專利名稱：包括錐形流動通路的流量傳感設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實施例總體涉及流量傳感設(shè)備及其方法。本實施例還涉及氣體流量傳感器。另 外，實施例涉及用于控制渦流的改進(jìn)的流動通路。
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流動通路。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，流速控制會發(fā)生在響應(yīng)從流體流量傳感器所獲得測量值的控制電路使用過 程中。顯然這樣的流量傳感器能夠通過采樣沿著流動通路的壁的流體來測量流體的流速。一種實現(xiàn)方式中，流量傳感器放置在流動通路相對待測流體流動方向的上游側(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通路。 流動通路的這些上游側(cè)和下游側(cè)能夠產(chǎn)生壓力差和流過各流量傳感器的流體流速，從而導(dǎo) 致流動通路內(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通路的流程內(nèi)有附加的限流，尤其是流動 通路的旁路內(nèi)，從而限制流過傳感器的流體流量并且避免輸出飽和。現(xiàn)有技術(shù)中大部分流量傳感器要求穿過流量傳感器的傳感元件的流體流程精確 和準(zhǔn)確的對準(zhǔn)，從而避免流動通路內(nèi)產(chǎn)生渦流。對流體流程的精準(zhǔn)和準(zhǔn)確的對準(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程中 額外的設(shè)計或者安裝時間，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，流動通路可能不會產(chǎn)生統(tǒng)一的層化流體流動。為了解決前述困難，需要改進(jìn)的和廉價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。這里公開的改進(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的實施例獨有的一些創(chuàng)新性特征，并不是 為了作一個全面的描述。實施例的不同方面的全面理解可以通過將整個說明書、權(quán)利要求、 附圖和摘要作為一個整體來獲得。因此，本發(fā)明的一個方面是提供改進(jìn)的流體流量傳感設(shè)備。本發(fā)明的另一個方面是提供帶有改進(jìn)的流動通路的流體流量傳感器，從而能夠減 少或者避免流過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。流量傳感設(shè)備包括限 定流體(例如，氣體或者液體)流程的主流動通路，流體流動通過該流程。上游流動通路和 下游流動通路可以模制到主流動通路中，傳感器區(qū)域旁通主流動通路的流程。流體流量傳 感器可以置于上游流動通路和下游流動通路之間，用于測量流動通路內(nèi)的流體流速。本發(fā) 明中，上游流動通路在朝向氣體流量傳感器的方向上呈錐形。下游流動通路也可以是錐形的。錐形的上游和下游流動通路減少了流量傳感器內(nèi)的渦流，因此增強(qiáng)了流動穩(wěn)定性并穩(wěn) 定了傳感器輸出信號，從而使得流量傳感器的傳感性能優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，形成到主流動通路內(nèi)的至少一個錐形流動通路限定作 為可替換流體流程的流動管，其中所述至少一個錐形流動通路將來自主流動通路的一些流 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 形流動通路在朝向所述流量傳感器的流體流動方向上呈錐形，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通路內(nèi) 從而通過限制主流動通路內(nèi)以及流動管和/或可替換流程內(nèi)的流量來限制流過流量傳感 器的流體的流速。主流動通路優(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 游和下游流動通路或者可替換流程可以在上游和下游流動通路接近氣體流量傳感器的時 候通過增加流動入口處的高度和減少該高度來形成錐形。因此，當(dāng)流體流從主流動通路改 變方向進(jìn)入上游流動通路的時候，流體的流動速度會更加穩(wěn)定。從而傳感設(shè)備可以產(chǎn)生一 致的流過氣體流量傳感器的流體流動，從而獲得更準(zhǔn)確的流體測量。


附圖中相同的或者功能類似的元件在整個獨立的視圖中采用相同的附圖標(biāo)記，并 且附圖并入到說明書中形成說明書的一部分，附圖進(jìn)一步說明實施例并且與具體實施方式
一起用于解釋這里公開的實施例。附圖1表示流量傳感設(shè)備的總透視圖，適用于實施優(yōu)選實施例；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通路的氣 體流量傳感器的另一個橫截面示意圖。
具體實施例方式這些非限制性實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說明 至少一個實施例，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，能夠適用于實施一個優(yōu)選實施例。流 量傳感設(shè)備100可以置于由主流動通路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通路120。注意到這里所使用到的術(shù)語“流體”可以指氣體或者液體。 因此，這里公開的流量傳感設(shè)備100可用于流體系統(tǒng)(沒有示出)內(nèi)的流體(例如，空氣或 者氣體)流150的流速測量。注意到這里所討論的實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)理解這樣的實施例也可以在其他傳感系統(tǒng)和設(shè)計的背景下應(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)選實施例的流量傳感設(shè)備100的橫截面示意圖。主流動 通路120可以與上游流動通路130和下游流動通路140整體設(shè)置在一起從而將主流動通路 120連接到流動管210，流動管210被流量傳感設(shè)備100的主體110全部覆蓋。上游流動通路130和下游流動通路140也可以形成進(jìn)入塑料流動管210的通道，如圖3-4中所示。塑 料流動管210包括流量傳感器230。上游和下游流動通路130和140相互平行。主流動通 路120能夠如圖2所示，通過將流體150旁路流過上游流動通路和下游流動通路130和140 從而引導(dǎo)流體150流過流量傳感器230。因此，流體150的流動是從主流動通路120中的上 游流動通路130流到下游流動通路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可以通過半導(dǎo)體和集成電路制造技術(shù)實施。主流動 通路120以及上游和下游流動通路130和140可以優(yōu)選展現(xiàn)有與包括進(jìn)入流動管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量 化流體150的質(zhì)量流速，從而獲得流體流速測量準(zhǔn)確性和分辨率的改善。流量傳感設(shè)備100可用于大量的流動系統(tǒng)，例如反應(yīng)堆、通風(fēng)器和呼吸器，用于準(zhǔn) 確測量流體150沿著主流動通路120的流程121的流速。主流動通路120和塑料流動管 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從而控制流過主流動通路120的流體150的流動。限流 器220尤其可以控制沿著上游和下游流動通路130和140的流體150的流動。至少上游流 動通路130在朝向流量傳感器230的方向上是錐形的。上游和下游流動通路130和140都 可以為錐形，如圖3和圖4所示。錐形的流動通路130和140都可以使得接收和控制流過 傳感器100的主流動通路121的雙向流成為可能，從而能夠?qū)M(jìn)入流動管210和流過傳感 器230的流動進(jìn)行管理。可以容易并且廉價地提供這樣的錐形上游以及下游流動通路130 和140，因為它可以被模制到主流動通路120中。操作過程中，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主流 動通路120的時候，流體150的一部分也能夠流過錐形上游流動通路130。錐形上游流動 通路130可以限制流體150的流速，從而提供流過氣體流量傳感器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)測量流體150的流速后，流動管210內(nèi)的 流體150可再次通過錐形下游流動通路140流過主流動通路120。參考附圖3-4，表示流量傳感器200，300的橫截面視圖。流動通路可以包括尖銳的 標(biāo)準(zhǔn)角310，流體可流動通過所述標(biāo)準(zhǔn)角。尖銳邊緣會導(dǎo)致對流體流動的限制，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 動的更加流暢。本發(fā)明的特征能以簡單的方式來提供，其中至少一個錐形流動通路形成在主流動 通路內(nèi)從而限定流動管作為可替換流體流程，其中所述至少一個錐形流動通路將來自主流 動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)，其中所述錐形流動通路在朝向所述流量傳感器的流體流動方向上呈錐形，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)備可包括至少一個精密 限流器，所述限流器放置在主流動通路內(nèi)從而通過限制主流動通路以及流動管和/或可替換流程內(nèi)的流動來限制流體的流速。 應(yīng)當(dāng)理解上述公開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)人員可以對此進(jìn) 行各種目前無法預(yù)知或者沒有預(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)，用于感測通過主通路(120)的流體的流動，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；流動通路，該流動通路在輸入端口(130)和輸出端口(140)之間延伸，其中流動通路具有錐形區(qū)域，錐形區(qū)域具有沿著流動通路的至少一部分延伸的錐形內(nèi)尺寸，其中錐形區(qū)域在通過流動通路的流體流動方向上從較大的內(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通路，用于測量流過外殼的流動通路的流體的流量，流動通路的錐形區(qū)域?qū)⒘黧w導(dǎo)向并流過流體流量傳感器(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)，所述至少一個流體限流器(220)限制所述主通路(120)和外殼的所述流動通路內(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)域通過在所述錐形區(qū) 域接近流體流量傳感器(230)時減少錐形區(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)域在流過流動通路的流體流動方向上從較小的內(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)，其中流動通路的錐形區(qū)域置于流體流 量傳感器(230)的上游，流動通路進(jìn)一步具有位于流體流量傳感器(230)下游的另一個錐 形區(qū)域，其中流體流量傳感器(230)下游的錐形區(qū)域在流過流動通路的流體流動方向上從 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通路的流量傳感設(shè)備。流體流動傳感設(shè)備包括錐形流體流動通路，其形成在主通路內(nèi)用于限定流體流動管作為可替換流體流程。錐形流體流動通路能夠從主流體流動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。錐形流動通路在向著所述流量傳感器的流體流動方向上呈錐形，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。上游流體流動通路和下游流體流動通路可以模制到主流體流動通路中，尤其在主流體流動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通路和下游流體流動通路之間用于測量通路內(nèi)的流體流速。
文檔編號G01F1/74GK101900588SQ20091100017
公開日2010年12月1日 申請日期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 申請人:霍尼韋爾國際公司