亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：模制限流器的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及流量传感器，更具体地涉及用于提供在给定流速下通过流量传感器的精确控制的压力降的装置和方法。
背景技术：
流量传感器常用于感测流过流体通道的流体(例如，气体或液体)的流速。这种流量传感器常用于多种应用中，包括例如医学应用、飞行控制应用、工业处理应用、燃烧控制应用、天气监测应用，以及许多其它应用。

发明内容
本公开一般涉及流量传感器，更具体地涉及用于提供在给定流速下通过流量传感器的压力降的装置和方法。在一个示例性实施例中，流量传感器组件包括具有第一流端口和第二流端口的壳体。该壳体可限定在第一流端口和第二流端口之间延伸的流体通道，流量传感器位于壳体内且暴露于流体通道。流量传感器可以感测与流过该流体通道的流体的流速相关的量。限流器可以设置于第一流端口和第二流端口中的至少一个内并且与其一体模制。限流器可被构造成精确地和/或可控制地提供在给定流速下通过流量传感器的压力降。在一些情况下，限流器可模制为具有形成在限流器上游和/或下游表面上的溢边 (flash)。该溢边可以被构造和/或定向为使得该溢边不能部分地阻碍限流器的设计开口。上述概要用于帮助理解本公开特有的一些创造性特征，但并不是完整的描述。本公开的完整理解可从整个说明书、权利要求书、附图和摘要整体上得到。


参考下面的本公开各种示例性实施例的详细描述并联系附图，可以更好地理解本公开，附图中图1是示例性壳体构件的剖面图，其具有沉积在流体通道内的溢边；图2是示例性流量传感器的示意图，其用来测量流过流体通道的流体的流速；图3是示例性热流量传感器组件的示意图，其可用于测量流过流体通道的流体的流速；图4是示例性流量传感器组件的剖面图；图5是图4的流量传感器组件的底部保护盖的剖面图；图6是图5所示的底部保护盖的底视图；图7和图8是示例性模具的剖面图，其用于模制图5的底部保护盖的流端口内的限流器；以及
图9和图10是示例性感测系统的剖面图，其包括图4的流量传感器组件。
具体实施例方式下面的描述应当参考附图进行阅读，其中在全部几幅视图中相同的附图标记表示相同的元件。说明书和附图示出了用于说明所请求保护的本公开的几个实施例。仅仅为了说明的目的，引用相对性术语对本公开进行说明，包括例如左、右、顶部、 底部、前、后、上面的、下面的、上和下，以及其它。可以理解的是，这些术语仅仅用于解释说明的目的，并不意图以任何方式进行限制。对于一些应用，可能希望流体在给定流速下通过流量传感器时具有特定的压力降。在一些情况下，在给定流量下的压力降可基于，至少部分基于流体通道的直径。流量传感器的制造(例如，模制)或其它工艺期间的流体通道直径的变化可影响流量传感器准确并精确地实现在给定流体流速下通过流量传感器的特定压力降的能力。例如，图1显示了流量传感器100的壳体102的一部分的剖面图。如图所示，壳体 102包括在壳体102的第一流端口 104内的限流器108和在壳体102的第二流端口 106内的限流器110。但是，在所示的例子中，溢边112(或者多余的材料)可在壳体102的制造 (例如模制)期间沉积在限流器108和110内。如图所示，溢边112可沿与限流器108和 110大体垂直的方向延伸，并且在一些情况下，可会产生直径减小的区域，该区域具有比限流器108和110的直径更小的直径。该直径减小的区域可影响在给定流速下流过壳体102 的流体的压力降。因此，需要一种新的、改进的系统和方法，用于精确地、可靠地和/或重复地提供流体在给定流体流速下通过流量传感器的压力降。图2和图3是示例性流量传感器10和18的示意图，其用于测量通过流体通道12 的流体流14的流速。取决于应用场合，这里用到的术语“流体”可指气体流体或液体流体。 如图2所示，流量传感器10可暴露于流体通道12和/或设置在流体通道12内，以测量流体流14的一种或多种特性。例如，流量传感器10可以按需要利用一个或多个热传感器(例如，参见图幻、压力传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管、和/或任意其他合适的传感器或传感器组合来测量流体流14的质量流量和/或速度。在一些情况下，流量传感器10可以是可从本申请的受让人获得的微桥或MicrobrickTM传感器组件(例如，参见图幻，但这不是必需的。一些认为适于测量流体流14的质量流量和/或速度的示例性方法和传感器构造在例如美国专利 4，478，076,4, 478，077,4, 501，144,4, 581，928,4, 651，564,4, 683，159、 5，050，429,6, 169，965,6, 223，593,6, 234，016,6, 502，459,7, 278，309,7, 513，149 以及 7，647，842中公开。所构想的是，流量传感器10可按需要包括这些流量传感器构造和方法中任何一个。但是必须认识到，流量传感器10可以是按需要的任何合适的流量传感器。在该示例性实施例中，流体通道12可以经历流体流14的一定流速范围。例如，流体通道12可以包括高容量流体流、中容量流体流或低容量流体流。示例性的流体流应用可包括但不限于医学应用(例如呼吸计、通风机、肺活量计、氧浓缩器、光谱测定应用、气相色谱分析应用、睡眠呼吸暂停机、喷雾器、麻醉输送机，等等)、飞行控制应用、工业应用(例如空气一燃料比、光谱测定、燃料电池、气体泄漏检测、煤气表、HVAC应用)、燃烧控制应用、天气监测应用，以及按需要的任何其它合适的流体流应用。如图3所示，流量传感器18可以是用于测量流过流体通道12的流体14的流速的热流量传感器(例如微桥流量传感器、热风速计传感器、基于MEMS的传感器等)。在该示例性实施例中，流量传感器18可以包括衬底34，其限定用于接收流过流体通道12的至少一部分流体的传感器通道26。在一些实施例中，衬底34可以是硅衬底或其它绝缘半导体衬底， 然而，任何合适的衬底都可以按需要使用。层观可形成在衬底上并支撑一个或多个加热器元件(例如加热器元件2 和用于检测通道沈内的流体14的流速的一个或多个传感器元件(例如传感器元件20和M)。如图所示，层观可以制作成包括用于流体地连接传感器通道沈和流体通道12的开口 30和32。在其它实施方式中，(一个或多个)加热器元件和传感器元件可直接设置于流体通道12的壁(或直接设置在流体通道12的壁上的另一个衬底)上，而没有附加的传感器通道26 (例如，如图4所示)。如图所示，热流量传感器18可以包括加热器元件22、位于加热器元件22上游的第一传感器元件20、以及位于加热器元件22下游的第二传感器元件M。在这种情况下，当流体通道12中存在流体流时，流体14的至少一些可以流过开口 30进入传感器通道沈，通过一个或多个传感器元件(例如传感器元件20和以及一个或多个加热器元件(例如加热器元件22)，并通过开口 32流回流体通道12中。尽管示出的第一传感器元件20位于加热器元件22的上游，以及示出的第二传感器元件对位于加热器元件22的下游，但这并不意味着是限制性的。所构想的是，在一些实施例中，流体通道12和传感器通道沈可以是双向流体通道，使得在一些情况下，第一传感器元件20在加热器元件22的下游而第二传感器元件M在加热器元件22的上游。在这种情况下，当流体通道12中存在流体流时，流体14的至少一些可以流过开口 32进入传感器通道沈，通过一个或多个传感器元件(例如传感器元件20和24)以及一个或多个加热器元件(例如加热器元件22)，并通过开口 30回到流体通道12中。所构想的是，在一些实施例中，可仅仅提供一个传感器元件，而在其它实施例中可提供三个或更多个传感器元件。在一些情况下，如果需要，传感器元件20和M可以都位于加热器元件22的上游(或下游)。在一些情况下，第一传感器元件20和第二传感器元件M可以是具有相对大的正或负温度系数的热敏感电阻，使得阻值随温度变化。在一些情况下，第一和第二感测元件20 和M可以是热敏电阻。在一些情况下，第一传感器元件20、第二传感器元件M以及任何附加的传感器元件可以布置成惠斯顿电桥构造，但这不是在所有实施例都是必须的。在所示的例子中，当在传感器通道沈内不存在流体流时，且当加热器元件22被加热到高于流体流14中的流体的环境温度的温度时，可产生关于加热器元件22到上游传感器元件20和下游传感器元件M大致成对称分布的温度分布。在该例子中，上游传感器元件20和下游传感器元件M可以感测相同的或相似的温度(例如在25 %、10 %、5 %、1 %、 0. 001 %内，等)。在一些情况下，这可在第一传感器元件20和第二传感器元件M中产生相同的或相似的输出电压。当在传感器通道沈内存在流体流14并且加热器元件22被加热到高于流体流14 内的流体的环境温度的温度时，温度分布可以是不对称的，并且不对称的程度可与传感器通道沈(并且在一些情况下，流体通道12)内的流体流14的流速有关。流体流14的流速可以使上游传感器元件20感测到比下游传感器元件M相对更冷的温度。也就是说，流体流14的流速可以导致上游传感器元件20和下游传感器元件M之间的温度差，该温度差与传感器通道沈和/或流体通道12内的流体流14的流速有关。上游传感器元件20和下游传感器元件M之间的温度差可导致上游传感器元件20和下游传感器元件M之间的输出电压差。在另一个示例性实施例中，流体流14的质量流量和/或速度可以通过在加热器元件22内提供瞬时的升高温度条件而确定，其进而引起流体流14内的瞬时升高温度条件 (例如，热脉冲)。当流体流14中存在非零流速时，上游传感器元件20可晚于下游传感器元件M接收到瞬时响应。然后，流体流14的流速可以用上游传感器元件20和下游传感器元件M之间的时滞来计算得到，或者用加热器被激励的时间和传感器中的一个(例如下游传感器24)感测到相应的升高温度条件(例如热脉冲)的时间之间的时滞来计算得到。进一步，可以理解的是，示例性加热器元件22和感测元件20和M仅仅是示例性的，并且在一些实施例中，如果希望的话可以不存在。例如，一个或多个压力传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管和/或任何其它合适的传感器或传感器组合也可按需要用于感测与流体通道12内的流体流相关的量。在图2和图3所示的实施例中，限流器16可位于流体通道12内以提供在给定流速下通过流体通道12的流体流14中的预定压力降(例如，通道12的相对端或进入通道12 的端口上的压力降)。在一些实施例中，限流器16可以是与流体通道12 —体形成或模制。 例如，限流器可以由模制工艺形成，该工艺还形成与限流器相邻的流路径的一些部分。在其它实施例中，可以先形成限流器16，随后再将其插入并固定到流体通道12。如图2和图3所示，限流器16可以是以长度“L”和具有直径“d2”的开口 17为特征的孔型限流器。在一些实施例中，限流器16可以具有在大约0. 1到4. 0的范围内的长度直径比，但这不是必须的。可用于限流器16的示例长度直径比可包括例如3. 5或更小、3. 2 或更小、2. 5或更小、2. 0或更小、1. 9或更小、1. 8或更小、1. 7或更小、1. 6或更小、1. 5或更小、1. 4或更小、1. 3或更小、1. 2或更小、1. 1或更小、1. 0或更小、0. 9或更小、0. 8或更小、 0. 7或更小、0. 6或更小、0. 5或更小、0. 4或更小的比例，或所期望的任何其它合适的长度直径比。在该示例性实施例中，限流器16可以被构造成精确控制和/或平衡通过流体通道 12的流体流14的压力降和质量流速。对于流过孔型限流器(例如限流器16)的不可压缩流体，通过流体通道12的流体流14的质量流速“m”可以通过如下的伯努利方程得到m = CA^piPl -P2)其中C是孔流校正系数，其表征了孔的几何形状和孔在流体通道内的设置，并且在一些情况下可以变动，例如从0. 6到0. 95 ；A是限流器开口 17的截面面积；ρ是流体流14的流体密度；P1是限流器16上游的流体压力；以及P2是限流器16下游的流体压力。进一步，限流器16的开口 17的截面面积由下式得到
. TT ,2A ^-^d2其中d2是开口 17的直径。
将限流器的截面面积公式代入质量流量方程，我们可以得到如下的质量流量方程
权利要求
1.一种流量传感器壳体，包括壳体主体(37)，其包括入口流端口(3 和出口流端口(35)，所述壳体主体(37)限定在所述入口流端口(33)和所述出口流端口(35)之间延伸的流体通道G6)；限流器(39)，其位于所述壳体主体(37)的流体通道06)内并与所述流体通道G6) — 体模制，所述限流器(39)被构造成在所述流体通道G6)内提供减小的直径以产生在给定流速下通过所述流体通道G6)的预定压力降；以及溢边(47)，其与所述流体通道06)内的限流器(39) —体形成，其中，所述溢边G7)位于所述限流器(39)的上游表面或下游表面上，其中，所述溢边07)具有等于或大于所述限流器(39)的所述减小的直径的直径。
2.根据权利要求1的流量传感器组件，进一步包括暴露于所述流体通道G6)的流量传感器(42)，所述流量传感器0 被构造成感测与流过所述流体通道G6)的流体的流速相关的量。
3.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，当所述限流器(39)位于所述流量传感器 (42)的下游时，所述溢边07)位于所述限流器(39)的上游表面上。
4.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，当所述限流器(39)位于所述流量传感器 (42)的上游时，所述溢边07)位于所述限流器(39)的下游表面上。
5.根据权利要求1的流量传感器组件，其中，所述溢边G7)具有大体环形形状并且从所述限流器(39)沿上游方向或下游方向延伸。
6.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，所述限流器(39)位于所述流量传感器 (42)的下游，并且其中，当所述流量传感器组件运行时，流体流过所述入口流端口(33)，流过所述流量传感器(42)，流过所述限流器(39)，并流过所述出口流端口(35)。
7.根据权利要求2的流量传感器组件(31)，其中，所述限流器(39)位于所述流量传感器0 的上游，并且其中，当所述流量传感器组件运行时，流体流过所述入口流端口(35)， 流过所述限流器(39)，流过所述流量传感器(42)，并流过所述出口流端口(33)。
8.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，所述流体通道06)包括两个或更多个大约90°的弯曲，其中，第一弯曲位于所述入口流端口(3 和所述流量传感器0 之间，第二弯曲位于所述流量传感器0 和所述出口流端口(3 之间。
9.一种制造模制壳体构件(37)的方法，所述模制壳体构件(37)限定流量传感器组件的流体通道G6)的至少一部分，所述方法包括将两个配合的模具部件放在一起，所述两个配合的模具部件共同限定所述模制壳体构件(37)的所述流体通道06)内的限流器(39)，其中，所述配合的模具部件被构造成将所述限流器处产生的任何溢边G7)定向成平行于通过所述限流器(39)的预期流动方向；将材料注入所述配合的模具部件以模制所述模制壳体构件(37)；以及将所述两个配合的模具部件分开以释放所述模制壳体构件(37)。
10.根据权利要求9的方法，其中，所述限流器(39)限定具有第一直径的第一开口，并且所述溢边G7)限定具有第二直径的第二开口，其中，所述第二直径等于或大于所述第一直径。
11.根据权利要求9的方法，其中，所述两个接合的模具部件包括第一模具部件(50)，其具有第一部分(51)和第二部分64)，所述第二部分(54)相对所述第一部分(51)具有减小的直径以便形成所述限流器(39)；第二模具部件(52)，其具有被构造成与所述第一模具部件(50)的第二部分(54)配合的开口。
12.一种流量传感器组件，包括 第一壳体构件GO)；第二壳体构件(37)，所述第二壳体构件(37)包括第一流端口(3 和第二流端口 (35)，其中，所述第一壳体构件00)和所述第二壳体构件(37)限定在所述第一流端口(33) 和所述第二流端口(3 之间延伸的流体通道G6)；流量传感器(42)，其位于所述第一壳体构件00)和所述第二壳体构件(37)之间，邻近所述流体通道(46)，所述流量传感器0 被构造成感测与流过所述流体通道G6)的流体的流速相关的量；以及限流器(39)，其与所述第一流端口(3 —体模制且被构造成提供在给定流速下通过所述流体通道G6)的预定压力降，其中，所述限流器(39)完全由所述第二壳体构件(37) 限定，以包括具有直径的开口(41)，其中，所述限流器(39)包括长度并具有大约4. 0或更小的长度直径比。
13.根据权利要求12的流量传感器组件，进一步包括与所述流体通道06)内的限流器 (39) 一体形成的溢边(47)，其中，所述溢边07)定向成具有等于或大于所述限流器(39) 的直径的直径。
14.根据权利要求13的流量传感器组件，其中，所述溢边G7)被构造成从所述限流器 (39)沿平行于所述限流器(39)的方向延伸。
全文摘要
本公开提供一种模制限流器，并且一般涉及流量传感器，更具体地涉及用于提供在给定流速下通过流量传感器的压力降的装置和方法。在一个实施例中，传感器组件包括具有第一流端口(33)和第二流端口(35)的壳体(37)。壳体(37)可限定在第一流端口(33)和第二流端口(35)之间延伸的流体通道(46)，传感器(42)位于壳体(37)内并暴露于流体通道(46)。示例性传感器可被构造成感测与流过流体通道(46)的流体的流速相关的量。限流器(39)可位于第一流端口(33)和第二流端口(35)的至少一个中并与其一体模制。限流器(39)可被构造成精确地提供在给定流速下通过流量传感器的压力降。
文档编号G01F1/40GK102288232SQ20111012625
公开日2011年12月21日 申请日期2011年4月8日 优先权日2010年4月9日
发明者J·斯佩尔德里奇 申请人:霍尼韦尔国际公司