超声波流量计流控制的制作方法

本说明书涉及超声波流体质量流量传感器。

背景技术：

1、流体测量设备用于流体控制系统的表征和操作。随着流量测量设备的动态带宽、流量范围、精度和可靠性的提高，此类设备的潜在应用前景变宽。高动态带宽流量计可以充当控制系统反馈传感器用于提高燃料系统中的稳态和/或瞬态精度。超声波流量计(usfm)是可以用于实现飞行器涡轮系统的经过验证的工业技术。

2、现有飞行时间超声波流量计用于赛车和汽车行业、管线监护输送、工业流量测量以及许多其他应用中。然而，许多这些应用包含稳态流动条件，并且其相应的应用允许体积流量测量。在诸如飞行器燃气涡轮发动机应用的其他应用中，燃料输送系统的流体环境条件提出重大设计挑战。

3、在燃料流量计(主要元件)领域中，对燃料的流动调节对于进入和离开流量计的燃料流动的可控性来说是必需的，以实现所期望的流量计性能、精度和足够调节比。作为流体动力学的一般经验法则，对于给定直径的管道，在扰动之后，可能需要10或以上长度的笔直管道才能使得流体流稳定(例如，约10或更大的长度直径比l/d)。

技术实现思路

1、总体而言，此文档描述超声波流体质量流量传感器。

2、在第一实例中，一种流体流调节装置包括：线性流体导管，所述线性流体导管具有限定主轴线并从导管入口延伸到与所述导管入口相对布置的导管出口的第一管状本体，并且被配置成具有预先确定的流动几何形状以限定沿着所述主轴线的线性流体流动路径；流体入口，所述流体入口限定与所述线性流体流动路径不平行的入口流体流动路径；第一流体流调节器，所述第一流体流调节器具有与所述流体入口流体连通的第一调节器入口，以及与所述导管入口流体连通的第一调节器出口，并且被配置成接收沿着所述入口流体流动路径通过所述第一调节器入口的流体流、通过所述第一调节器入口调节流体流并重新定向经调节的流体流远离所述入口流体流动路径并沿着沿所述主轴线的所述线性流体流动路径通过所述第一调节器出口；第二流体流调节器，所述第二流体流调节器具有与所述导管出口流体连通的第二调节器入口，以及第二调节器出口，并且被配置成接收来自沿着所述主轴线的所述线性流体流动路径的流体流、重新定向流体流远离所述线性流体流动路径并沿着与所述线性流体流动路径不平行的出口流体流动路径通过所述第二调节器出口并通过所述第二调节器出口调节流体流；以及流体出口，所述流体出口被配置成接收来自所述第二调节器出口的流体流。

3、在根据实例1的第二实例中，所述第一流体流调节器包括在第一纵向端部和与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中所述第一调节器入口沿着所述第二管状本体布置，并且所述第二纵向端部限定所述第一调节器出口。

4、在根据实例2的第三实例中，所述第一调节器入口包括径向穿过所述第二管状本体限定的多个端口。

5、在根据实例2或3的第四实例中，所述装置还包括布置在所述第一纵向端部的近侧的传感器装置。

6、在根据实例4的第五实例中，所述传感器装置包括超声波换能器装置，所述超声波换能器装置被配置为沿着所述线性流体流动路径发射和接收超声波信号。

7、在根据实例4或5的第六实例中，该传感器装置包括：传感器壳体，所述传感器壳体具有限定传感器轴线和轴向内部传感器壳体腔的内表面，所述传感器壳体包括：第一轴向传感器壳体部分，其具有垂直于传感器轴线的第一横截面积，第二轴向传感器壳体部分，所述第二轴向传感器壳体部分沿着所述传感器轴线邻近所述第一轴向传感器壳体部分布置，并且具有垂直于所述传感器轴线的大于所述第一横截面积的第二横截面积，以及从所述第一轴向传感器壳体部分的内表面延伸到所述第二轴向传感器壳体部分的内表面的面；缓冲杆，所述缓冲杆具有第一轴向端部和与所述第一轴向端部相对的第二轴向端部，并且所述缓冲杆包括第一轴向缓冲部分，所述第一轴向缓冲部分布置在所述第一轴向传感器壳体部分内并且包括所述第一轴向端部，第二轴向缓冲部分，其布置在所述第二轴向传感器壳体部分内并且邻接所述面，并且包括第二轴向端部，以及第三轴向缓冲部分，所述第三轴向缓冲部分在第一轴向缓冲部分和第二轴向缓冲部分之间轴向延伸，并且具有垂直于传感器轴线的小于第一横截面积的第三横截面积；限定在内表面和第三轴向缓冲部分之间的腔；以及声学地配合到第一轴向端部的声收发器元件。

8、在根据实例1至6中的任何一个实例的第七实例中，所述第二流体流调节器包括在第一纵向端部和与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中所述第二调节器出口沿着所述第二管状本体布置，并且所述第一纵向端部限定所述第二调节器入口。

9、在根据实例7的第八实例中，其中第二调节器出口包括径向穿过第二管状本体限定的多个端口。

10、在根据实例7或8的第九实例中，所述装置还包括布置在所述第二纵向端部附近的传感器装置。

11、在根据实例9的第十实例中，所述传感器装置包括超声波换能器装置，所述超声波换能器装置被配置成沿着线性流体流动路径发射和接收超声波信号。

12、在根据实例1至10中的任一实例的第十一实例中，所述线性流体导管被配置为阻尼超声波声信号。

13、在根据实例1至11中的任一实例的第十二实例中，线性流体导管包括具有第一预先限定的几何形状的管状外部壳体和同心地布置在管状外部壳体内并限定预先确定的流动几何形状的可移除的内部壳体。

14、在第十三实例中，一种流体流调节的方法包括：接收沿着第一流体流动路径流动的流体流；通过使所述流体流流过第一流体流调节器的第一调节器入口来调节所述流体流；通过所述第一流体流调节器远离所述第一流体流动路径并朝向线性流体流动路径重新定向所述流体流；使所述流体流沿着所述线性流体流动路径流过第一调节器出口；使所述流体流沿着所述线性流体流动路径流过流体导管，所述流体导管具有从导管入口延伸到与所述导管入口相对布置的导管出口的第一管状本体，并且被配置成具有预先确定的流动几何形状；使所述流体流沿着所述线性流体流动路径流过第二流体流调节器的第二调节器入口；通过所述第二流体流调节器远离所述线性流体流动路径并朝向第二流体流动路径重新定向所述流体流；通过使所述流体流流过所述第二流体流调节器的第二调节器出口来调节所述流体流。

15、在根据实例13的第十四实例中，所述方法进一步包括：沿着所述线性流体流动路径发射超声波信号通过所述第一调节器出口、所述流体导管和所述第二调节器入口；通过所述第二调节器入口接收所述超声波信号；以及基于所述所接收的超声波信号确定所述流体流的质量流率和体积流率中的至少一者。

16、在根据实例13或14的第十五实例中，所述第一流体流调节器包括在第一纵向端部和与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中所述第一调节器入口沿着所述第二管状本体布置，并且所述第二纵向端部限定所述第一调节器出口。

17、在根据实例15的第十六实例中，所述第一调节器入口包括径向穿过所述第二管状本体限定的多个端口，并且通过使所述流体流流过第一流体流调节器的第一调节器入口来调节所述流体流进一步包括使所述流体流流过所述多个端口。

18、在根据实例15或16的第十七实例中，所述方法进一步包括进行如下中的至少一者：通过超声波换能器发射和接收沿着所述线性流体流动路径通过所述第一调节器出口和所述流体导管的超声波信号，其中所述第一流体流调节器进一步包括布置在所述第一纵向端部的近侧的所述超声波换能器。

19、在根据实例13至17中的任何一个实例的第十八实例中，所述第二流体流调节器包括在第一纵向端部和与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中所述第二调节器出口沿着所述第二管状本体布置，并且所述第二调节器入口被布置在所述导管出口的近侧。

20、在根据实例18的第十九实例中，所述第二调节器出口包括多个端口，所述多个端口被限定为径向地穿过所述第二管状本体，并且通过使流体流过第二流体流调节器的第二调节器出口来调节流体流还包括使所述流体流流过所述多个端口。

21、在根据实例18或19的第二十实例中，所述方法进一步包括进行如下中的至少一者：通过超声波换能器发射和接收沿着所述线性流体流动路径通过所述第二调节器出口和所述流体导管的超声波信号，其中所述第二流体流调节器进一步包括布置在所述第二纵向端部的近侧的所述超声波换能器。

22、在实例性实施例中，一种流体流调节装置包括：线性流体导管，所述线性流体导管具有限定主轴线并从导管入口延伸到与所述导管入口相对布置的导管出口的第一管状本体，并且被配置成具有预先确定的流动几何形状以限定沿着所述主轴线的线性流体流动路径；流体入口，所述流体入口限定与所述线性流体流动路径不平行的入口流体流动路径；第一流体流调节器，所述第一流体流调节器具有与所述流体入口流体连通的第一调节器入口，以及与所述导管入口流体连通的第一调节器出口，并且被配置成接收沿着所述入口流体流动路径通过所述第一调节器入口的流体流、通过所述第一调节器入口调节流体流并重新定向经调节的流体流远离所述入口流体流动路径并沿着沿所述主轴线的所述线性流体流动路径通过所述第一调节器出口；第二流体流调节器，所述第二流体流调节器具有与所述导管出口流体连通的第二调节器入口，以及第二调节器出口，并且被配置成接收来自沿着所述主轴线的所述线性流体流动路径的流体流、重新定向流体流远离所述线性流体流动路径并沿着与所述线性流体流动路径不平行的出口流体流动路径通过所述第二调节器出口并通过所述第二调节器出口调节流体流；以及流体出口，所述流体出口被配置成接收来自所述第二调节器出口的流体流。

23、各种实施例可以包括以下特征中的一些、全部特征，或者不包括以下特征。所述第一流体流调节器可以包括在第一纵向端部和与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中所述第一调节器入口沿着所述第二管状本体布置，并且所述第二纵向端部限定所述第一调节器出口。所述第一调节器入口可以包括径向穿过所述第二管状本体限定的端口的集合。所述流体流调节装置可以包括布置在所述第一纵向端部的近侧的传感器装置。所述传感器装置可以包括超声波换能器装置，所述超声换能器装置被配置成沿着所述线性流体流动路径发射和接收超声波信号。该传感器装置可包括：传感器壳体，该传感器壳体具有限定传感器轴线以及轴向内部传感器壳体腔的内表面，该传感器壳体包括：第一轴向传感器壳体部分，该第一轴向传感器壳体部分具有垂直于传感器轴线的第一横截面积，第二轴向传感器壳体部分，所述第二轴向传感器壳体部分沿着所述传感器轴线与所述第一轴向传感器壳体部分相邻布置，并且具有垂直于传感器轴线的大于所述第一横截面积的第二横截面积，以及从所述第一轴向传感器壳体部分的所述内表面延伸到所述第二轴向传感器壳体部分的所述内表面的面；缓冲杆，所述缓冲杆具有第一轴向端部和与所述第一轴向端部相对的第二轴向端部，并且包括第一轴向缓冲部分，所述第一轴向缓冲部分布置在所述第一轴向传感器壳体部分内并且包括所述第一轴向端部，第二轴向缓冲部分，其布置在所述第二轴向传感器壳体部分内并且邻接所述面，并且包括所述第二轴向端部，以及第三轴向缓冲部分，其在所述第一轴向缓冲部分和所述第二轴向缓冲部分之间轴向延伸，并且具有垂直于所述传感器轴线的小于所述第一横截面积的第三横截面积；限定在所述内表面和所述第三轴向缓冲部分之间的腔；以及声学地配合到所述第一轴向端部的声收发器元件。第二流体流调节器可以包括在第一纵向端部和与第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中第二调节器出口沿着第二管状本体布置，并且第一纵向端部限定第二调节器入口。第二调节器出口可以包括径向穿过第二管状本体限定的端口的集合。流体流调节装置可以包括布置在第二纵向端部的近侧的传感器装置。传感器装置可包括超声波换能器装置，该超声波换能器装置被配置成沿着线性流体流动路径发射和接收超声波信号。线性流体导管可被配置成阻尼超声波声信号。线性流体导管可以包括具有第一预先限定的几何形状的管状外部壳体，以及同心地布置在管状外部壳体内并限定预先确定的流动几何形状的可移除的内部壳体。

24、在实例性实施方案中，一种流体流调节的方法包括：接收沿着第一流体流动路径流动的流体流；通过使所述流体流流过第一流体流调节器的第一调节器入口来调节所述流体流；通过所述第一流体流调节器远离所述第一流体流动路径并朝向线性流体流动路径重新定向所述流体流；使所述流体流沿着所述线性流体流动路径流过第一调节器出口；使所述流体流沿着所述线性流体流动路径流过流体导管，所述流体导管具有从导管入口延伸到与所述导管入口相对布置的导管出口的第一管状本体，并且被配置成具有预先确定的流动几何形状；使所述流体流沿着所述线性流体流动路径流过第二流体流调节器的第二调节器入口；通过所述第二流体流调节器远离所述线性流体流动路径并朝向第二流体流动路径重新定向所述流体流；以及通过使所述流体流流过所述第二流体流调节器的第二调节器出口来调节所述流体流。

25、各种实施方案可以包括以下特征中的一些、全部特征，或者不包括以下特征。所述方法可以包括：沿着所述线性流体流动路径发射超声波信号通过所述第一调节器出口、所述流体导管和所述第二调节器入口；通过所述第二调节器入口接收所述超声波信号；以及基于所述所接收的超声波信号确定所述流体流的质量流率和体积流率中的至少一者。所述第一流体流调节器可以包括在第一纵向端部和与所述第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中所述第一调节器入口沿着所述第二管状本体布置，并且所述第二纵向端部限定所述第一调节器出口。第一调节器入口可以包括径向地穿过第二管状本体限定的端口的集合，并且通过流过第一流体流调节器的第一调节器入口来调节流体流可以包括使流体流流过所述端口的集合。该方法可以包括进行如下中的至少一者：通过超声波换能器发射和接收沿着线性流体流动路径通过第一调节器出口和流体导管的超声波信号，其中第一流体流调节器还包括布置在第一纵向端部近侧的超声波换能器。第二流体流调节器可以包括在第一纵向端部和与第一纵向端部相对的第二纵向端部之间延伸的第二管状本体，其中第二调节器出口沿着第二管状本体布置，并且第二调节器入口布置在导管出口的近侧。第二调节器出口可以包括径向地穿过第二管状本体限定的端口的集合，并且通过使流体流过第二流体流调节器的第二调节器出口来调节流体流还包括使流体流流过所述端口的集合。该方法可包括进行如下中的至少一者：由超声波换能器发射和接收沿着线性流体流动路径通过第二调节器出口和流体导管的超声波信号，其中第二流体流调节器还包括布置在第二纵向端部的近侧的超声波换能器。

26、此处描述的系统和技术可以提供以下优点中的一者或多者。首先，系统可以针对宽流体温度范围提供经改善的环境生存能力。其次，所述系统可以针对宽流体压力范围提供经改善的环境生存能力。第三，所述系统可以针对恶劣流体提供经改善的环境生存能力。第四，所述系统可以提供一体的流体密度感测。第五，所述系统可能相对不受流体流动动力学(例如，漩涡、涡流、不稳定性)的影响。第六，所述系统可以以100hz或更高的更新率使用，同时维持精度。第七，所述系统可以提供增加的流量计精度。第八，所述系统可以提供经改善的传感器可靠性。

27、在附图和以下描述中阐述一个或多个实施方案的细节。根据说明书和附图并且根据权利要求书，其他特征和优点将显而易见。