量的非侵入性测量的装置、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月12日提交的第62/697,101号美国专利申请的申请日的权益和优先权，该专利申请的全部公开内容据此通过引用并入本文。

本申请还要求于2019年7月11日提交的第16/508,544号美国专利申请的申请日的权益和优先权，该专利申请的全部公开内容据此通过引用并入本文。

背景技术

本公开总体上涉及流量测量，并且更具体地，涉及用于测量高温管道中的流量的装置、系统和方法。

附图简述

根据下面给出的详细描述和根据本公开的各种实施例的附图，将更全面地理解本公开的各种实施例。在附图中，相似的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。

图1是根据本公开的一个或更多个实施例的系统(该系统包括连接到管道的一对波导、连接到波导的一对换能器以及与该对换能器通信的控制单元)的图解说明。

图2A是根据本公开的一个或更多个实施例的图1的系统的第一实施方式的端视图，其中该对波导被加工成与管道的外表面配合。

图2B是根据本公开的一个或更多个实施例的图1的系统的第二实施方式的端视图，其中管道的外表面被加工成与该对波导配合。

图3A是根据本公开的一个或更多个实施例的示出图1的波导之一的第一实施方式的透视图。

图3B是根据本公开的一个或更多个实施例的示出图1的波导之一的第二实施方式的透视图。

图3C是根据本公开的一个或更多个实施例的示出图1的波导之一的第三实施方式的透视图。

图3D是根据本公开的一个或更多个实施例的示出图1的波导之一的第四实施方式的透视图。

图4A是根据本公开的一个或更多个实施例的示出图1的波导之一的第五实施方式的透视图，其中图1的换能器之一经由连接器环连接到所述波导。

图4B是根据本公开的一个或更多个实施例的图4A的波导、换能器和连接器环的俯视图。

图4C是根据本公开的一个或更多个实施例的图4A的波导、换能器和连接器环的左侧视图。

图4D是根据本公开的一个或更多个实施例的图4A的波导、换能器和连接器环的正视图。

图4E是根据本公开的一个或更多个实施例的图4A的波导的透视图。

图4F是根据本公开的一个或更多个实施例的图4A的连接器环的透视图。

图5是根据本公开的一个或更多个实施例的适于与图1的系统的一个或更多个组件(或子组件)通信的控制单元的图解视图。

图6是根据本公开的一个或更多个实施例的另一系统(该另一系统包括连接到管道的一对波导、连接到波导的一对换能器以及与该对换能器通信的控制单元)的图解说明。

图7是根据本公开的一个或更多个实施例的又一系统(该又一系统包括连接到管道的一对波导、连接到波导的一对换能器以及与该对换能器通信的控制单元)的图解说明。

图8是根据另一说明性实施例的测量在管道内流动的流体的流率(flow rate)的方法的流程图说明。

图9是用于实现本公开的一个或更多个示例性实施例的计算设备的图解说明。

具体实施方式

在示例性实施例中，如图1所示，系统被示意性地示出，并且通常由附图标记100指代。系统100包括换能器105(例如超声波换能器)、波导110(例如超声波波导)、管道115、波导120(例如超声波波导)、换能器125(例如超声波换能器)和控制单元130。管道115是包括外表面135和内部通道140的管状构件，流体适于在内部通道140中流动，如箭头145所示。在几个示例性实施例中，在管道115内流动的流体145是熔盐。在几个示例性实施例中，在管道115内流动的流体145的温度等于或大于约600℃(即+/-5％至+/-10％)。在几个示例性实施例中，在管道115内流动的流体145的温度等于或大于约700℃。在几个示例性实施例中，在管道115内流动的流体145的温度等于或大于约750℃。管道115限定了内径D和壁厚T。系统100可操作来测量在管道115中流动的流体145的流速(以及因此的质量或体积流率)，这将在下面进一步详细描述。在几个示例性实施例中，波导110和120、换能器105和125以及控制单元130形成套件，该套件可用于测量在包括管道115在内的不同直径的管道中流动的流体的流速和质量/体积流率。

换能器105连接到波导110，波导110又连接到管道115。类似地，换能器125连接到波导120，波导120又连接到管道115。控制单元130分别经由例如导线146和148与换能器105和125通信。除了分别经由导线146和148与换能器105和125通信之外或代替分别经由导线146和148与换能器105和125通信，控制单元130可以与换能器105和125无线通信，如图2A和2B所示。在图1的实施例中，换能器105和125沿着管道115纵向间隔开，并且在管道115的同一侧上彼此对齐地定位。

换能器105和/或125被配置成发射和接收超声波信号(例如，短超声波脉冲)，该超声波信号穿过波导110和120、管道115和在管道115中流动的流体145。例如，如图1所示，换能器105和125被配置成发射和接收超声波信号(例如，短超声波脉冲)，该超声波信号穿过波导110和120、管道115和在管道115中流动的流体145。在图1的实施例中，超声波信号从管道115的与换能器105和125相对的内壁反射。由于在管道115中流动的流体145的流动，超声波信号从换能器105到换能器125(如由箭头150所示)的传输时间比超声波信号从换能器125到换能器105(如由箭头155所示)的传输时间短，并且该传输时间差产生沿着超声波信号的路径150和155的流速和质量/体积流率的精确度量，如将在下面进一步详细描述的。

由于传输时间差对于一些管道直径来说可能非常小(例如，纳秒量级)，所以重要的是：控制单元130能够确保必要的时间分辨率以获得对在管道115中流动的流体145的流速和质量/体积流率的精确度量。在几个示例性实施例中，控制单元130能够确保必要的时间分辨率，该控制单元130可配置成发送实现换能器105和125之间的超声波信号交换的控制信号，并评估由换能器105和125接收的超声波信号。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125能够在尽可能低的频率范围内交换(即，传输和接收)超声波信号，同时仍然保持特定管道直径所必需的时间分辨率(例如，对于1英寸管道直径，所需的最小频率可以在500kHz至10MHz的范围内)。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125以及控制单元130能够以标准纵向模式A扫描的形式捕获超声波波形数据，其中回波振幅和传输时间被绘制在简单的网格上，其中纵轴表示振幅，而横轴表示时间。

在几个示例性实施例中，换能器105和/或125是电容性换能器。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125具有大约1/2英寸的直径。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125能够传输和/或接收1MHz超声波信号。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125能够传输和/或接收2.25MHz超声波信号。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125包含在螺纹封装中，该螺纹封装便于分别与绝缘波导110和120进行良好的声学接触，如将在下面结合图4A-4F进一步详细描述的。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125分别集成到绝缘波导110和120的材料中。在几个示例性实施例中，换能器105和/或125是能够传输和/或接收1.00MHz超声波信号的奥林巴斯中心扫描(Centrascan)复合角度波束换能器(具有1/2英寸的元件直径，并且具有微型旋入式外壳样式(即奥林巴斯零件/产品编号C539-SM))。

在几个示例性实施例中，如图2A、图3A和图3B所示，波导110和/或120的形状被修改成使得在波导110和/或120与管道115之间能够配合接合。例如，在几个示例性实施例中，波导110和/或120被加工成包括表面160(例如，弯曲表面)，该表面160被配置成与管道115的外表面135配合地接合。在其它实施例中，如图2B、图3C和图3D所示，管道115的外表面135被加工成包括表面165(例如，平坦表面和/或弯曲表面)，该表面165被配置成与波导110和/或120的相应表面170(例如，平坦表面和/或弯曲表面)配合地接合。在一个这样的实验实施例中，其中与波导110和/或120与管道115之间的接触面积相比，管道115的内径D足够小(例如，等于或小于3英寸)，将管道115的外表面135加工成包括平坦表面165使超声波信号向管道115中的传输增加了大约10倍。除了加工管道115的外表面135之外，或者代替加工管道115的外表面135，可以向管道115的外表面135添加材料以形成表面(未示出，但是例如平坦表面和/或弯曲表面)，该表面被配置成与波导110和/或120的相应表面(诸如例如平坦表面和/或弯曲表面)配合地接合。

回到图1，继续参考图2A-2B和图3A-3D，波导110和/或120与管道115之间的配合接合确保了波导110和/或120相对于管道115的正确位置和取向，以实现系统100的最佳操作。更具体地，换能器105和/或125以有助于超声波信号以相对于管道115的纵轴成角度

角度

在示例性实施例中，如图3A-3D所示，继续参考图1和图2，波导110和120的绝缘特性和声学特性至少部分地由高温管道115与换能器105和125之间的波导110和120的大小(即，形状和尺寸)控制。如果换能器105和125的工作温度超过临界阈值，则换能器105和125将失效。同样地，如果波导110和120内超声波信号的衰减太大，则超声波信号将不能被换能器105和125检测到。波导110和120被成形为将换能器105和125与高温管道115绝缘，使得换能器105和125的工作温度不超过临界阈值，而同时，波导110和120中超声波信号的固有衰减保持在可接受的水平。例如，在几个示例性实施例中，波导110和/或120被成形为矩形棱柱的形状，如图3A-3D所示。波导110和/或120还可以是锥形的，以减小波导110和/或120与高温管道115之间的热接触面积，如图3B和图3D所示。

尽管被示出和描述为矩形棱柱或锥形矩形棱柱，但是波导110和/或120可以替代地被成形为圆圈(circular)棱柱(即圆柱)、锥形圆圈圆柱、三角棱柱、锥形三角棱柱、五角棱柱、锥形五角棱柱、另一种圆形(round)棱柱、另一种锥形圆形棱柱、另一种多边形棱柱、另一种锥形多边形棱柱或其任意组合的形状。

在几个示例性实施例中，波导110和/或120的至少相应的部分由耐高温陶瓷材料制成。在几个示例性实施例中，波导110和/或120的至少相应的部分由硅酸钙材料制成。在几个示例性实施例中，波导110和/或120的至少相应的部分由硅酸钙工业陶瓷(calciumsilicate technical ceramic)制成，该硅酸钙工业陶瓷以商标

在示例性实施例中，如图4A-4F所示，换能器105和/或125包含在螺纹封装中，该螺纹封装便于分别与绝缘波导110和/或120进行良好的声学接触。更具体地，换能器105和/或125各自经由连接器环171分别连接到波导110和/或120。在几个示例性实施例中，连接器环171是、包括波导110和/或120，或者是波导110和/或120的一部分。转到图4E，在示例性实施例中，凹槽172形成在波导110和/或120的与接合管道115的表面(例如，表面160和/或170)相对的端部。如图4A-4D所示，形成在波导110和/或120中的凹槽172接收连接器环171和换能器105和/或125。转到图4F，在示例性实施例中，连接器环171通常是管状的，并且包括外表面173和内螺纹连接174。在几个示例性实施例中，连接器环171的外表面173以使连接器环171保持在凹槽172内的方式装配(例如，压配合、干涉配合、间隙配合、收缩配合等或其任意组合)到凹槽172中。例如，连接器环171的外表面173与波导110和/或120之间的摩擦配合可以至少部分地将连接器环171保持在凹槽172内。对于另一个示例，粘合剂(未示出)可以至少部分地将连接器环171保持在凹槽172内。对于又一个示例，保持环(未示出)可以至少部分地将连接器环171保持在凹槽172内。在几个实施例中，连接器环171由比波导110和/或120相对更易延展和/或更不易碎的材料制成。如图4A-4D所示，一旦连接器环171被固定在凹槽172内，则换能器105和/或125被拧入连接器环171，从而将换能器105和/或125固定到波导110和/或120。

在操作中，如图1所示，在示例性实施例中，控制单元130向换能器105(例如，无线地或经由导线146)发送控制信号(例如，高压脉冲)，并等待来自换能器125的响应(例如，无线地或经由导线148)。由控制单元130发送到换能器105的控制信号使得换能器105沿着路径150发射超声波信号。更具体地，换能器105以角度

在控制单元130向换能器105发送控制信号(例如，无线地或经由导线146)并等待来自换能器125的响应(例如，无线地或经由导线148)之前、期间或之后，控制单元130向换能器125发送(例如，无线地或经由导线148)控制信号(例如，高压脉冲)并等待来自换能器105的响应(例如，无线地或经由导线146)。由控制单元130发送到换能器125的控制信号使得换能器125以类似于以上关于由换能器120沿着路径150发射的超声波信号所描述的方式沿着路径155发射超声波信号，因此将不再进一步详细描述。一旦超声波信号已经沿着路径155行进，则换能器105基于超声波信号向控制单元130发送响应(例如，无线地或经由导线146)。控制单元130接收来自换能器105的响应，并将从接收换能器105接收的响应进行放大/滤波。然后，控制器130计算传输时间和沿路径150行进的超声波信号与沿路径155行进的超声波信号之间的传输时间差，以确定在管道115中流动的流体145的流速(从而确定在管道115中流动的流体145的质量或体积流率)。

在几个示例性实施例中，波导110和/或120的至少相应的部分具有特定尺寸、具有特定形状和/或由具有可接受的声学特性和绝缘特性的材料制成，使得在操作期间：(i)换能器105和/或125可以分别安装到波导110和/或120上，(ii)波导110和/或120可以安装在高温管道115的外表面135上，以及(iii)就算在管道115中流动的流体145处于高温(例如≥600℃、≥700℃和/或≥750℃)，换能器105和/或125也可以用于非侵入性地和准确地测量在管道115中流动的流体145的流率。在几个示例性实施例中，波导110和120的至少相应的部分具有特定尺寸、具有特定形状和/或由具有可接受声学特性的材料制成，使得在操作期间，换能器105和125可以彼此发送和接收超声波信号。在几个示例性实施例中，波导110和/或120的至少相应的部分具有特定尺寸、具有特定形状和/或由具有可接受的绝缘特性的材料制成，使得在操作期间，换能器105和125交换超声波信号的能力不会受到在管道115中流动的流体145的高温(例如，≥600℃，≥700℃，和/或≥750℃)的不利影响。在几个示例性实施例中，波导110和/或120的至少相应的部分具有特定尺寸、具有特定形状和/或由具有可接受的绝缘特性的材料制成，使得在操作期间，换能器105和/或125不会充当将过多热量从管道115中吸出的“散热器”。

尺寸和/或形状(波导110和/或120的至少相应的部分可以以该尺寸和/或形状形成以便显示上述可接受的声学特性和绝缘特性)的示例包括但不限于图3A-3D和图4A-4F所示的尺寸和/或形状。可以制成波导110和/或120的至少相应的部分以便显示上述可接受的声学特性和绝缘特性的材料的示例包括但不限于耐高温陶瓷材料、硅酸钙材料、硅酸钙工业陶瓷、具有高达约1000℃的工作温度的材料、在约750℃具有约0.49瓦每米开尔文(W/m*K)或更低的热导率的材料、可加工的材料、具有在约2200米每秒(m/s)至3500米每秒(m/s)的范围内的声速的材料(例如，具有约2270米每秒(m/s)(+/-75m/s)的声速)或其任意组合。材料(波导110和/或120的至少相应的部分可由这些材料制成，以显示上述可接受的声学特性和绝缘特性)的其它重要声学特性包括但不限于声学衰减，声学衰减必须足够小，以允许来自换能器105或125之一的超声波信号穿过波导110和120，并被换能器105或125中的另一个检测到。

在几个示例性实施例中，由控制单元130发送到换能器105和/或125的控制信号是单波高压脉冲。在一个这样的实施例中，从控制单元130到换能器105和125的导线146和148被物理地切换，以测量顺着在管道115中流动的流体145的流动的超声波信号以及逆着在管道115中流动的流体145的流动的超声波信号的传输时间(即，分别沿着路径150和155)。在几个示例性实施例中，由控制单元130发送到换能器105和/或125的控制信号是大约250V的高振幅脉冲。

在其它实施例中，由控制单元130发送到换能器105和/或125的控制信号具有高压波脉冲序列(例如，5-10次振荡)，以使得能够更准确地测量顺着在管道115中流动的流体145的流动的超声波信号与逆着在管道115中流动的流体145的流动的超声波信号(即，分别沿着路径150和155)之间的时间差。高压波脉冲序列的已知频率允许接收换能器105和/或125更容易地检测超声波信号。在几个示例性实施例中，由控制单元130发送到换能器105和/或125的高压波脉冲序列包含高达约300V的高振幅脉冲。为了便于生成高压波脉冲序列，控制单元130包括能够从USB或AC壁式插头接收电力并生成高频(例如，1MHz，或与换能器105和/或125的频率匹配的另一频率)高压波脉冲序列的电子器件(例如，硬件和/或软件)。控制单元130还可以包括能够在发送模式和接收模式之间自动切换的电子器件(例如，硬件和/或软件)，使得不需要改变物理连接来测量超声波信号相对于在管道115中流动的流体145的流动在相反的方向上(即，沿着路径150和155)行进的传输时间。控制单元130还可以包括电子器件(例如，硬件和/或软件)，该电子器件能够基于超声波信号相对于管道115中流体145的流动在相反的方向上(即，沿着流动路径150和155)传播之间的时间差来确定在管道115中流动的流体145的速度(以及因此质量或体积流率)。

在示例性实施例中，如图5所示，继续参考图1、图2A-2B、图3A-3D和图4A-4F，控制单元130包括可操作地耦合到其上的处理器175和非暂时性计算机可读介质180。多个指令存储在非暂时性计算机可读介质180上，这些指令可由处理器175访问和执行。在几个示例性实施例中，如图1、图2A-2B和图5所示，控制单元130与换能器105和125通信。在几个示例性实施例中，多个指令或计算机程序存储在非暂时性计算机可读介质180上，这些指令或计算机程序可由一个或更多个处理器(例如，处理器175)访问和执行。在几个示例性实施例中，一个或更多个处理器(例如，处理器175)执行多个指令(或计算机程序)，以整体或部分地操作上述实施例。在几个示例性实施例中，一个或更多个处理器(例如，处理器175)是控制单元130、一个或更多个其它计算设备或其任意组合的一部分。在几个示例性实施例中，非暂时性计算机可读介质180是控制单元130、一个或更多个其它计算设备或其任意组合的一部分。

在示例性实施例中，如图6所示，系统被示意性地示出，并且通常由附图标记200指代。系统200包括与系统100的相应特征/组件基本相同的一个或更多个特征/组件，这些基本相同的特征/组件被给予相同的附图标记。然而，从系统200中省略了波导120和换能器125，并用波导205(例如，超声波波导)和换能器210(例如，超声波换能器)来代替。换能器210连接到波导205，波导205又连接到管道115。如图6所示，控制单元130与换能器105和210无线通信。除了与换能器105和210无线通信之外，或者代替与换能器105和210无线通信，控制单元130可以经由导线(未示出，但是例如，与图1所示的导线146和148基本相同)与换能器105和210通信。换能器105和210沿着管道115纵向间隔开，并且在管道115的相对侧上彼此对角偏移地定位。在几个示例性实施例中，系统200的波导205和换能器210分别与系统100的波导120和换能器125基本相同，除了它们在管道115上的不同位置之外。

系统200的换能器105和/或210被配置成发射和接收穿过波导110和205、管道115和在管道115中流动的流体145的超声波信号。例如，如图6所示，系统200的换能器105和210被配置成发射和接收超声波信号，该超声波信号穿过波导110和205、管道115和在管道115中流动的流体145。在图6的实施例中，感兴趣的超声波信号没有从管道115的与换能器105相对的内壁反射离开，而是直接从管道115的靠近换能器105的内壁穿过流体145到达管道115的靠近换能器210的内壁。由于在管道115中流动的流体145的流动，超声波信号从换能器105到换能器210(如箭头215所示)的传输时间短于超声波信号从换能器210到换能器105(如箭头220所示)的传输时间，并且该传输时间差产生沿着超声波信号的路径215和220的流速和质量/体积流率的精确度量。

系统200的操作与系统100的操作基本相同，除了不是从管道115的与换能器105和125相对的内壁反射离开并沿着路径150和155穿过在管道115中流动的流体145，而是由换能器105和/或210生成的超声波信号沿着路径215和220直接从管道115的靠近换能器105的内壁穿过流体145到达管道115的靠近换能器210的内壁。因此，将不进一步详细描述系统200的操作。

在示例性实施例中，如图7所示，系统被示意性地示出，并且通常由附图标记250指代。系统250包括与系统100的相应特征/组件基本相同的一个或更多个特征/组件，这些基本相同的特征/组件被给予相同的附图标记。然而，波导110和120以及换能器105和125被从系统250中省略，并且被用波导255和260(例如，超声波波导)以及换能器265和270(例如，超声波换能器)代替。换能器265连接到波导255，波导255又连接到管道115。类似地，换能器270连接到波导260，波导260又连接到管道115。更具体地，在图7的实施例中，管道115包括限定相对的拐角275a和275b的U形弯曲部，波导255和260分别在该相对的拐角处连接到管道115的外表面135。如图7所示，控制单元130与换能器255和260无线通信。除了与换能器255和260无线通信之外，或者代替与换能器255和260无线通信，控制单元130可以经由导线(未示出，但是例如，与图1所示的导线146和148基本相同)与换能器255和260通信。换能器255和260沿着管道115间隔开，并且在管道115的相对的拐角275a和275b处彼此对齐地定位。在几个示例性实施例中，系统250的波导255和260以及换能器265和270分别与系统100的波导110和120以及换能器105和125和/或分别与系统200的波导110和205以及换能器105和210基本相同，除了它们在管道115上的不同位置之外。

系统250的换能器265和/或270被配置成发射和接收穿过波导255和260、管道115和在管道115中流动的流体145的超声波信号。例如，如图7所示，系统250的换能器265和270被配置成发射和接收超声波信号，该超声波信号穿过波导255和260、管道115和在管道115中流动的流体145。然而，在图7的实施例中，感兴趣的超声波信号没有从管道115的内壁反射离开，也没有对角地穿过流过管道115的流体145。相反，感兴趣的超声波信号直接从靠近换能器265的拐角275a处的管道115内壁穿过流体145，到达靠近换能器270的拐角275b处的管道115内壁。由于在管道115中流动的流体145的流动，超声波信号从换能器265到换能器270(如箭头280所示)的传输时间短于超声波信号从换能器270到换能器265(如箭头285所示)的传输时间，并且该传输时间差产生沿着超声波信号的路径280和285的流速和质量/体积流率的精确度量。在几个示例性实施例中，超声波信号280和285以与在管道115中流动的流体145成平行关系的方式在靠近换能器265的拐角275a处的管道115内壁和靠近换能器270的拐角275b处的管道115内壁之间行进它们的传输的至少一部分。

系统250的操作与系统200的操作基本相同，除了不是沿着路径215和220从管道115的靠近换能器105的内壁直接穿过流体145到达管道115的靠近换能器210的内壁，而是由换能器265和/或270生成的超声波信号沿着路径280和285从靠近换能器265的拐角275a处的管道115内壁直接穿过流体145到达靠近换能器270的拐角275b处的管道115内壁。因此，将不进一步详细描述系统250的操作。

在示例性实施例中，如图8所示，继续参考图1、图2A-2B、图3A-3D、图4A-4F、图5、图6和图7，方法通常由附图标记300指代。在几个示例性实施例中，方法300包括在步骤305将第一换能器和第二换能器(例如，105和125、105和210，或265和270)连接到第一波导和第二波导，在步骤310将第一波导和第二波导(例如，110和120、110和205，或255和260)连接到管道115，以及在步骤315在第一换能器和第二换能器之间交换超声波信号，所述超声波信号穿过第一波导和第二波导、管道115以及在管道115中流动的流体145。在几个示例性实施例中，在管道115中流动的流体145的温度超过大约600℃。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导将第一换能器和第二换能器与管道115绝缘，并且分别在管道115与第一换能器和第二换能器之间传播超声波信号，使得第一换能器和第二换能器交换超声波信号的能力不会受到在管道115中流动的流体145的温度的不利影响。在几个示例性实施例中，方法300还包括：在步骤320使控制单元130与第一换能器和第二换能器通信，在步骤325使用控制单元130向第一换能器和第二换能器发送控制信号，所述控制信号实现第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换，在步骤330基于第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换使用控制单元130接收来自第一换能器和第二换能器的数据，以及在步骤335，基于从第一换能器和第二换能器接收的数据使用控制单元130确定在管道115中流动的流体145的流率。

在几个示例性实施例中，系统100、系统200、系统250和方法300中的每一个都适于在较高温度下测量流率(并因此测量体积流率)，而无需在管道115内部进行机械测量。因此，系统100、系统200、系统250和方法300中的每一个都克服了由较高温度范围施加的机械限制，使得声波测量能够在较高温度下经由波导110和120、110和205或255和260测量流率及其特性。

在示例性实施例中，如图9所示，继续参考图1、图2A-2B、图3A-3D、图4A-4F、图5、图6、图7和图8，描绘了用于实现上述系统(100、200和/或250)、控制单元(例如130)、方法(例如300)和/或步骤(例如305、310、315、320、325、330和/或335)和/或其任意组合中的一个或更多个的一个或更多个实施例的计算设备400。计算设备400包括微处理器400a、输入设备400b、存储设备400c、视频控制器400d、系统存储器400e、显示器400f和通信设备400g，所有这些都通过一个或更多个总线400h互连。在几个示例性实施例中，存储设备400c可以包括软盘驱动器、硬盘驱动器、CD-ROM、光驱、任何其它形式的存储设备和/或其任意组合。在几个示例性实施例中，存储设备400c可以包括和/或能够接收软盘、CD-ROM、DVD-ROM或可以包含可执行指令的任何其它形式的计算机可读介质。在几个示例性实施例中，通信设备400g可以包括调制解调器、网卡或使计算设备能够与其它计算设备通信的任何其它设备。在几个示例性实施例中，任何计算设备表示多个互连的(无论是通过内部网还是互联网)计算机系统，包括但不限于个人计算机、大型机、PDA、智能手机和手机。

在几个示例性实施例中，上述实施例的一个或更多个组件至少包括计算设备400和/或其组件，和/或基本上类似于计算设备400和/或其组件的一个或更多个计算设备。在几个示例性实施例中，计算设备400的一个或更多个上述组件包括各自的多个相同组件。

在几个示例性实施例中，计算机系统通常至少包括能够执行机器可读指令的硬件，以及用于执行产生期望结果的动作(通常是机器可读指令)的软件。在几个示例性实施例中，计算机系统可以包括硬件和软件的混合，以及计算机子系统。

在几个示例性实施例中，硬件通常至少包括具有处理器能力的平台，例如客户端机器(还称为个人计算机或服务器)，以及手持处理设备(诸如例如智能电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)或个人计算设备(PCD))。在几个示例性实施例中，硬件可以包括能够存储机器可读指令的任何物理设备，例如存储器或其它数据存储设备。在几个示例性实施例中，其它形式的硬件包括硬件子系统，包括诸如例如调制解调器、调制解调器卡、端口和端口卡的传输设备。

在几个示例性实施例中，软件包括存储在任何存储介质(例如RAM或ROM)中的任何机器代码，以及存储在其它设备(诸如例如软盘、闪存或CD ROM)上的机器代码。在几个示例性实施例中，软件可以包括源代码或目标代码。在几个示例性实施例中，软件包括能够在计算设备上(诸如例如在客户端机器或服务器上)执行的任何指令集。

在几个示例性实施例中，软件和硬件的组合还可以用于为本公开的某些实施例提供增强的功能和性能。在示例性实施例中，软件功能可以直接制造到硅芯片中。因此，应该理解的是，硬件和软件的组合也包括在计算机系统的定义内，并且因此被本公开设想为可能的等效结构和等效方法。

在几个示例性实施例中，计算机可读介质包括例如无源数据储存器(例如随机存取存储器(RAM))以及半永久数据储存器(例如光盘只读存储器(CD-ROM))。本公开的一个或更多个实施例可以体现在计算机的RAM中，以将标准计算机转换成新的特定计算机器。在几个示例性实施例中，数据结构被定义为可以实现本公开的示例性实施例的数据的组织。在示例性实施例中，数据结构可以提供数据的组织或者可执行代码的组织。

在几个示例性实施例中，任何网络和/或其一个或更多个部分可以被设计成在任何特定的架构上工作。在示例性实施例中，任何网络的一个或更多个部分可以在单个计算机、局域网、客户端-服务器网络、广域网、互联网、手持和其它便携式和无线设备以及网络上执行。

在几个示例性实施例中，数据库可以是任何标准或专有的数据库软件。在几个示例性实施例中，数据库可以具有字段、记录、数据和可以通过数据库特定软件关联的其它数据库元素。在几个示例性实施例中，可以映射数据。在几个示例性实施例中，映射是将一个数据条目与另一个数据条目相关联的过程。在示例性实施例中，包含在字符文件的位置中的数据可以被映射到第二表中的字段。在几个示例性实施例中，数据库的物理位置不受限制，并且数据库可以是分布式的。在示例性实施例中，数据库可以远离服务器存在，并且运行在单独的平台上。在示例性实施例中，可以通过互联网访问数据库。在几个示例性实施例中，可以实现一个以上的数据库。

在几个示例性实施例中，存储在非暂时性计算机可读介质上的多个指令可以由一个或更多个处理器执行，以使一个或更多个处理器全部或部分地执行或实现系统100、系统200、系统250、方法300和/或其任意组合的上述实施例中的每一个的上述操作。在几个示例性实施例中，这样的处理器可以包括微处理器400a、处理器175和/或其任意组合中的一个或更多个，并且这样的非暂时性计算机可读介质可以包括存储设备400c、系统存储器400e、计算机可读介质180，和/或可以分布在系统100、系统200和/或系统250的一个或更多个组件中。在几个示例性实施例中，这样的处理器可以结合虚拟计算机系统来执行多个指令。在几个示例性实施例中，这样的多个指令可以直接与一个或更多个处理器通信，和/或可以与一个或更多个操作系统、中间件、固件、其它应用和/或其任意组合交互，以使一个或更多个处理器执行指令。

本公开介绍了一种装置，该装置包括：适于连接到管道的第一波导和第二波导；以及第一换能器和第二换能器，该第一换能器和第二换能器适于分别连接到第一波导和第二波导，并交换通过第一波导和第二波导、管道和在管道中流动的流体的超声波信号；其中在管道中流动的流体的温度超过约600℃；并且其中，当第一换能器和第二换能器分别连接到第一波导和第二波导，以及第一波导和第二波导连接到管道时，第一波导和第二波导将第一换能器和第二换能器与管道绝缘，并且分别在管道与第一换能器和第二换能器之间传播超声波信号，使得第一换能器和第二换能器交换超声波信号的能力不会受到在管道中流动的流体的温度的不利影响。在几个示例性实施例中，该装置还包括适于与第一换能器和第二换能器通信的控制单元；其中，当控制单元与第一换能器和第二换能器通信时，控制单元还适于向第一换能器和第二换能器发送控制信号，所述控制信号实现第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换，以基于第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换从第一换能器和第二换能器接收数据，并且基于从第一换能器和第二换能器接收的数据确定在管道中流动的流体的流率。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导的至少相应的部分由耐高温陶瓷材料制成。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导的至少相应的部分由硅酸钙工业陶瓷制成。在几个示例性实施例中，当第一换能器和第二换能器分别连接到第一波导和第二波导，并且第一波导和第二波导连接到管道时，第一波导和第二波导以允许超声波信号相对于管道纵轴以大于或等于约40度且小于或等于约70度的角度传播通过第一波导和第二波导的方式支撑第一换能器和第二换能器。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自成形为棱柱形状。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自为锥形，使得第一波导和第二波导中的每一个与管道之间的接触面积分别小于第一波导和第二波导与第一换能器和第二换能器之间的接触面积。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自被加工成包括被配置成配合地接合管道的外表面的表面。在几个示例性实施例中，该装置还包括管道，其中：管道的外表面被加工成包括被配置成配合地接合第一波导和第二波导的表面；或者材料被添加到管道的外表面以形成被配置成配合地接合第一波导和第二波导的表面。在几个示例性实施例中，第一换能器经由连接器环连接到第一波导；连接器环在其中延伸的凹槽形成在第一波导的一部分中；并且连接器环由比制成第一波导的该部分的材料更易延展和/或更不易碎的材料制成，和/或包括与第一换能器螺纹接合的内螺纹连接。在几个示例性实施例中，该装置还包括管道，其中管道包括限定相对的第一拐角和第二拐角的U形弯曲部，第一波导和第二波导分别在该相对的第一拐角处和第二拐角处连接到管道；其中超声波信号直接从管道的第一拐角处的第一内壁穿过在管道中流动的流体，到达管道的第二拐角处的第二内壁。在几个示例性实施例中，在超声波信号在管道的第一拐角处的第一内壁和管道的第二拐角处的第二内壁之间的通过的至少一部分期间，超声波信号以与在管道中流动的流体成平行关系的方式行进。

本公开还介绍了一种系统，该系统包括非暂时性计算机可读介质；以及存储在非暂时性计算机可读介质上并可由一个或更多个处理器执行的多个指令，该多个指令包括：使一个或更多个处理器向第一换能器和第二换能器发送控制信号的指令，所述控制信号实现第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换，并且所述超声波信号穿过第一波导和第二波导、管道和在管道中流动的流体；使一个或更多个处理器基于第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换从第一换能器和第二换能器接收数据的指令；以及使一个或更多个处理器基于从第一换能器和第二换能器接收的数据来确定在管道中流动的流体的流率的指令；其中在管道中流动的流体的温度超过约600℃。在几个示例性实施例中，该系统还包括第一波导和第二波导，该第一波导和第二波导适于连接到管道；以及第一换能器和第二换能器，该第一换能器和第二换能器适于分别连接到第一波导和第二波导；其中第一波导和第二波导将第一换能器和第二换能器与管道绝缘，并分别在管道与第一换能器和第二换能器之间传播超声波信号，使得第一换能器和第二换能器交换超声波信号的能力不会受到在管道中流动的流体的温度的不利影响。在几个示例性实施例中，该系统还包括控制单元，该控制单元包括非暂时性计算机可读介质和一个或更多个处理器，该控制单元适于与第一换能器和第二换能器通信。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导的至少相应的部分由耐高温陶瓷材料制成。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导的至少相应的部分由硅酸钙工业陶瓷制成。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自成形为棱柱形状。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自为锥形，使得第一波导和第二波导中的每一个与管道之间的接触面积分别小于第一波导和第二波导与第一换能器和第二换能器之间的接触面积。在几个示例性实施例中，第一换能器经由连接器环连接到第一波导；连接器环在其中延伸的凹槽形成在第一波导的一部分中；并且连接器环由比制成第一波导的该部分的材料更易延展和/或更不易碎的材料制成，和/或包括与第一换能器螺纹接合的内螺纹连接。在几个示例性实施例中，系统还包括管道，其中管道包括限定相对的第一拐角和第二拐角的U形弯曲部，第一波导和第二波导分别在该相对的第一拐角处和第二拐角处连接到管道；其中超声波信号直接从管道的第一拐角处的第一内壁穿过在管道中流动的流体，到达管道的第二拐角处的第二内壁。在几个示例性实施例中，在超声波信号在管道的第一拐角处的第一内壁和管道的第二拐角处的第二内壁之间的通过的至少一部分期间，超声波信号以与在管道中流动的流体成平行关系的方式行进。

本公开还介绍了一种方法，该方法包括：将第一换能器和第二换能器分别连接到第一波导和第二波导；将第一波导和第二波导连接到管道；以及在第一换能器和第二换能器之间交换超声波信号，所述超声波信号穿过第一波导和第二波导、管道和在管道中流动的流体；其中在管道中流动的流体的温度超过约600℃；并且其中第一波导和第二波导将第一换能器和第二换能器与管道绝缘，并且分别在管道与第一换能器和第二换能器之间传播超声波信号，使得第一换能器和第二换能器交换超声波信号的能力不会受到在管道中流动的流体的温度的不利影响。在几个示例性实施例中，该方法还包括：使控制单元与第一换能器和第二换能器通信；使用控制单元向第一换能器和第二换能器发送控制信号，所述控制信号实现第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换；使用控制单元基于第一换能器和第二换能器之间的超声波信号的交换，从第一换能器和第二换能器接收数据；以及使用控制单元基于从第一换能器和第二换能器接收的数据确定在管道中流动的流体的流率。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导的至少相应的部分由耐高温陶瓷材料制成。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导的至少相应的部分由硅酸钙工业陶瓷制成。在几个示例性实施例中，该方法还包括以允许超声波信号相对于管道纵轴以大于或等于约40度且小于或等于约70度的角度传播通过第一波导和第二波导的方式支撑第一换能器和第二换能器。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自成形为棱柱形状。在几个示例性实施例中，第一波导和第二波导各自为锥形，使得第一波导和第二波导中的每一个与管道之间的接触面积分别小于第一波导和第二波导与第一换能器和第二换能器之间的接触面积。在几个示例性实施例中，该方法还包括加工第一波导和第二波导以包括被配置成配合地接合管道的外表面的表面。在几个示例性实施例中，该方法还包括：加工管道的外表面，以包括被配置成配合地接合第一波导和第二波导的表面；或者向管道的外表面添加材料以形成被配置成配合地接合第一波导和第二波导的表面。在几个示例性实施例中，将第一波导和第二波导连接到管道包括：经由连接器环将第一换能器连接到第一波导；其中连接器环：在形成于第一波导中的凹槽内延伸，并包括内螺纹连接，第一换能器可与内螺纹连接螺纹接合，和/或由比制成第一波导部分的材料更易延展和/或更不易碎的材料制成。在几个示例性实施例中，将第一波导和第二波导连接到管道包括将第一波导和第二波导分别在由管道的U形弯曲部限定的相对的第一拐角处和第二拐角处连接到管道，使得超声波信号直接从管道的第一拐角处的第一内壁穿过在管道中流动的流体，到达管道的第二拐角处的第二内壁。在几个示例性实施例中，在超声波信号在管道的第一拐角处的第一内壁和管道的第二拐角处的第二内壁之间的通过的至少一部分期间，超声波信号以与在管道中流动的流体成平行关系的方式行进。

在本公开中，术语“约(about)”用于表示紧接其后陈述的值，但是也可以包括高于或低于所陈述的值的值的范围(例如，±1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％或25％)。

应该理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对前述内容进行各种变化。

在几个示例性实施例中，各种实施例的元素和教导可以在一些或所有实施例中全部或部分组合。此外，各种实施例的一个或更多个元素和教导可以至少部分地被省略，和/或至少部分地与各种实施例的一个或更多个其它元素和教导相结合。

任何空间参考，诸如例如“上方(upper)”、“下方(lower)”、“高于(above)”、“低于(below)”、“之间(between)”、“底部(bottom)”、“垂直(vertical)”、“水平(horizontal)”、“成角度(angular)”、“向上(upwards)”、“向下(downwards)”、“左右(side-to-side)”、“从左到右(left-to-right)”、“从右到左(right-to-left)”、“从上到下(top-to-bottom)”、“从下到上(bottom-to-top)”、“顶部(top)”、“底部(bottom)”、“自下而上(bottom-up)”、“自上而下(top-down)”等仅用于说明目的，并不限制上述结构的特定取向或位置。

在几个示例性实施例中，虽然不同的步骤、进程和过程被描述为表现为不同的动作，但是一个或更多个步骤、一个或更多个进程和/或一个或更多个过程也可以以不同的顺序、同时和/或相继执行。在几个示例性实施例中，步骤、进程和/或过程可以合并成一个或更多个步骤、进程和/或过程。

在几个示例性实施例中，可以省略每个实施例中的一个或更多个操作步骤。此外，在一些情况下，可以采用本公开的一些特征而不相应使用其它特征。此外，一个或更多个上述实施例和/或变型可以全部或部分地与任何一个或更多个其它上述实施例和/或变型相结合。

尽管上面已经详细描述了几个示例性实施例，但是所描述的实施例仅仅是说明性的，而不是限制性的，并且本领域技术人员将容易理解，在实施例中许多其它修改、改变和/或替换是可能的，而不会实质上脱离本公开的新颖教导和优点。因此，所有这样的修改、改变和/或替换旨在被包括在如所附权利要求所限定的本公开的范围内。在权利要求中，任何装置加功能条款(means-plus-function clause)旨在覆盖本文描述的执行所述功能的结构，不仅覆盖结构等同物，而且覆盖等同结构。此外，申请人的明确意图是不援用35U.S.C.§112第6段对本文中的任何权利要求进行任何限制，除了权利要求明确地将词语“装置”与相关联的功能一起使用的情况之外。