專(zhuān)利名稱(chēng)：包括錐形流動(dòng)通路的流量傳感設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)施例總體涉及流量傳感設(shè)備及其方法。本實(shí)施例還涉及氣體流量傳感器。另 外，實(shí)施例涉及用于控制渦流的改進(jìn)的流動(dòng)通路。
背景技術(shù)：
多種流量系統(tǒng)利用流體流速控制機(jī)構(gòu)來(lái)控制流體量，流體可能是以氣體(例如， 空氣)或者液體的形式流過(guò)流動(dòng)通路。流量控制機(jī)構(gòu)也可以用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)(例如通風(fēng)器和 呼吸器)內(nèi)的流速，從而保持充足的透氣流量或者為病人提供充足的用于準(zhǔn)備外科手術(shù)的 麻醉氣。通常，流速控制會(huì)發(fā)生在響應(yīng)從流體流量傳感器所獲得測(cè)量值的控制電路使用過(guò) 程中。顯然這樣的流量傳感器能夠通過(guò)采樣沿著流動(dòng)通路的壁的流體來(lái)測(cè)量流體的流速。一種實(shí)現(xiàn)方式中，流量傳感器放置在流動(dòng)通路相對(duì)待測(cè)流體流動(dòng)方向的上游側(cè)和 下游側(cè)之間。氣體流量傳感設(shè)備通常含有上游通路高度和下游通路高度恒定的流動(dòng)通路。 流動(dòng)通路的這些上游側(cè)和下游側(cè)能夠產(chǎn)生壓力差和流過(guò)各流量傳感器的流體流速，從而導(dǎo) 致流動(dòng)通路內(nèi)的湍流效應(yīng)和渦流。渦流可以產(chǎn)生流體流量的不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致流量傳感 器的不穩(wěn)定輸出。更進(jìn)一步，流量傳感器要求流動(dòng)通路的流程內(nèi)有附加的限流，尤其是流動(dòng) 通路的旁路內(nèi)，從而限制流過(guò)傳感器的流體流量并且避免輸出飽和?，F(xiàn)有技術(shù)中大部分流量傳感器要求穿過(guò)流量傳感器的傳感元件的流體流程精確 和準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)，從而避免流動(dòng)通路內(nèi)產(chǎn)生渦流。對(duì)流體流程的精準(zhǔn)和準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)能夠增強(qiáng) 流量傳感器的優(yōu)化性能。這樣的方法要求額外的精度，從而導(dǎo)致流量傳感器的制造過(guò)程中 額外的設(shè)計(jì)或者安裝時(shí)間，因此非常昂貴。另外，由于截面區(qū)域和流體通路內(nèi)的上游以及下 游通路位置的非一致性，流動(dòng)通路可能不會(huì)產(chǎn)生統(tǒng)一的層化流體流動(dòng)。為了解決前述困難，需要改進(jìn)的和廉價(jià)的流體通路以便能夠減少渦流以及穩(wěn)定傳 感器的輸出信號(hào)。這里公開(kāi)的改進(jìn)型流體通路能夠解決這些以及其他持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
提供下述發(fā)明內(nèi)容從而有助于理解公開(kāi)的實(shí)施例獨(dú)有的一些創(chuàng)新性特征，并不是 為了作一個(gè)全面的描述。實(shí)施例的不同方面的全面理解可以通過(guò)將整個(gè)說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求、 附圖和摘要作為一個(gè)整體來(lái)獲得。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供改進(jìn)的流體流量傳感設(shè)備。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供帶有改進(jìn)的流動(dòng)通路的流體流量傳感器，從而能夠減 少或者避免流過(guò)通向傳感器的流程的流體內(nèi)不必要的渦流。如這里所述的目前可以獲得前述方面以及其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。流量傳感設(shè)備包括限 定流體(例如，氣體或者液體)流程的主流動(dòng)通路，流體流動(dòng)通過(guò)該流程。上游流動(dòng)通路和 下游流動(dòng)通路可以模制到主流動(dòng)通路中，傳感器區(qū)域旁通主流動(dòng)通路的流程。流體流量傳 感器可以置于上游流動(dòng)通路和下游流動(dòng)通路之間，用于測(cè)量流動(dòng)通路內(nèi)的流體流速。本發(fā) 明中，上游流動(dòng)通路在朝向氣體流量傳感器的方向上呈錐形。下游流動(dòng)通路也可以是錐形的。錐形的上游和下游流動(dòng)通路減少了流量傳感器內(nèi)的渦流，因此增強(qiáng)了流動(dòng)穩(wěn)定性并穩(wěn) 定了傳感器輸出信號(hào)，從而使得流量傳感器的傳感性能優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，形成到主流動(dòng)通路內(nèi)的至少一個(gè)錐形流動(dòng)通路限定作 為可替換流體流程的流動(dòng)管，其中所述至少一個(gè)錐形流動(dòng)通路將來(lái)自主流動(dòng)通路的一些流 體流旁路到所述可替換流體流程內(nèi)。流量傳感器置于所述可替換流體流程內(nèi)，其中所述錐 形流動(dòng)通路在朝向所述流量傳感器的流體流動(dòng)方向上呈錐形，從而減少渦流并且使得所述 流量傳感器獲得優(yōu)化的傳感性能。另外，傳感設(shè)備還可以包括一套精密限流器，該限流器可以放置在主流動(dòng)通路內(nèi) 從而通過(guò)限制主流動(dòng)通路內(nèi)以及流動(dòng)管和/或可替換流程內(nèi)的流量來(lái)限制流過(guò)流量傳感 器的流體的流速。主流動(dòng)通路優(yōu)選的可以展現(xiàn)有與流體系統(tǒng)配套的橫截面形狀和尺寸。上 游和下游流動(dòng)通路或者可替換流程可以在上游和下游流動(dòng)通路接近氣體流量傳感器的時(shí) 候通過(guò)增加流動(dòng)入口處的高度和減少該高度來(lái)形成錐形。因此，當(dāng)流體流從主流動(dòng)通路改 變方向進(jìn)入上游流動(dòng)通路的時(shí)候，流體的流動(dòng)速度會(huì)更加穩(wěn)定。從而傳感設(shè)備可以產(chǎn)生一 致的流過(guò)氣體流量傳感器的流體流動(dòng)，從而獲得更準(zhǔn)確的流體測(cè)量。


附圖中相同的或者功能類(lèi)似的元件在整個(gè)獨(dú)立的視圖中采用相同的附圖標(biāo)記，并 且附圖并入到說(shuō)明書(shū)中形成說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例并且與具體實(shí)施方式
一起用于解釋這里公開(kāi)的實(shí)施例。附圖1表示流量傳感設(shè)備的總透視圖，適用于實(shí)施優(yōu)選實(shí)施例；附圖2表示根據(jù)本發(fā)明特征的流量傳感設(shè)備的橫截面示意圖；附圖3表示根據(jù)本發(fā)明特征的流量傳感設(shè)備的橫截面示意圖；以及附圖4表示根據(jù)本發(fā)明的特征，如圖3所示的含有錐形上游和下游流動(dòng)通路的氣 體流量傳感器的另一個(gè)橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式這些非限制性實(shí)例中所討論的特定數(shù)值和構(gòu)造可以改變以及僅僅被引用來(lái)說(shuō)明 至少一個(gè)實(shí)施例，因此并不是為了用于限制保護(hù)范圍。注意到附圖1-5中相同的部分或者 元件通常采用相同的附圖標(biāo)記表示。參考附圖1，表示傳感設(shè)備100的總透視圖，能夠適用于實(shí)施一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。流 量傳感設(shè)備100可以置于由主流動(dòng)通路120限定的流程121內(nèi)，這樣流體150，如圖2所示， 能夠流入和流出主流動(dòng)通路120。注意到這里所使用到的術(shù)語(yǔ)“流體”可以指氣體或者液體。 因此，這里公開(kāi)的流量傳感設(shè)備100可用于流體系統(tǒng)(沒(méi)有示出)內(nèi)的流體(例如，空氣或 者氣體)流150的流速測(cè)量。注意到這里所討論的實(shí)施例通常涉及氣體流量傳感系統(tǒng)或者 裝置。然而，應(yīng)當(dāng)理解這樣的實(shí)施例也可以在其他傳感系統(tǒng)和設(shè)計(jì)的背景下應(yīng)用，并且不限 于氣體流量傳感技術(shù)。氣體流量傳感系統(tǒng)的討論，如這里所使用的，是用于示例性目的。參考附圖2，表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的流量傳感設(shè)備100的橫截面示意圖。主流動(dòng) 通路120可以與上游流動(dòng)通路130和下游流動(dòng)通路140整體設(shè)置在一起從而將主流動(dòng)通路 120連接到流動(dòng)管210，流動(dòng)管210被流量傳感設(shè)備100的主體110全部覆蓋。上游流動(dòng)通路130和下游流動(dòng)通路140也可以形成進(jìn)入塑料流動(dòng)管210的通道，如圖3-4中所示。塑 料流動(dòng)管210包括流量傳感器230。上游和下游流動(dòng)通路130和140相互平行。主流動(dòng)通 路120能夠如圖2所示，通過(guò)將流體150旁路流過(guò)上游流動(dòng)通路和下游流動(dòng)通路130和140 從而引導(dǎo)流體150流過(guò)流量傳感器230。因此，流體150的流動(dòng)是從主流動(dòng)通路120中的上 游流動(dòng)通路130流到下游流動(dòng)通路140。流量傳感設(shè)備100的主體110通常包括帶有上游和下游流動(dòng)通路130和140的圓 柱形。傳感設(shè)備100的流量傳感器230可以通過(guò)半導(dǎo)體和集成電路制造技術(shù)實(shí)施。主流動(dòng) 通路120以及上游和下游流動(dòng)通路130和140可以優(yōu)選展現(xiàn)有與包括進(jìn)入流動(dòng)管210的錐 形入口的流量系統(tǒng)相配套的截面形狀和尺寸。這種傳感設(shè)備100能夠以較大的信噪比來(lái)量 化流體150的質(zhì)量流速，從而獲得流體流速測(cè)量準(zhǔn)確性和分辨率的改善。流量傳感設(shè)備100可用于大量的流動(dòng)系統(tǒng)，例如反應(yīng)堆、通風(fēng)器和呼吸器，用于準(zhǔn) 確測(cè)量流體150沿著主流動(dòng)通路120的流程121的流速。主流動(dòng)通路120和塑料流動(dòng)管 210中的流體150的方向在圖2中被清晰地示出。流量傳感設(shè)備100還可以包括置于主流動(dòng)通路120內(nèi)的限流器220。尤其，這些限 流器220可以分別放置在與上游和下游流動(dòng)通路130和140鄰近的位置。限流器220可以 包括在其中形成的一套斷流孔221從而控制流過(guò)主流動(dòng)通路120的流體150的流動(dòng)。限流 器220尤其可以控制沿著上游和下游流動(dòng)通路130和140的流體150的流動(dòng)。至少上游流 動(dòng)通路130在朝向流量傳感器230的方向上是錐形的。上游和下游流動(dòng)通路130和140都 可以為錐形，如圖3和圖4所示。錐形的流動(dòng)通路130和140都可以使得接收和控制流過(guò) 傳感器100的主流動(dòng)通路121的雙向流成為可能，從而能夠?qū)M(jìn)入流動(dòng)管210和流過(guò)傳感 器230的流動(dòng)進(jìn)行管理?？梢匀菀撞⑶伊畠r(jià)地提供這樣的錐形上游以及下游流動(dòng)通路130 和140，因?yàn)樗梢员荒Ｖ频街髁鲃?dòng)通路120中。操作過(guò)程中，當(dāng)流體150以流量傳感器的截面視圖中更清晰表示的方向流過(guò)主流 動(dòng)通路120的時(shí)候，流體150的一部分也能夠流過(guò)錐形上游流動(dòng)通路130。錐形上游流動(dòng) 通路130可以限制流體150的流速，從而提供流過(guò)氣體流量傳感器230的流體150的均勻 流。因此，氣體流量傳感器230可以以準(zhǔn)確的方式測(cè)量流體150的流速。氣體流量傳感器 230可以放置在帶有蓋250的基底240上。蓋250可以抵靠基底240的后側(cè)放置從而保護(hù) 氣體流量傳感器230不受到環(huán)境的影響。之后，當(dāng)測(cè)量流體150的流速后，流動(dòng)管210內(nèi)的 流體150可再次通過(guò)錐形下游流動(dòng)通路140流過(guò)主流動(dòng)通路120。參考附圖3-4，表示流量傳感器200，300的橫截面視圖。流動(dòng)通路可以包括尖銳的 標(biāo)準(zhǔn)角310，流體可流動(dòng)通過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)角。尖銳邊緣會(huì)導(dǎo)致對(duì)流體流動(dòng)的限制，因此在如圖 5中的流量傳感器300中示出了圓角410。流程內(nèi)的圓角使得流體能夠比圖4中所示的流 動(dòng)的更加流暢。本發(fā)明的特征能以簡(jiǎn)單的方式來(lái)提供，其中至少一個(gè)錐形流動(dòng)通路形成在主流動(dòng) 通路內(nèi)從而限定流動(dòng)管作為可替換流體流程，其中所述至少一個(gè)錐形流動(dòng)通路將來(lái)自主流 動(dòng)通路的某些流體流旁路到所述可替換流體流程內(nèi)。流量傳感器置于所述可替換流體流程 內(nèi)，其中所述錐形流動(dòng)通路在朝向所述流量傳感器的流體流動(dòng)方向上呈錐形，從而減少渦 流并且使得所述液流傳感器的傳感性能優(yōu)化。這種配置下，傳感設(shè)備可包括至少一個(gè)精密 限流器，所述限流器放置在主流動(dòng)通路內(nèi)從而通過(guò)限制主流動(dòng)通路以及流動(dòng)管和/或可替換流程內(nèi)的流動(dòng)來(lái)限制流體的流速。 應(yīng)當(dāng)理解上述公開(kāi)的以及其他特征和功能的變形，或者關(guān)于它們的可替換形式， 可以期望地被并入許多其他不同的系統(tǒng)或者應(yīng)用中。而且隨后本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)此進(jìn) 行各種目前無(wú)法預(yù)知或者沒(méi)有預(yù)料到的可替換形式、修改、變形或者改進(jìn)，這些也包括在所 附權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
一種流體流量傳感設(shè)備(100)，用于感測(cè)通過(guò)主通路(120)的流體的流動(dòng)，流體流量傳感設(shè)備(100)包括外殼(110)，該外殼限定輸入端口(130)，該輸入端口構(gòu)造成與主通路(120)流體連通；輸出端口(140)，該輸出端口構(gòu)造成與輸入端口下游的主通路(120)流體連通；流動(dòng)通路，該流動(dòng)通路在輸入端口(130)和輸出端口(140)之間延伸，其中流動(dòng)通路具有錐形區(qū)域，錐形區(qū)域具有沿著流動(dòng)通路的至少一部分延伸的錐形內(nèi)尺寸，其中錐形區(qū)域在通過(guò)流動(dòng)通路的流體流動(dòng)方向上從較大的內(nèi)尺寸向較小的內(nèi)尺寸呈錐形；以及流體流量傳感器(230)，該流體流量傳感器暴露于外殼的流動(dòng)通路，用于測(cè)量流過(guò)外殼的流動(dòng)通路的流體的流量，流動(dòng)通路的錐形區(qū)域?qū)⒘黧w導(dǎo)向并流過(guò)流體流量傳感器(230)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感設(shè)備(100)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)流體限流器(220)，布置在外殼(110)的輸入端口(130)上游的所述主通路 (120)內(nèi)，所述至少一個(gè)流體限流器(220)限制所述主通路(120)和外殼的所述流動(dòng)通路內(nèi) 的流體流速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感設(shè)備(100)，其中所述錐形區(qū)域通過(guò)在所述錐形區(qū) 域接近流體流量傳感器(230)時(shí)減少錐形區(qū)域的尺寸而形成錐形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量傳感設(shè)備(100)，其中所述錐形區(qū)域的尺寸沿著錐形區(qū) 域的至少一部分持續(xù)減少。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感設(shè)備(100)，其中外殼(110)的所述流動(dòng)通路包括 流體流量傳感器(230)上游的錐形區(qū)域，以及流體流量傳感器(230)下游的下游通路區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流量傳感設(shè)備(100)，其中下游通路區(qū)域包括下游錐形區(qū)域， 該下游錐形區(qū)域在流過(guò)流動(dòng)通路的流體流動(dòng)方向上從較小的內(nèi)尺寸到較大的內(nèi)尺寸呈錐 形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流量傳感設(shè)備(100)，其中所述主通路(120)具有的橫 截面形狀從一組形狀中選擇，包括三角形、正方形、矩形、半圓形和半橢圓形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感設(shè)備(100)，其中流體包括氣體或者液體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感設(shè)備(100)，其中流動(dòng)通路的錐形區(qū)域置于流體流 量傳感器(230)的上游，流動(dòng)通路進(jìn)一步具有位于流體流量傳感器(230)下游的另一個(gè)錐 形區(qū)域，其中流體流量傳感器(230)下游的錐形區(qū)域在流過(guò)流動(dòng)通路的流體流動(dòng)方向上從 較小的內(nèi)尺寸到較大的內(nèi)尺寸呈錐形。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括錐形流動(dòng)通路的流量傳感設(shè)備。流體流動(dòng)傳感設(shè)備包括錐形流體流動(dòng)通路，其形成在主通路內(nèi)用于限定流體流動(dòng)管作為可替換流體流程。錐形流體流動(dòng)通路能夠從主流體流動(dòng)通路中旁路一些流體流進(jìn)入所述可替換流體流程以及置于所述可替換流體流程內(nèi)的流量傳感器中。錐形流動(dòng)通路在向著所述流量傳感器的流體流動(dòng)方向上呈錐形，從而減少渦流并且使得流體流量傳感器的傳感性能優(yōu)化。上游流體流動(dòng)通路和下游流體流動(dòng)通路可以模制到主流體流動(dòng)通路中，尤其在主流體流動(dòng)通路的流體流程中被旁路。流體流量傳感器可以置于上游流體流動(dòng)通路和下游流體流動(dòng)通路之間用于測(cè)量通路內(nèi)的流體流速。
文檔編號(hào)G01F1/74GK101900588SQ20091100017
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者J·W·斯佩爾德里奇 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司