本發(fā)明通常涉及流量傳感器，并且更特別地，涉及可變孔口流體流量傳感器。

背景技術(shù)：

孔口流量傳感器用于測(cè)量流體的流速，該流體包括液體和氣體。典型的孔口流量傳感器包含固定的孔口，使流體流動(dòng)通過該固定的孔口。在處于孔口上游的流體和正流動(dòng)通過孔口的流體之間建立壓力差。該壓力差能夠用于測(cè)量流體的流速。為了該目的，壓力傳感器測(cè)量越過孔口建立的壓力差，并且被標(biāo)定從而從該壓力差中計(jì)算流體的流速。

可變孔口流量傳感器提供了足夠的壓力差用于越過流速的寬闊的范圍的測(cè)量目的。這通過將彎曲部件引入到流體流動(dòng)通道中而實(shí)現(xiàn)。彎曲部件安裝到用于流體流動(dòng)通道的罩殼并且包括越過流體流動(dòng)通道安置的舌形片(flapper)并且由于與流體流的接觸而在流體流的方向上彎曲或折曲，并且因此在流體流動(dòng)通道內(nèi)創(chuàng)造了可變的孔口。在可變孔口流量傳感器中測(cè)量流速類似于在固定孔口流量傳感器中測(cè)量流速。也就是說，壓力傳感器測(cè)量越過可變孔口的壓力差并且從壓力差中計(jì)算流體的流速。

美國(guó)專利號(hào)4,989,456；5,033,312；5,038,621；6,722,211和7,270,143示出了可變孔口流量傳感器。

通過將包括舌形片的彎曲部件連接到限定流體流動(dòng)通道的罩殼將能夠直接影響傳感器的性能。在彎曲部件剛性地固定到罩殼的情況中，與罩殼的這種牢固的接合能夠使舌形片的運(yùn)動(dòng)畸變以不利地影響該舌形片的運(yùn)行。此外，在彎曲部件過松地固定到罩殼的情況中，流體可能在彎曲部件周圍流動(dòng)通過位于罩殼和彎曲部件之間的泄漏部。

在任一情況中，通過彎曲部件連接到罩殼影響舌形片的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)行，并且因此越過由舌形片限定的可變的孔口的測(cè)量的壓力差發(fā)生改變，例如通過不佳的低流量分辨率以及舌形片的非線性運(yùn)動(dòng)。這繼而導(dǎo)致流體的流速的不準(zhǔn)確的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明中提供了一種可變孔口流體流量傳感器，該可變孔口流體流量傳感器具有彼此接合的兩個(gè)端口部分，該兩個(gè)端口部分形成了通過傳感器的流體流動(dòng)通道。在兩個(gè)端口部分之間提供帶有包括流體流動(dòng)限制舌形片的彎曲部件的可變孔口裝置。可變孔口裝置還包括偏壓部件(biasing member)，該偏壓部件布置在兩個(gè)端口部分之間并且該偏壓部件在氣體流動(dòng)通道周圍接合彎曲部件。偏壓部件包括多個(gè)偏壓元件，該多個(gè)偏壓元件從偏壓部件向外延伸到與彎曲部件接觸。偏壓元件與彎曲部件的接合提供了抵靠彎曲部件的恒定的接觸和/或偏壓力用于以這樣的方式相對(duì)于兩個(gè)端口部分保持彎曲部件，即該方式在確定流體流動(dòng)壓力差并且測(cè)量對(duì)應(yīng)的流體流速時(shí)不會(huì)不利地影響舌形片的運(yùn)行。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性的實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器的等軸視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性的實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器的分解等軸視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性的實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器的偏壓部件和彎曲部件的等軸視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的再另一示例性的實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器的橫截面視圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的再另一示例性的實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器的部分剖切橫截面視圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的再另一示例性的實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器的部分剖切橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的可變孔口流體流量傳感器100的等軸視圖?？勺兛卓诹黧w流量傳感器100利用用于測(cè)量流動(dòng)通過流量傳感器100的流體(例如氣體)的流速的壓力差。因此，可變孔口流體流量傳感器100也能夠稱為差壓可變孔口氣體流量傳感器。可變孔口氣體流量傳感器100具有通常圓柱形的構(gòu)造。然而，可變孔口氣體流量傳感器100可以各種各樣的形狀和尺寸形成并且仍然處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。

圖2-4示出了包含罩殼102的可變孔口氣體流量傳感器100，該罩殼102包括第一端口部分104和第二端口部分106，該第一端口部分104和該第二端口部分106彼此連接以限定在其中的氣體流動(dòng)通道108，氣體流動(dòng)通過該氣體流動(dòng)通道108。密封部件110布置并且接合在第一端口部分104和第二端口部分106之間以阻止流動(dòng)通過氣體流動(dòng)通道108的氣體在第一端口部分104和第二端口部分106之間離開通道108。當(dāng)可變孔口氣體流量傳感器100用于測(cè)量在呼吸裝置中的氣體流速時(shí)，流量傳感器100插入在呼吸回路中的一個(gè)或多個(gè)期望的位置處。

可變孔口氣體流量傳感器100包括在第一端口部分104和第二端口部分106中間的彎曲部件112。彎曲部件112通常在形狀方面互補(bǔ)于氣體流動(dòng)通道108的形狀，并且包括外部周緣部件114，該外部周緣部件114的直徑大于氣體流動(dòng)通道108的直徑，從而當(dāng)彼此接合時(shí)外部周緣部件114的一部分布置在限定在第一端口部分104和第二端口部分106之間的間隙116內(nèi)。間隙116能夠形成以具有期望的寬度，但在一種示例性的實(shí)施例中形成為在寬度方面大約0.005英寸。

為了維持外部周緣部件114和彎曲部件112相對(duì)于第一端口部分104和第二端口部分106的位置，外部周緣部件114包括在其中形成的多個(gè)缺口118，該多個(gè)缺口118可對(duì)準(zhǔn)且可定位在形成在第一端口部分104和/或第二端口部分106上的安裝凸出部120上。安裝凸出部120運(yùn)行以關(guān)于第一端口部分104和第二端口部分106適當(dāng)?shù)匕仓脧澢考?12以阻止彎曲部件112關(guān)于第一端口部分104和第二端口部分106旋轉(zhuǎn)。備選地，在另一示例性的實(shí)施例中，缺口118和凸出部分120能夠完全地省略或?yàn)榇擞善渌m合的結(jié)構(gòu)代替。

彎曲部件112還包括流體或氣體流動(dòng)限制舌形片122，該流體或氣體流動(dòng)限制舌形片122在一個(gè)端部處連接到外部周緣部件114并且向內(nèi)延伸到氣體流動(dòng)通道108中并且越過氣體流動(dòng)通道108以分離第一端口部分104和第二端口部分106。因?yàn)闅怏w流動(dòng)限制舌形片122在一個(gè)端部處附接到外部周緣部件114，故當(dāng)氣體沿氣體流動(dòng)通道108流動(dòng)通過可變孔口氣體流量傳感器100時(shí)，氣體流動(dòng)限制舌形片122在氣體的流動(dòng)的方向上彎曲或折曲。為了該目的，氣體流動(dòng)限制舌形片122以及外部周緣部件114(當(dāng)該外部周緣部件114整體地連同舌形片122形成時(shí))由彈性材料制成。例如，氣體流動(dòng)限制舌形片122能夠由彈性塑料或金屬制成。氣體流動(dòng)限制舌形片122的彎曲導(dǎo)致在氣體流動(dòng)通道108中增大的流體或氣體流動(dòng)開口123的形成。限定在外部周緣部件114和舌形片122之間的氣體流動(dòng)開口123隨著由于在通道108內(nèi)的氣體的流速引起的氣體流動(dòng)限制舌形片122的彎曲而變化。越過氣體流動(dòng)限制舌形片122建立壓力差。該壓力差借助于傳統(tǒng)的壓力傳感器(在圖2-4中未示出)被測(cè)量。氣體壓力被提供到通過壓力測(cè)量端口124和126的壓力傳感器，所述壓力測(cè)量端口124和126分別在第一端口部分104和第二端口部分106上在舌形片122上游和下游通入到氣體流動(dòng)通道中。壓力傳感器被標(biāo)定從而通過可變孔口氣體流量傳感器100的氣體的流速從越過氣體流動(dòng)限制舌形片122的壓力差中獲得。

圖2-5示出了偏壓部件128，該偏壓部件128在第一端口部分104和第二端口部分106之間定位在間隙116內(nèi)。偏壓部件128利用任何適當(dāng)?shù)男螤钣扇魏芜m當(dāng)?shù)膹椥圆牧侠鐝椥运芰匣蚪饘傩纬伞Ｔ谑境龅氖纠缘膶?shí)施例中，偏壓部件128形成為環(huán)130，該環(huán)130在其中限定了中央開口132。環(huán)130定位在間隙116內(nèi)，其中中央開口132布置在氣體流動(dòng)通道108周圍，從而不阻塞氣體流動(dòng)穿過通道108或舌形片122的運(yùn)動(dòng)。環(huán)130還包括缺口134對(duì)，該缺口134對(duì)類似于在彎曲部件112的外部周緣部件114中的缺口118形成，然而能夠利用任何數(shù)量的缺口134，或能夠完全地省略缺口134。缺口134定位在安裝凸出部120之上以關(guān)于彎曲部件112以及第一端口部分104和第二端口部分106適當(dāng)?shù)匕仓铆h(huán)130，并且阻止環(huán)130的旋轉(zhuǎn)。

偏壓部件128還包含布置在環(huán)130上的多個(gè)偏壓元件136，該多個(gè)偏壓元件136從環(huán)130向內(nèi)延伸到中央開口132中。偏壓元件136能夠從環(huán)130的內(nèi)部邊緣延伸，或能夠通過布置在偏壓元件136的每個(gè)側(cè)邊上的狹槽138與環(huán)130分離，該狹槽138延伸到環(huán)130中。偏壓元件136接觸彎曲部件112的外部周緣部件114用于以這樣的方式作用于彎曲部件112，即該方式利用期望量的力使彎曲部件112在第一端口部分104和第二端口部分106之間保持就位，以使在彎曲部件112上的舌形片122的適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行成為可能。在繪制圖中的示例性的實(shí)施例中，偏壓元件136采用接片140的形式，該接片140至少部分地關(guān)于環(huán)130的平面以角度彎曲，使偏壓部件128形成為彈性墊圈(spring washer)。接片140提供了在彎曲部件112上的力的局部點(diǎn)，從而在外部周緣部件114上提供恒定的偏壓力以在期望的位置中保持彎曲部件112。接片140的尺寸、數(shù)量以及角度連同材料(偏壓部件128由該材料形成)一起能夠與在示出了等距的接片140的本發(fā)明的示例性的實(shí)施例中示出的構(gòu)造不同，以在彎曲部件112上提供來自接片140的期望量的力并且使舌形片122能夠恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，但是不使舌形片122畸變或不允許泄漏部在氣體流動(dòng)通道108中在彎曲部件112周圍形成。此外，使用偏壓部件128使得在第一端口部分104和第二端口部分106之間的裝配公差較寬松的情況下且在不需要任何直接將彎曲部件112和/或偏壓部件128固定到罩殼102上的情況下(包括不需要任何附加的固定器件或部件，例如在第一端口部分104和第二端口部分106上的粘合劑、緊固件或螺紋組件)在氣體流動(dòng)通道108內(nèi)固定彎曲部件112。也預(yù)期的是在傳感器100中保持彎曲部件112就位的唯一的結(jié)構(gòu)是偏壓部件128，從而彎曲部件112可在偏壓部件128的偏壓下在第一端口部分104和第二端口部分106之間形成的間隙內(nèi)浮動(dòng)。

圖6示出了本發(fā)明的另一示例性的實(shí)施例，在該實(shí)施例中偏壓元件136在形成在外部周緣部件112中的凹口142內(nèi)接觸彎曲部件112的外部周緣部件114。在該構(gòu)造中，當(dāng)接片140接合在彎曲部件112中的凹口142的邊緣或表面144時(shí)，接片140相對(duì)于彎曲部件112的軸線以角度施加力。這此外幫助利用期望量的力在第一端口部分104和第二端口部分106之間保持彎曲部件112就位以使在彎曲部件112上的舌形片122的適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行成為可能。

可變孔口氣體流量傳感器100可使用一次，一次性類型或是可使用多次，可重復(fù)使用類型。前者將典型地由不昂貴的塑料材料制造。后者通常將由耐高壓加熱的材料例如金屬或一種或多種抗高溫塑料制造。

可變孔口氣體流量傳感器100也能夠可選地包括一個(gè)或多個(gè)固定的孔口(未示出)以及流動(dòng)限制部件(未示出)。固定的孔口保證了具有不足以引起氣體流動(dòng)限制舌形片122的彎曲的速率的氣體流能夠穿過可變孔口氣體流量傳感器100。這能夠通過使氣體流動(dòng)限制舌形片122成形成存在用于氣體流動(dòng)穿過的空間而實(shí)現(xiàn)。流動(dòng)限制部件限制了氣體流動(dòng)限制舌形片122的彎曲以為了高流速提供越過舌形片的合適的壓力差。

本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了可變孔口氣體流量傳感器100，該可變孔口氣體流量傳感器100能夠通過以這樣的方式將彎曲部件112附接到用于可變孔口流體流量傳感器100的罩殼102可復(fù)制地測(cè)量廣闊范圍的流速，即該方式最小化附接對(duì)彎曲部件112的運(yùn)行的影響。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。