CN100472183C - 利用热导管壁测量和控制低流体流率 - Google Patents

Abstract

低流率流体的流在流率感测组件中测量和控制，而并不在流体流的通路中引入测量装置。流率感测组件容纳在外壳中以减少环境和流体温度的变化对所获取的测量值的影响。在流体流穿流率感测组件中的管道时，将管道加热以分配热给流体。以流体流的方向沿着管道在彼此隔开的位置附着热传感器以感测温度。对加在管道的热量进行控制以在热传感器之间保持已确定的温度差。对所加的热量进行测量以提供流体流率的精确的成比例的指示。

Description

利用热导管壁测量和控制低流体流率

相关申请

本申请按照35 U.S.C.§119(e)要求于是2004年3月17日提交的、序列号为10/803,149、发明名称为“High Accuracy Measuringand Control of Low Fluid Flow Rates(低流体流率的高精度测量和控制)”的美国专利申请的权益，该申请通过引用结合于本发明之中。

发明背景

技术领域

[0001]本发明通常涉及放射治疗，更明确地来讲涉及肿瘤的适形放射治疗，特别是涉及适形放射治疗的放射治疗处理计划系统、方法和器械。

背景技术

[0002]如果利用常规的流量传感器进行导管中流体的流量或流率的测量，特别是非常低的流体流率的流体的测量，一直以来是一个问题。在非常低的流量时，许多流体传感器不能够正常工作。例如，由于在流体中没有足够的能量来转动叶轮，所以诸如涡轮机叶轮流量传感器这样的速度流量计就会停止工作。差压流量传感器有时能够在低流量时工作，但如果在流体中有悬浮颗粒时，低流量所要求的较小流孔一直以来易于堵塞。此外，穿过流孔的压降也可能会很大。

[0003]大多数热流量传感器具有温度感测机构，这种温度感测机构作为电阻桥电路或者作为整个温度变化区域的一部分，因此，流量的改变对传感器的两个半部分具有相同且相反的影响。这可对传感器的范围具有有限的影响，且环境温度的改变可影响精度。

[0004]一直以来在某些情况下试图采用专业流量感测技术。例如，美国专利No.5,035,138将用特殊合金形成的电阻材料用作气体所流过的管道或导管。选择这种特殊的合金是因为其高电阻率和高温电阻系数。将电压差加在电阻合金导管上限定的位置。导管的电阻材料用于根据所加的电压差将在导管中流动的流体加热。电阻合金材料管道既将流体加热也作为流动条件指示器。管道壁的隔开的部分用作温度敏感电阻器，这种温度敏感电阻器将电压差转变成穿过变化的管道的流率。该专利的流量传感器要求流体管道或导管用特殊电阻合金形成，这种特殊电阻合金在随着温度变化的电阻值中具有大的变化。

发明内容

[0005]简要地来讲，本发明提供一种新的经过改进的系统，这种系统用于测量传送流体的导管中流体的流量。该系统包括容纳在外壳中的流量感测组件，该外壳减少不希望的温度对流量感测测量的影响。该流量感测组件包括一组至少两个热探测器，该组探测器安装在流量感测组件中的导管上，并位于导管上彼此隔开的位置。热探测器测量流体和处于隔开位置的导管的温度。一组至少两个功率施用器被安装在导管上并位于沿着导管的不同位置。这些功率施用器将电流脉冲形式的电能加在导管上，以不同位置之间确立的温度差将导管和导管中的流体加热。控制机构测量提供给功率施用器的功率电平以保持确立的温度差，并因此以由控制机构所测得的能量为基础提供流率指示。

[0006]本发明也适用于以测得的流率控制流体的流动。提供对流体流动的量度做出响应的节流阀，以在所测得的流体流率的基础上将流体的流动控制在所希望的流率。

[0007]本发明并不要求在导管中的流体流动路径中放置任何感测装置，并因此而为导管提供了一种直通流动设计。本发明仅要求用于流率测量的小的温度差，且并不使温度敏感流体退化。

[0008]本发明还在进行流率测量的同时产生相对较低的压降。根据本发明对其中的流动进行测量的导管用导电材料如不锈钢形成，且导管的内部可用适当的防腐合成树脂膜涂覆。

附图说明

[0009]图1是以部分截面截取的根据本发明的流率传感器的侧视图。

[00010]图2是图1中的流率传感器中的导管的平面图。

[00011]图3是沿图2中的线3-3截取的截面图。

[00012]图4是图1中的流率传感器的电路的电子元件的功能性框图。

[00013]图5是按照本发明的流量控制系统的功能框图。

[00014]图6是图4中的电路的自适应响应单元的示意图。

[00015]图7是图4中的电路的脉冲驱动单元的示意图。

[00016]图8A、8B、8C和图9A、9B、9C以及图10A、10B是示出根据本发明的流率传感器的性能的曲线图。

[00017]图11是以部分截面截取的根据本发明的流率传感器的另一个实施例的正视图。

[00018]图12是本发明的流率传感器的几个部分的示意性电路图。

具体实施方式

[00019]在附图中，字母S通常表示根据本发明的用于测量流体流量的系统，流体流量以箭头A的方向穿过导管C，导管C容纳在外壳体B中。流体可以是气体或液体，且本发明特别适用于测量导管C中的流体的低流率。正如将在下面进行描述的那样，本发明中的系统S可感测流体(如气体或液体)的毫米/分钟流率。

[00020]导管C包括入口区段10，该入口区段10用于根据本发明进行测量的流体的进入流量。导管C用具有低电流电阻的常规不锈钢制成，如304或316不锈钢。这种材料具有低的电阻热系数，并将导管C的电阻随温度变化的变化减到最小。入口区段10的截面呈圆柱形，以使流体在由圆柱形管状壁10a所包围的内通道11中流动。在本发明的一个实施例中，入口区段10的外径为0.127厘米(即0.050′′)、内尺寸为0.0508厘米(即0.02′′)。如果根据本发明对其流率进行测量的流体是腐蚀性流体，那么导管C的内壁10a可用适当的防腐材料涂覆或者可装有用适当的防腐材料制成的套筒，如氟化烃或其它防腐合成树脂涂层。

[00021]利用适当的技术将第一热探测器或热电偶12或能够形成所感测到的温度的电指示的其它适当的热感测装置附在入口区段10上。热电偶12感测管道入口区段10和在系统S中进行测量的进入流体的环境或参考温度。传热区段14以流体流在导管C中入口区段10的转换区16的下游方向形成。在转换区16中，导管C从圆柱形或管状截面改变成更好地适用于传热的一种截面，这一点将在下面进行描述。

[00022]利用例如夹紧或激光焊接或类似的技术在导管C的传热区段14上形成以蒙奈尔(Monel)焊片或其它适当的连接器形式的功率施用器电触点18。触点18与区段14机械和电接触，以通过电导体20连接到系统S的电子控制电路E(图1和图3)。在优选实施例中，导体28是铜编织导体，但应能够理解也可使用其它适当的电导体。对于本发明来讲，参考温度感测热电偶12位于传热区段14之外并位于其上游。

[00023]导管C的传热区段14从转换区16延伸到第二转换区22，第二转换区22与圆柱形出口部分24连通。导管C在第二转换区22恢复到圆柱形截面。在形式上与电触点18相同或类似的功率施用器电触点26以与邻接于转换区22和出口部分24的触点18相当的方式在导管C上形成。通过在形式上与导体20相同或类似的导体28将电触点26连接到电子电路E。第二热探测器或热电偶30或与热电偶12的类型相同或相当的其它适当的热感测装置安装在导管C上。

[00024]在优选实施例中，第二热探测器热电偶30安装在导管C上，并位于施用器电触点18和26的位置之间。本发明已发现优选的位置是位于施用器电触点18和26的中间，或者大体上在传热区段14的中心位置。第二热探测器30位于沿着传热区段14与热电偶12适当隔开的位置，以感测导管C的温度，并且在允许可测温度差存在的位置处测量导管C中的流体的温度。第二温度传感器热电偶30探测传热区段14的任何温度上升。因此，对于已确定的或已知的温度上升来讲，差分响应对进入系统S的流体的环境温度的变化并不敏感。这一点连同前面所描述的导管C的不锈钢材料使得传感器的输出对流体的环境温度的变化不太敏感。这与流量传感器形成了对比，流量传感器在传热速度随着流体流率变化时依赖于感测元件的电阻的变化。

[00025]正如将在下面进行描述的那样，电流流过导管C的壁中的电触点18和26之间的传热区段14，以在导管C上的热电偶12和30的隔开的位置之间保持规定的温度差。

[00026]可在从转换区16到转换区22的传热区的整个范围之内利用压力或其它适当的机构将传热区段14变平，以使从导管C到其中所含的流体的传热更加有效。例如，可从圆柱形或管状入口和出口区段10和24的小于2.54厘米(1英寸)(优选约1.016厘米，即0.40英寸)的整个长度将传热区段14变平。所导致的传热区段的截面是变平的椭圆形，并且具有横向范围，如大体上平的上壁32和34所示。上壁32和下壁34在其端区段由弓形侧壁35(图3)连接，弓形侧壁35在变平的内通道36周围，通道36的宽度为0.11684厘米(即0.046′′)、高度为0.0508厘米(即0.020′′)。如果需要，根据所要求的传热量，传热区段不必完全变平而成为变平的椭圆形，而可以是更像卵形的椭圆形。

[00027]传热区段14的构造改进了导管C的壁的热承载块与流体通道36之间的热接触，并且在流体穿过传热区段14时在导管C中提供流体的均匀性。正如可注意到的那样，传热区段14的变平截面构造可以是任何适当程度的卵形或椭圆形，以实现所希望的传热，而不在可达所测量的流体中预期的最大流率的整个流体流率范围之中产生明显的压降。

[00028]流量感测组件S整体容纳在外壳体B的导电金属(优选为铝)的方块外壳40(图11)中。流导管11是在方块40的一侧具有入口且在方块40的相对一侧40b具有出口的贯通管道。流导管11完全容纳在方块40中且并不伸到方块40的界线之外。正如可在前面所注意到的那样，流管11没有附在外面的加热器。相反，通过将电连接器18和26机械地和电地附在导管C上来实现加热机构。导管C由箍42a和42b在两端支撑。箍42a和42b是适当的绝缘性合成树脂、PTFE或石墨类材料，二者都是良好的绝缘体。

[00029]流导管11经受连接器18和26之间的电能脉冲。不过，流导管11由绝缘箍42a和42b与方块隔离。而且，流导管11整体容纳在铝方块40的块体之中。因此，没有向方块40外面的任何实体的电传导。

[00030]进一步来讲，应没有电流通过导管11中的流体介质传导到外部环境中。如果流体介质是诸如DI或去离子水这样的液体，那么水的电阻非常高且没有穿过水的电通路出现。如果流体介质是导电性更强的液体如酸，那么流体导管11可像在前面所注意到的那样具有附在导管11的内壁上的防腐和绝缘材料，如PTFE或相当的合成树脂涂层。这种类型的合成树脂涂层既提供电气绝缘又可防腐。为了进行外部连接而使用合成树脂管道也会减少任何漏泄电流。

[00031]此外，有可能会导入导管11中的液体中的任何小电流在流体经过并与不锈钢管件41a和41b接触时被传导到地面，不锈钢管件41a和41b位于流导管11的进口11a和出口11b处。管件41a和41b与方块40电和机械接触。

[00032]热交换器缸体43位于流导管11的入口部分11i附近且在热探测器热电偶12之前。热交换器体43由适当的材料形成，如铝或类似的材料。热交换器体由薄的绝缘壁区段或PTFE或其它适当的合成树脂制成的管道44与导管电绝缘。管道44放置在导管11的外表面与圆柱形热交换器43的内表面之间。如果需要，可用散热化合物填充热交换器43与管道44之间的任何空隙空间。这样做是为了在热交换器与导管之间提供紧密的热耦合。

[00033]对于进入流量传感器的进口11a的与环境温度或流量传感器方块40的温度不同的流体来讲，热交换器43允许流体的温度在不晚于流体到达温度传感器12时与方块40的温度达到平衡。热交换器缸43插入铝方块40中并与之紧密热接触。

[00034]温度传感器12和30电连接到连接器接线盒45。正如在前面所注意到的那样，在线路50和52所逐渐形成的ΔT信号是源自由温度传感器12和30所逐渐形成的减电压(subtracted voltage)的电压。接线盒45安装在铝方块40中的凹入位置。可能存在的或跨过接线盒连接45a和45b所加的任何温度梯度都可能会导致热电偶铜线线结作为新的热电偶结，这种新的热电偶结可导致ΔT信号中的误差。在方块40中提供接线盒45的位置以避免这种信号误差。

[00035]将流量传感器导管11、热电偶热传感器12和30以及接线盒45凹进铝方块40的适当形成的感受器腔中。铝方块40具有足够的质量以使导管、热传感器和接线盒在环境和/或流体温度变化时经历最小的温度分布梯度。因此，来自流量传感器的输出测量结果的精度并不受到外部环境条件的影响。设有容纳图11中的在各自的腔中的元件的盖板。这样，就将铝方块40的每个腔中的内容物用盖板密封，这种盖板由六邻体类(lexon-type)合成树脂或其它适当的材料构成。

[00036]或者，导管C可位于外部外壳内，以使流体的流动横跨导管C的整个外表面。优选该外表面用前面所述的适当的防腐材料涂覆。在这种情况下，导管或管道C具有0.127厘米(即0.050′′)的外径并具有位于内部部分中的仪表连接。导管C将流体加热且导管C的外表面与流体流接触，以利用前面所述的方式传热。这种构造允许更适于防腐涂层用途中的导管的使用。而且，导管C与外部外壳之间的密封更易于实现和保持。

[00037]本发明中的电子电路E提供电流形式的电能，这种电能提供给功率施用器电触点18和26，以将导管C中的流体加热，并且在热探测器热电偶12和30的位置之间保持已确定的温度差。热电偶12和30，例如，可以是常规的J型或K型热电偶或具有相当的作用和特性的其它适当类型的热电偶。电子控制电路C还提供表明提供给电触点18和26的功率电平的输出，以保持已确定的温度差，以使流体流率的量度可由指示器D提供。

[00038]在系统S的电子电路E(图4)中，热电偶12和30由电连接器50和52分别连接到低噪音稳定差分放大器58的输入端54和56。差分放大器58是一种常规的差分放大器，是一种在商业上可以得到的低噪音稳定放大器类型，这种类型的放大器向供给随后的放大器级的测量值提供温度稳定性。差分放大器58在导线60上形成输出信号，这种输出信号代表温度感测热电偶12和30在导管C上所感测到的温度之间的温度差异ΔT。

[00039]将导线60上的温度差信号提供给比较器或仪表放大器64的第一输入端62。比较器放大器64是常规类型的仪表放大器的一部分，该比较器放大器64在第二输入端66接收代表参考温度差设定的信号电平。比较器放大器64在导线68上形成输出误差信号，该输出误差信号代表在导管C上的温度传感器12和30间所感测到的温度差与提供给第二输入端66的参考温度差之间的变化。

[00040]包括在仪表放大器64中的或提供给仪表放大器64的是内参考电压，该内参考电压用于逐渐形成加在比较器放大器的输入端的温度设置参考。仪表放大器64还提供对比较器放大器的增益的控制，并因此而提供对误差信号输出68的增益的控制，此功能的目的将在下面进行更详细的描述。

[00041]将来自比较器放大器64的输出误差信号在导线68上提供给自适应响应电路70(图6)。自适应响应电路70包括积分器70a、误差信号升压放大器70b、绝对值放大器70c、响应升压电路70d、求和点与信号电平移动电路70e、脉冲宽度发生器电路70f、双向开关70g和信号响应灵敏度调制器70h。

[00042]自适应响应电路70并不使用固定的滤波或积分时间。使电路70的跟踪响应进行变化，以提供在高流量处的快速响应和零流量或接近于零流量处的慢速响应，由于流量在为系统S所确立的流量范围的最大和最小流率之间变化时，流管的大的热响应范围，所以这样做是有必要的。此外，在流率接近于零时将跟踪响应降低，以提供具有最小波动的输出。

[00043]向线68上的自适应响应电路的输入是从仪表放大器64逐渐形成的误差信号。误差信号由误差信号升压放大器70b放大，且增益由误差信号的幅度确定。在非常低的幅度时，放大器70b具有较高的增益，以提高对流率中的非常小的变化的流量感测响应。在误差信号的预定的较高幅度时，放大器70b的增益就被降低。放大器70b在导体71上提供信号，这种信号是双向信号。导体71上的信号由绝对值放大器70c进行处理以产生单极信号，而并不考虑在线71上的信号的极性。目的是在导体72上产生控制信号，这种控制信号对误差信号偏离零电压时的误差信号的大小做出响应。零电压电平时的误差信号代表流量传感器系统的平衡。

[00044]线72上的放大器70c的输出到达响应升压电路70d。响应升压电路70d直到线72上的输入超过预定的电平时才有输出。此时，线73上的输出增加到迫使流量传感器迅速跟踪快速变化的流率的水平。当误差信号降到低于预定的电平时，响应升压电路70d的输出降到没有输出，并且有效地将系统的快速响应放慢，以避免响应的过冲。

[00045]来自灵敏度调制电路70h的线74上的输出信号在流率为零或接近于零时有效。导体74上的信号还提供给求和点70c。线74上的信号具有以受控方式减少控制信号对线72和73的影响的作用。求和电路70e在线75上提供输出，这种输出到达脉冲宽度发生器70f。

[00046]线75上的信号的大小致使脉冲发生器在导体76上逐渐形成脉冲输出，根据输入到发生器70f的控制电压，该脉冲输出具有0-96％的占空比。线76上的脉冲根据脉冲宽度的持续时间将开关70g打开或关闭。优选脉冲宽度发生器70f是通常用于高效供电的在商业上可得到的集成电路。开关70g施加和隔离误差信号到积分器电路70a的连续性。电路70a的时间常数由电阻器70i和电容器70j的值所确定。该时间常数可按由前面所述的输入信号特征控制的脉冲宽度发生器输出的百分比占空比增加。积分器的时间常数由下面的等式表示：

时间常数＝R_70i·C_70j/占空比％

[00047]积分器70a的极性以及跟踪响应的变化率由加在开关70g上的线68的误差信号的极性和大小控制。因此，电路70的跟踪响应由下面的等式表示：

跟踪响应力度(Rage)＝误差信号电压/(R_70i·C_70j/占空比％)

[00048]线86上的自适应响应电路70的输出被反馈给信号灵敏度管理电路70h。流量传感器管道具有一直到流量的某种水平而呈线性的输出，由于较快的流率，所以灵敏度在这一点开始下降。这样就导致流管中的温度分布置换到输出不再与流率成正比增加的程度。不过，这种结果可以再生而且可补偿。

[00049]因此，线86上的信号由电路灵敏度管理电路70h进行处理，以将线86上的信号以及控制信号的某种预定电平象所描述的那样通过线74传送到求和电路70e。当流率增加且对流量变化的灵敏度降低时，线86上的信号还通过线87以预定的平提供给仪表放大器64。使放大器64的增益增加以补偿和提供对流率变化具有相同的灵敏度的误差信号，而并不考虑流率。这样就产生了系统在整个流量范围的快速而流畅的响应。

[00050]在没有自适应响应电路70的补偿时，系统的响应在高流量时会迟缓且在非常低的流率时会过冲或不受控制。自适应响应电路70允许这种流量传感器S的运行，并具有通常所出现的更大的动态范围。在本行业中已知术语“范围度(turn-down-ratio)”是指流量传感器的最大流容量与最小流容量之比。已证明在200数量级或更大数量级时，根据本发明的范围度相对较高。自适应响应电路70的组合效果允许流量传感器以受控方式进行操作，以呈现出在整个扩充流量范围具有流畅而快速响应的输出。

[00051]还将来自自适应响应电路70的输出信号提供给线性化和输出电路72，在此将响应信号在线性化并使其处于适当的格式，如直流0-5V电压的适当电平。在一个实施例中，线性化和输出电路72，例如，可以是多步修正电路，这种电路由常规运算放大器构成并对电路70的输出进行调制，以使电路72的输出代表流量的精确指示并提供适当电平输出信号。

[00052]提供来自电路72的输出信号是为了在适当的指示器或显示器D中的存储、处理和显示的目的，指示器或显示器D可具有与其关联的适当的记录保持机构或存储器。显示器D，例如，可以是可从McMillan公司获得的250型显示器，该公司是本申请的受让人。如果需要，可将响应信号转换成数字格式，以在适当的显示器D中进行数字处理、计算和存储。这种来自输出电路72的显示输出代表由系统S根据本发明感测到的导管C中的流体的流率值。

[00053]将来自自适应响应电路70的放大器70c的70a的输出响应通过导体86提供给电压/频率转换器74。电压/频率转换器74采取在商业上可以得到的锁相回路的电压/频率部分的形式。它可以是商业上可以得到的任何电压/频率或者V/F转换器。来自自适应响应电路70的放大器70c的输出响应的电平在来自转换器74的导体76上的信号输出频率中引起适当相关的变化。将来自转换器74的输出频率提供给脉冲驱动电路80。出于校准的目的，电压/频率转换器74在零输入端82和跨距输入端84分别设有信号。

[00054]脉冲驱动电路80(图7)通过导体76从电压/频率转换器74接收驱动脉冲。脉冲驱动电路80通过导体20和28连接到电连接器18和26，电连接器18和26与管道或导管C安装在一起。脉冲驱动电路80包括电开关80a和功率调节器80b，优选地电开关80a是MOSFET开关，功率调节器80b连接到适当的电源和储能电容器80c，储能电容器80c储存在电流脉冲穿过管道C时用于流的电能。脉冲驱动电路80还包括脉冲成形和稳定电路80d以及脉冲驱动电路80e。脉冲驱动电路80是一种在开关80a导通时提供低电压高电流脉冲的低阻抗脉冲驱动器。开关80a以由电压/频率转换器74的输出频率所决定的频率运行。来自脉冲驱动电路80的低电压高电流脉冲流过连接器18和26之间的导管C的变平的传热区段14的壁32和34。

[00055]脉冲成形和稳定电路80d以由来自自适应响应电路70的信号的大小所决定的速度从线76上的电压/频率转换器74接收脉冲。脉冲成形和稳定电路80d将接收到的脉冲转换成输出线77上的大约为25微秒的精密宽度脉冲。线77上的脉冲由脉冲驱动电路80e接收，脉冲驱动电路80e还提供在导体78的整个范围的适当电平和形式的信号要求，以驱动功率MOSFET开关80a的输入。来自脉冲驱动电路80e的线78上的输出信号在非常短的持续时间内将MOSFET开关80a打开和关闭，以在开关的打开和关闭转换时间期间避免功率损失。

[00056]脉冲驱动电路80向不锈钢流管C输送精密高峰值能量脉冲，以快速而精确地将管道C和其中流动的流体加热。脉冲驱动电路80的运行导致所消耗的低平均功率；低能量损失；以及所施加的热能与流体的流量成比例。

[00057]与空气相比，在流动液体时，要求相当大的能量来升高流动液体的温度。将具有低电阻的导管C加热要求有效的驱动电路，这种有效的驱动电路能够精密加热且耗散在电路的其它部件中的能量损失极少。脉冲驱动电路80能够控制液体和气体的高速和低速流动时所要求的功率的大的差异。

[00058]本发明还可用于提供流量控制系统F(图5)。在流量控制系统F中，以相同方式起作用的与系统S中的结构相同的结构具有相同的标号。在流量控制系统F中，将来自电子电路E的线性化和输出电路72的输出信号提供给位于导管C中传热区段14的下游的电操作流量控制阀90。这样，在导管C中的流体的流率发生变化时，电子电路E向流量控制阀90提供指示，以将穿过导管C的流体的流率调节到所希望的水平。流量控制阀90可以是常规的类型，或者是可从本发明的受让人麦克米兰公司获得的类型。

[00059]虽然将电能加在长度非常短的导管壁上的实践给某些人的第一印象似乎是短路，而且通常也会是这样，因为在所附的本发明的实施例中的导管11的电阻在0.020欧姆数量级。但是，本领域中熟练的技术人员可以认识到，情况并非如此。所有的金属材料具有穿过其质量的给定体积的某种有限电阻。一般来讲，这种电阻随着温度的变化而变化到某种程度。穿过这种电阻所加的电流以热的形式耗散能量，这种能量将材料的温度升高。

[00060]虽然导管11的短区段的电阻非常小，但是，只要电源具有用于有效电能传递的足够的低电阻，这种非常小的电阻仍能够作为加热器发挥作用。由于涉及到非常低的电阻，本发明中的功率驱动电路像所要求的那样具有非常低的内电阻。

[00061]图12是解释这一点的电路的简化示意性电路图。参看图12，在一个示例中，导体线20、28、81a、81b、81c、81d、开关80a以及电容器80c的内部电阻和引线电阻的合并电阻大约为0.012欧姆。为了提供少量的平均功率以控制以华氏度表示的温度的极少部分，在非常短的持续时间提供最大功率。在本发明中，每个脉冲功率施加25微秒。在电压、电流和脉冲宽度固定的情况下，每个脉冲分配相同量的能量给导管11的被加热部分。保持温度与导管中流体的不同流率的平衡所要求的热量由加在导管的脉冲的频率所控制。加热电路经受高电流脉冲，且能量由储能电容器80c提供。电容器80c所损失的能量由非常低的电流恢复且在脉冲之间的更长时间段期间恢复。

[00062]图8A和9A是根据本发明的流率传感器分别对在指明流率处的水和空气流量的流率的基本响应曲线。所示出的数据在初步试验期间获取并且从所指明的流管C的值和尺寸获取。期望精化和尺寸上的改变改进用于不同流率和流体的运行参数。这些图示出了对这些流体在低体积流率时流量变化的敏感响应。图8B和图9B分别表示图8A和图9A在线性化之后的响应。线性化响应显示用根据本发明中的流量传感器以已知的输入流率所获取的精度。此外，图8C和图9C显示分别在图8B和图9B的数据中获取的精度，用满刻度读数的百分比表示。

[00063]图10A和图10B是与图8A和图9A的试验数据类似的试验数据的图表，且水和柴油是以所指明的毫升/分钟流率流动的液体。图10A和图10B示出了前面所描述的和在图8A和图9A中示出的结果的相当大的精度和灵敏度。

[00064]本发明可视为提供一种用于流体和气体的敏感而精确的热流量传感器。本发明的流量传感器是显示大的动态流量范围的一种简单的机械装置。本发明中的流量传感器S具有高效和高精度加热控制装置，并且能够用低成本的易于获取的元器件构成。

[00065]在前面进行的对本发明的公开和描述是对其的示范和解释，而且可对大小、形状、材料、元器件以及所示出的结构细节进行各种各样的变化，而并不背离本发明的精神。

Claims (21)

1.一种用于测量流体流量的系统，包括：

流量感测组件；

控制机构，所述控制机构用于获取提供给电功率施用器的功率电平的测量值并在隔开的位置之间保持所述已确立的温度差；以及

指示器机构，所述指示器机构对所述控制机构做出响应并在由所述控制机构所获取的测量值的基础上提供流体流率的量度；

其中所述流量感测组件进一步包括：

导管，所述导管具有用于容纳和传输所述流体的壁；

至少两个热探测器，所述热探测器安装在所述导管壁上彼此隔开的位置并在所述隔开的位置测量所述流体和导管的温度；

至少两个电功率施用器，所述电功率施用器安装在所述导管上的不同位置并允许电流在所述导管壁中流动，以将所述导管中的流体加热并在所述隔开的位置之间保持已确立的温度差；

外壳体，所述外壳体具有容纳在其中的所述流量感测组件。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述外壳体由导电材料形成。

3.如权利要求2所述的系统，其中：

所述外壳体由金属形成。

4.如权利要求3所述的系统，其中：

所述外壳体中的金属包括铝。

5.如权利要求1所述的系统，其中：

第一热探测器安装在所述导管上，并且从流体流方向看在所述功率施用器的上游位置。

6.如权利要求1所述的系统，其中电功率施用器包括第一和第二电功率施用器，所述第一和第二电功率施用器安装在所述导管上彼此隔开的位置，且进一步包括：

第二热探测器安装在所述导管上并位于所述第一和第二电功率施用器的位置之间。

7.如权利要求6所述的系统，其中：

所述第二热探测器安装在所述导管上所述第一和第二电功率施用器位置间的中间。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述导管壁在所述电功率施用器安装的位置之间具有扁平的椭圆形截面形式。

9.如权利要求1所述的系统，还包括：

热交换器构件，所述热交换器构件沿着所述导管在所述外壳体中的范围的至少一部分容纳所述导管。

10.如权利要求9所述的系统，还包括：

绝缘套筒，所述绝缘套筒安装在所述外壳体中所述导管与所述热交换器构件之间。

11.如权利要求1所述的系统，还包括：

电导体，所述电导体将所述热探测器连接到所述控制机构；和

接线盒，所述接线盒位于所述外壳体上并用于将所述电导体与其安装在一起。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述热探测器包括热电偶。

13.如权利要求12所述的系统，还包括：

放大器，所述放大器形成由所述热探测器热电偶所感测到的温度中的差异的量度。

14.如权利要求1所述的系统，还包括：

比较器，所述比较器形成代表温度差异的变化的信号，所述温度差异由所述热探测器从已确立的温度差中测得。

15.如权利要求1所述的系统，其中所述控制机构包括：

自适应响应电路，所述自适应响应电路形成对所述温度差异的变化的指示。

16.如权利要求15所述的系统，还包括：

驱动电路，所述驱动电路将电流脉冲加到所述电功率施用器。

17.如权利要求16所述的系统，还包括：

自适应响应电路，所述自适应响应电路以所述温度差异的变化为基础向所述驱动电路提供控制信号。

18.一种用于以测得的流率控制流体流量的系统，包括：

流量感测组件；

控制机构，所述控制机构用于获取提供给电功率施用器的能量数量的测量结果并在隔开的位置之间保持所述已确立的温度差；

指示器机构，所述指示器机构对所述控制机构做出响应并在由所述控制机构所获取的测量结果的基础上提供流体流率的量度；以及

节流阀，所述节流阀对流体流率的量度做出响应以控制导管中流体的流量；

其中所述流量感测组件进一步包括：

导管，所述导管具有用于容纳和传输所述流体的壁；

至少两个热探测器，所述热探测器安装在所述导管壁上彼此隔开的位置并在所述隔开的位置测量所述流体和导管的温度；

至少两个电功率施用器，所述电功率施用器安装在所述导管上并允许电流在所述导管壁中流动，以将所述导管中的流体以确立的温度差加热并保持已确立的温度差；

外壳体，所述外壳体具有容纳在其中的所述流量感测组件。

19.一种用于测量导管中的流体流量的系统，包括：

至少两个热探测器，所述热探测器安装在所述导管上彼此隔开的位置并在所述隔开的位置测量所述流体和导管的温度；

放大器，所述放大器形成由所述热探测器所感测到的温度中的差异的量度；

比较器，所述比较器形成代表温度差异的变化的信号，所述温度差异由所述热探测器从已确立的温度差中测得；

至少两个电功率施用器，所述电功率施用器安装在所述导管上的不同位置并允许电流在所述导管壁中流动，以将所述导管中的流体加热并在所述隔开的位置之间保持已确立的温度差；

控制机构，所述控制机构用于获取提供给所述功率施用器的电功率电平的测量结果并在所述隔开的位置之间保持所述已确立的温度差；以及

指示器机构，所述指示器机构对所述控制机构做出响应并在由所述控制机构所获取的测量结果的基础上提供流体流率的量度。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述控制机构包括：

自适应响应电路，所述自适应响应电路形成所述温度差异的变化的指示。

21.如权利要求19所述的系统，还包括：

驱动电路，所述驱动电路将电流脉冲加到所述电功率施用器。

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