本實(shí)用新型涉及氣體流量，更具體而言，涉及一種傳感器。

背景技術(shù)：

天然氣以及大多數(shù)工業(yè)氣體中難免會(huì)含有粉塵、水汽、重?zé)N油類等物質(zhì)，隨著氣體的流動(dòng)，這些物質(zhì)會(huì)接觸到流量芯片表面及流量測量芯片四周的測量敏感區(qū)域，進(jìn)而附著或沉積在其表面，對(duì)其造成污染。長期以來，人們只認(rèn)識(shí)到流量芯片表面的污染會(huì)對(duì)流量的測量造成一定的影響，對(duì)流量芯片周圍的測量敏感區(qū)域的污染對(duì)流量測量的影響關(guān)注較少。然而，流量測量芯片周圍敏感區(qū)域污染物的附著和堆積，會(huì)影響流經(jīng)測量芯片氣體的熱特性以及流體分布狀態(tài)，從而影響流量芯片測量的準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠?qū)α髁繙y量單元周圍進(jìn)行加熱的傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種傳感器，包括：流量測量單元，以及至少部分圍繞流量測量單元設(shè)置的加熱裝置。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，沿著被測流體流向，在流量測量單元的上游和下游設(shè)置加熱裝置。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置完全圍繞流量測量單元。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例加熱裝置的長度b和流量測量單元的長度h的比例為：1.5≤b/h≤5。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，流量測量單元和加熱裝置之間的距離c的范圍為0-300um。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置的寬度a的范圍為1-3mm。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，流量測量單元和加熱裝置設(shè)置在硅片載體3上。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，硅片載體還包括對(duì)應(yīng)于流量測量單元設(shè)置的第一鏤空區(qū)域和/或?qū)?yīng)于加熱裝置設(shè)置的第二鏤空區(qū)域6。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置的寬度a小于第二鏤空區(qū)域的寬度d。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置為電阻絲或加熱膜。

本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果在于：

本實(shí)用新型涉及的傳感器，在流量測量單元周圍設(shè)置有加熱裝置，以對(duì)流量測量單元周圍進(jìn)行加熱，使得附著在流量測量單元周圍的低沸點(diǎn)污染物發(fā)生蒸發(fā)或沸騰，形成較強(qiáng)烈的向上的對(duì)流氣流，以帶走流量測量單元周圍的其他污染物，保持流量測量單元周圍潔凈，以確保流量測量單元測量的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例傳感器的示意圖；

圖2是圖1所示實(shí)施例傳感器的剖視圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例傳感器鏤空區(qū)域的示意圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例加熱裝置的布置示意圖；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例加熱裝置的布置示意圖；

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中加熱裝置為電阻絲。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1至圖5所示，本實(shí)用新型一方面的實(shí)施例提供了一種傳感器。該傳感器包括用于測量流量的流量測量單元1，在流量測量單元1的周圍還設(shè)置有加熱裝置8，其中，加熱裝置8至少部分圍繞流量測量單元1。

上述實(shí)施例涉及的傳感器，在流量測量單元1周圍設(shè)置有加熱裝置8，以對(duì)流量測量單元1周圍進(jìn)行加熱，使得附著在流量測量單元1周圍的低沸點(diǎn)污染物發(fā)生蒸發(fā)或沸騰，形成較強(qiáng)烈的向上的對(duì)流氣流，以帶走流量測量單元1周圍的其他污染物，保持流量測量單元周圍潔凈，以確保流量測量單元1測量的準(zhǔn)確性。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加裝裝置8可以由鉑或其合金制成。當(dāng)然，根據(jù)具體情況，加熱裝置8也可以由其他升降溫度較快的材料制成。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處采用的材料可以是任意已知的材料，只需使得加熱裝置8需要加熱時(shí)能夠較快升高溫度至需要的溫度，當(dāng)加熱停止時(shí)溫度能夠較快恢復(fù)常溫即可。

進(jìn)一步地，加熱裝置8可以為加熱絲。或者，在另一個(gè)實(shí)施例中，加熱裝置8也可以是加熱膜。當(dāng)然，可以想到的是，根據(jù)具體情況，加熱裝置8也可以同時(shí)包括加熱絲和加熱膜。例如，如圖6所示，加熱裝置可以為電阻絲。

如圖4所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，沿著被測流體流向，加熱裝置8可以設(shè)置在流量測量單元1的上游和下游。

應(yīng)該可以理解，在傳感器的使用過程中，污染物容易附著在流量測量單元1的上游和下游位置，一旦污染物在流量測量單元1的上游和/或下游堆積，會(huì)影響被測流體的流態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致流量測量單元1測量的準(zhǔn)確性。因此，在流量測量單元1的上游和下游設(shè)置加熱裝置8，可以針對(duì)污染物容易附著的區(qū)域進(jìn)行加熱，有效去除污染物，確保流量測量單元1測量的準(zhǔn)確性。

或者，如圖5所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)可選實(shí)施例，加熱裝置8也可以完全圍繞流量測量單元1設(shè)置。這樣，加熱裝置8不但可以對(duì)流量測量單元1的上游和下游加熱，而且也能夠有效除去其他位置的污染物，進(jìn)一步確保流量測量單元1測量的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，如圖1至圖5所示，將流量測量單元1的周圍較容易沉積污染物并可能對(duì)流量測量單元1的測量準(zhǔn)確性發(fā)生影響的區(qū)域稱為測量敏感區(qū)域2，加熱裝置8可以有選擇地或均勻地分布在測量敏感區(qū)域2中，以確保有效除去流量測量單元1周圍的污染物。也就是說，加熱裝置8可以在污染物沉積較多的位置密集布置，或者，加熱裝置8也可以在整個(gè)測量敏感區(qū)域2中均勻布置。

如圖4所示，參照根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置8的長度b和流量測量單元1的長度h的比例為：1.5≤b/h≤5。

進(jìn)一步地，再次參照?qǐng)D4，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，流量測量單元1和加熱裝置8之間的距離c的范圍為0-300um。

再次參照?qǐng)D4，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置8的寬度a的范圍為1-3mm。

如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，流量測量單元1和加熱裝置8設(shè)置在硅片載體3上。硅片載體3為流量測量單元1和加熱裝置8提供支撐，使其保持在傳感器中。

再次參照?qǐng)D2和圖3，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，硅片載體3還包括對(duì)應(yīng)于流量測量單元1設(shè)置的第一鏤空區(qū)域5和/或?qū)?yīng)于加熱裝置8設(shè)置的第二鏤空區(qū)域6。這樣，可以避免加熱裝置8對(duì)相應(yīng)區(qū)域加熱時(shí)耗費(fèi)大量能量對(duì)硅片載體3進(jìn)行加熱，能夠在消耗較少能量的前提下獲得較高的加熱溫度。并且，由于硅片載體3為固體材料，第一鏤空區(qū)域5和第二鏤空區(qū)域6的設(shè)置能夠減少固體材料熱容對(duì)溫度上升和下降速度的影響，避免加熱裝置8停止工作后殘余的熱量對(duì)流量測量單元1進(jìn)行流量測量的影響。

進(jìn)一步地，在一個(gè)可選實(shí)施例中，第一鏤空區(qū)域5與流量測量單元1之間以及第二鏤空區(qū)域6與加熱裝置8之間還設(shè)置有導(dǎo)熱的薄膜7。

在一個(gè)可選實(shí)施例中，薄膜7可以由微米級(jí)的氮化硅或碳化硅材料制成。

如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置8的寬度a小于第二鏤空區(qū)域6的寬度d。這樣，可以確保加熱裝置8快速升溫和降溫，具有較好的加熱效果。

如圖1至圖6所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例提供一種傳感器，由流量測量單元1、加熱裝置8、硅片載體3和電氣引出線4構(gòu)成。

其中，流量測量單元1在其周圍測量敏感區(qū)域2保持潔凈不被污染的情況下，能夠保證測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

加熱裝置8，設(shè)置在流量測量單元四周測量敏感區(qū)域2內(nèi)，利用加熱使測量敏感區(qū)域2不受污染?？梢允羌訜峤z，加熱膜等。

加熱除污染物的原理是：加熱之后，主要利用天然氣中含有的微量的低沸點(diǎn)的物質(zhì)，如戊烷，己烷，水分等，被加熱之后發(fā)生蒸發(fā)或沸騰，形成較強(qiáng)烈的向上的對(duì)流氣流，在該對(duì)流氣流與沿著管道方向過來的氣流的一同作用下，使得氣體中的重?zé)N油類(C6+)、灰塵以及其他固體小顆粒，如鐵銹、管道內(nèi)壁脫落物等，不會(huì)沉積或附著在流量測量原件的敏感區(qū)域內(nèi)。

硅片載體3，流量測量單元1和加熱裝置8均設(shè)置在硅片載體3上，硅片載體3為流量測量單元1和加熱裝置8提供載體，使其設(shè)置在流量計(jì)中。

硅片載體3在設(shè)置流量測量單元1和加熱裝置8的位置處還可以設(shè)置成對(duì)應(yīng)的第一鏤空區(qū)域5和第二鏤空區(qū)域6，如圖2所示。第一鏤空區(qū)域5和第二鏤空區(qū)域6的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

硅片載體3設(shè)置有鏤空區(qū)域目的是：為了消耗較少的電能獲得較高的加熱溫度，同時(shí)減少固體材料熱容對(duì)溫度上升和下降速度的影響，避免加熱裝置8工作后殘余的熱量對(duì)流量測量的影響。

第一鏤空結(jié)構(gòu)5和第二鏤空結(jié)構(gòu)6的上方還可以布置一層熱穩(wěn)定好或?qū)嵝阅芨叩谋∧?，流量測量單元1和加熱裝置8設(shè)置在鏤空區(qū)域上方的薄膜上。薄膜7一般材料為微米級(jí)的氮化硅或碳化硅。

電氣引出線4，設(shè)置在硅片載體3上，為流量測量單元1和加熱裝置8提供電信號(hào)接口。

加熱裝置8的排布方式：一種方式是排布在流量測量元件的左右兩側(cè)，如圖4所示，即對(duì)流量測量元件的左右兩側(cè)(上游和下游)進(jìn)行加熱；其中加熱裝置的尺寸要求為：1.5≤b/h≤5；優(yōu)選比值為2.0。即，加熱裝置8的長度b要比流量測量單元1的長度h大，此比值確保氣體在傳感器流量測量敏感區(qū)域2的層流分布不因污染物堆積而改變，從而保證了流量測量的準(zhǔn)確性。比值過小，會(huì)使防污染區(qū)域縮小，不能達(dá)到良好的防污染效果；比值過大，防污染效果不會(huì)再增加，且會(huì)增加加熱裝置8的成本。

加熱裝置8和流量測量元件1的距離c，0≤c≤300um，優(yōu)選100um，加熱裝置8和流量測量元件1的距離優(yōu)選為一根加熱絲的寬度，距離太大可能會(huì)在兩個(gè)元件之間形成一個(gè)溫度較低的帶隙，這個(gè)帶隙可能會(huì)附著污染物。

其中，加熱裝置8的長度a，1mm≤a≤3mm，優(yōu)選1.5mm，加熱裝置8的長度a值太小，防污染的區(qū)域長度不夠，防污染區(qū)域之外附著或沉積的污染物由于離測量單元太近，會(huì)影響流量測量元件的氣體流場分布，進(jìn)而影響測量準(zhǔn)確性；長度a太長則沒有必要，因超出的部分已不屬于流量敏感區(qū)域。

第二鏤空區(qū)域6的長度d優(yōu)選大于加熱裝置的長度a，已達(dá)到快速升溫和降溫的目的。

另一種是排布在流量測量元件的四周，如圖5所示，即對(duì)流量測量元件1的四周進(jìn)行加熱，其加熱裝置8的尺寸要求同樣遵循排布在流量測量元件1的左右兩側(cè)時(shí)的a、b、c、h尺寸的約束范圍，值得注意的是，在流量測量單元1上下方處加熱裝置的寬度尺寸需滿足1.5≤(2b’+2c+h)/h≤5，優(yōu)選比值為2.0。另外，b和(2b’+2c+h)的大小可以相同也可以不同。

當(dāng)加熱裝置8為電阻絲時(shí)，如圖6所示，電阻絲布置在測量敏感區(qū)域2內(nèi)，加熱絲按照均勻的分布構(gòu)成一個(gè)加熱面。當(dāng)然，加熱裝置8還可以是加熱膜。

根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例，加熱裝置8的加熱溫度(即加熱裝置8的溫度)為加熱裝置所占區(qū)域的平均溫度。

加熱溫度與環(huán)境溫度之和的最小值，不小于40℃，優(yōu)選60℃；這是因?yàn)樘烊粴庵蟹悬c(diǎn)最低的氣體為戊烷和己烷，其沸點(diǎn)分別是30℃，60℃，加熱溫度過低，加熱源的對(duì)流效應(yīng)不明顯，也達(dá)不到低沸點(diǎn)氣體的沸點(diǎn)，起不到防止雜質(zhì)、臟污附著在測量敏感區(qū)表面的效果。

加熱溫度與環(huán)境溫度之和的最大值不做要求，優(yōu)選不超過287℃。這是因?yàn)閺陌踩紤]，天然氣中燃點(diǎn)最低的微量丁烷氣體的引燃溫度為287℃；另一方面，溫度太高的話，會(huì)影響溫度上升和降低的速度，加熱裝置工作后殘余的熱量會(huì)對(duì)流量測量造成影響。

加熱裝置8優(yōu)選在流量測量單元不工作的時(shí)候進(jìn)行加熱。即，在進(jìn)行測量流量時(shí)，加熱裝置8不進(jìn)行加熱；不進(jìn)行流量測量的情況下，才使加熱裝置8進(jìn)行加熱。以避免加熱裝置8的加熱影響流經(jīng)氣體的流態(tài)及熱特性，從而影響流量的測量準(zhǔn)確性。

流量測量單元1周圍的加熱裝置8可以同時(shí)加熱，也可以交替工作。

對(duì)于有功耗限制的情況下，采用間歇式定周期對(duì)加熱裝置進(jìn)行供電加熱，加熱時(shí)間不低于加熱周期的5％。這是因?yàn)椋杭訜釙r(shí)間太短的話，加熱溫度恒定時(shí)間太短，加熱效果不理想；加熱時(shí)間太長，增加功耗。

對(duì)于沒有功耗限制的情況，加熱裝置8的工作時(shí)間在不影響流量測量的情況下，不受限制。

加熱裝置8加熱材料的要求：升溫降溫速度快，為了避免加熱裝置工作后殘余的熱量對(duì)流量測量的影響。優(yōu)選鉑或其合金制成。加熱裝置8通電加熱到溫度達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間優(yōu)選小于50ms。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，啟動(dòng)流量測量單元1對(duì)流量進(jìn)行定周期的一次或多次測量，測量完成后關(guān)閉流量測量單元電源。在不進(jìn)行流量測量時(shí)，使加熱裝置開始加熱，優(yōu)選在下一次流量測量開始前的300ms給加熱裝置斷電，為下一次流量測量做準(zhǔn)備。這里的300ms需結(jié)合實(shí)際的傳感器參數(shù)通過測試或仿真分析所得。時(shí)間太短的話，可能熱量會(huì)對(duì)流量測量造成影響，時(shí)間太長的話，會(huì)影響防污染的效果。重復(fù)上述兩個(gè)過程。

當(dāng)檢測到流量為零時(shí)，可適當(dāng)降低加熱裝置的工作頻率。需要對(duì)加熱裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，通過檢測加熱裝置的電氣參數(shù)作為其故障或損壞的檢測時(shí)段。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。