专利名称：一种基于mems传感器的v锥流量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体流量测量装置，尤其涉及一种基于MEMS传感器对圆管内进行 低损耗高响应的V锥型流量测量装置。
背景技术：
V锥型流量计是利用同轴安装在测量管道中的v型尖圆锥将流体逐渐地节流收縮到管道 的内边壁，通过测量此v型内锥体前后的压力差来测量流量。目前，v锥流量计并未实现标准化。
传统的v锥流量计包括一个在测量管中同轴安装的尖圆锥体和测量管上的两个取压口。
此类流量计通常体积较大，给管路带来的能量损失较多，差压发生装置与差压变送装置分离， 需要专门管路将压力差引到管外进行比较。这一方面容易积聚气体和脏垢，影响流量计的稳
态测量精度，而增加维修维护成本；另一方面由于普通差压变送器的响应频率限制，使得流 量计的动态响应很差，往往不能满足一些工业控制现场的需要，并且此类差压变送器加工成 本较高。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于MEMS传感器的V锥流量测量装置，解决传统V 锥流量计动态特性差，误差大，损耗高等问题，同时，为V锥流量计实现标准化创造了必要 条件，有利于V锥流量计的推广应用。
本实用新型的技术方案是基于MEMS传感器的V锥流量测量装置，该装置由法兰l、测 量管2、支撑架3、 V型锥体组件6、负取压口7、正取压口9及传感器部分的MEMS敏感芯体 4、封装结构5、信号线8构成；测量管2两端设法兰1; V型锥体组件6通过支撑架3同轴 固定在测量管2内部；MEMS敏感芯体4被封装在封装结构5中，置于V型锥体组件6内部或 嵌在V型籴体组件6直管壁或锥面壁中，并保持密封；正取压口9与负取压口7均设在V型 锥体组件6上，位于测量管2内部；MEMS敏感芯体4的两个取压管分别通过正取压口9与负 取压口 7接触高压和低压流体;信号线8与MEMS敏感芯体4连接后引出测量管2。所述的MEMS 敏感芯体4为硅微压阻式、压电式或电容式微型压力/压差敏感芯体。所述的V型锥体组件6 的前端与支撑架3—端固定连接，支撑架3另一端固定在测量管2内壁上。所述的封装结构 5上侧固定在V型锥体组件内壁上，下侧与V型锥体组件6上的正取压口 9相通测取高压， 右侧与负取压口 7相通测取低压，左侧与信号线8连接。
本实用新型的原理是根据伯努利方程可知，流体流过V型锥体组件6时会产生对应于
3流量大小的压力差信号，该信号被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2。根 据下面的流量——压差数学关系模型和现场实际标定，可以实现对流量的动态和稳态测量。 其流量方程为
4
一体积流量，m3/s
《m——质量流量，kg/s
c一流出系数
一可膨胀性系数
p一等效直径比
D——一工况下测量管内径
AF ——压差
一工况密度
本实用新型将MEMS敏感芯体4植入测量管内部测量压差，不需要把压力引出测量管2 外进行比较，不存在引压管沿程压力损失，因此只需要很弱的节流作用即可实现测量，永久 压力损耗低；采用V型锥体获取压差，重复型好，量程比宽，抗脏污能力强，信号稳定性好， 不需要上游直管段，并能在较小的空间距离里实现更高的信号水平；本实用新型的装置取消 了传统的布引压管线工程，减少了制造成本以及维护维修工作量，具有较高的测量精度；并 应用质量和惯性都非常小的MEMS敏感芯体4作为传感器，压差测取的时间常数很�。虼� 动态测量频率得到较大程度的提高；只需要很小的压差就能得到准确的测量效果，因此大大 减小了V型锥体的结构体积，有利于V锥流量计的标准化。本实用新型既能应用到一般的流 体介质输送方面，也能解决湿气体流量测量和焦炉煤气的测量问题，还能有效完成对低静压、 低流速流体的测量。
本实用新型的有益效果是结构紧凑合理，有利于V锥流量计的标准化推广；使用方便、 便于维护、不需要引压管路便可实现现场流量的低压损，微压差，高精度测量。
图1为本实用新型实施例1的示意图； 图2为本实用新型实施例2的示意图；图3为本实用新型实施例3的示意图。
图中1、法兰，2、测量管，3、支撑架，4、 MEMS敏感芯体，5、封装结构，6V型锥 体组件、7、负取压口， 8、信号线，9、正取压口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，V型锥体组件6的前端与支撑架3 —端固定连接，支撑架3另一端固定在 测量管2内壁上；MEMS敏感芯体4被封装在封装结构5中置于V型锥体组件6内部；当测 量管2中的流体流经V型锥体组件6的V型尖圆锥时，流体逐渐地节流收縮到管道的内边壁， 根据伯努力原理可知，该V型锥体前后产生对应于流量大小的压力差，该压力差被MEMS 敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2。根据流量一差压数学关系模型和现场实际标 定，可以实现对流量的动态和稳态测量。
实施例2
如图2所示，V型锥体组件6的前端与支撑架3—端固定连接，支撑架3另一端固定在 测量管2内壁上；MEMS敏感芯体4被封装在封装结构5中嵌在V型锥体组件6的直管段管 壁中，并与管壁保持密封；当测量管2中的流体流经V型锥体组件6的V型尖圆锥时，流体 逐渐地节流收縮到管道的内边壁，根据伯努力原理可知，该V型内锥体前后产生对应于流量 大小的压力差，该压力差被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2。根据流量 一差压数学关系模型和现场实际标定，可以实现对流量的动态和稳态测量。
实施例3
如图3所示，V型锥体组件6的前端与支撑架3—端固定连接，支撑架3另一端固定在 测量管2内壁上;MEMS敏感芯体4被封装在封装结构5中嵌在V型锥体组件6的V型锥面 管壁中，并与管壁保持密封；当测量管2中的流体流经V型锥体组件6的V型尖圆锥时，流 体逐渐地节流收縮到管道的内边壁，根据伯努力原理可知，该V型内锥体前后产生对应于流 量大小的压力差，该压力差被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2。根据流 量—差压数学关系模型和现场实际标定，可以实现对流量的动态和稳态测量。
权利要求1、一种基于MEMS传感器的V锥流量测量装置，其特征在于，该装置由法兰(1)、测量管(2)、支撑架(3)、V型锥体组件(6)、负取压口(7)、正取压口(9)及传感器部分的MEMS敏感芯体(4)、封装结构(5)、信号线(8)构成；V型锥体组件(6)通过支撑架(3)同轴固定在测量管(2)内部；MEMS敏感芯体(4)被封装在封装结构(5)中，置于V型锥体组件(6)内部或嵌在V型锥体组件(6)直管壁或锥面壁中，并保持密封；正取压口(9)与负取压口(7)均设在V型锥体组件(6)上，位于测量管(2)内部；MEMS敏感芯体(4)的两个取压管分别通过正取压口(9)与负取压口(7)接触高压和低压流体；信号线(8)与MEMS敏感芯体(4)连接后引出测量管(2)。
2、 根据权利要求1所述的一种基于MEMS传感器的V锥流量测量装置，其特征在于，所 述的MEMS敏感芯体(4)为硅微压阻式、压电式或电容式微型压力/压差敏感芯体。
3、 根据权利要求1所述的一种基于MEMS传感器的V锥流量测量装置，其特征在于，所 述的V型锥体组件(6)的前端与支撑架(3) —端固定连接，支撑架(3)另一端固定在测 量管(2)内壁上。
4、 根据权利要求1所述的一种基于MEMS传感器的V锥流量测量装置，其特征在于，所 述的封装结构(5)上側固定在V型锥体组件内壁上，下侧与V型锥体组件(6)上的正取压 口 (9)相通测取高压，右侧与负取压口 (7)相通测取低压，左侧与信号线(8)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种流量测量装置，尤其是基于MEMS传感器的V锥流量测量装置。该装置由法兰、测量管、支撑架、MEMS敏感芯体、封装结构、正取压口、负取压口、V型锥体组件及信号线构成。该装置将MEMS敏感芯体置于V型锥体内部，取压口也位于测量管内，取消了传统V锥流量计需要引压到管外的结构。根据流量-差压数学关系模型和现场实际标定，实现对流量的动态和稳态测量。本实用新型解决了传统V锥流量计动态特性差，误差大，损耗高等问题。同时，为V锥流量计实现标准化创造了必要条件，有利于V锥流量计的推广应用。
文档编号G01F1/34GK201262560SQ20082001511
公开日2009年6月24日 申请日期2008年8月12日 优先权日2008年8月12日
发明者孙玉清, 张世锋, 张洪朋, 曹淑华, 涛 梅, 陈海泉, 顾长智 申请人:大连海事大学
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