CN101349581B - 基于mems传感器的插入式流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流量测量装置，尤其是基于MEMS传感器的插入式流量测量装置。该装置由测量管、探头、固定装置、二次仪表、高压取压口、低压取压口及传感器部分的MEMS敏感芯体、封装结构、信号线构成。该装置将MEMS敏感芯体置于探头内部，取压口也位于测量管内，取消了传统插入式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。本发明解决了传统插入式流量计动态特性差，误差大，损耗高等问题。

Description

基于MEMS传感器的插入式流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种流体流量测量装置，尤其涉及基于MEMS(微机电系统)传感器的插入式流量测量装置。

背景技术

插入式流量计工作原理是，当流体流过探头时，在其前部产生一个高压分布区，高压分布区略高于管道的静压；根据伯努利方程原理，流体流过探头时速度加快，在探头后部产生一个低压分布区，低压分布区的压力略低于管道的静压；通过测取探头前后的压力差，进而得出管路流量。

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

本发明的目的在于提供一种基于MEMS传感器的插入式流量测量装置，MEMS即微机电系统，解决传统插入式流量计动态特性差，误差大，损耗高等问题。

本发明的技术方案是：基于MEMS传感器的插入式流量测量装置，该装置由测量管1、探头2、固定装置3、二次仪表4、高压取压口8、低压取压口9及传感器部分的MEMS敏感芯体6、封装结构5、信号线7构成；探头2通过固定装置3固定在测量管1内部；MEMS敏感芯体6被封装在封装结构5中，置于探头2内部；封装结构5固定在探头2内部，开口处分别与高压取压口8和低压取压口9相通；高压取压口8与低压取压口9均设在探头2上，位于测量管1内部；MEMS敏感芯体6的两个取压管分别通过高压取压口8与低压取压口9接触高压和低压流体；信号线7与MEMS敏感芯体6连接后引出测量管1至二次仪表4。所述的MEMS敏感芯体6为硅微压阻式、压电式或电容式微型压力/压差敏感芯体。

本发明的原理是：根据伯努利方程可知，流体流过探头2时会产生对应于流量大小的压力差信号，该压力差信号被MEMS敏感芯体6测得并通过信号7线引出管外送至二次仪表4。根据流量——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：

Q＝CΔP

式中：Q——流量，m³/s

C——流量系数

ΔP——压差pa

本发明所述的基于MEMS传感器的插入式流量测量装置，将MEMS传感器植入测量管1内部测量压差，不需要把压力引出管外进行比较，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；采用探头2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；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传感器，压差测取的时间常数很小，因此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，因此大大减小了插入式流量计的结构体积。本发明既能应用到一般的流体介质输送方面，也能有效完成对低静压、低流速流体的测量。

本发明的有益效果是：结构紧凑合理，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。

附图说明

图1为本发明基于MEMS传感器的插入式流量测量装置实施例1的示意图；

图2为本发明基于MEMS传感器的插入式流量测量装置实施例2的示意图。

图中；1、测量管，2、探头，3、固定装置，4、二次仪表，5、封装结构，6、MEMS敏感芯体，7、信号线，8、高压取压口，9、低压取压口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，探头2通过固定装置3圈定在测量管1内部，探头2前后分别有高压取压口8和低压取压口9；MEMS敏感芯体6在封装结构5内部进行测量；信号线7与MEMS敏感芯体6连接后引出测量管1至二次仪表4。测量管1中的流体流经探头2时，在探头2前部产生高压区域，探头2后部产生低压区域，根据伯努力原理可知，该探头2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6测得并通过信号线7引出测量管1送至二次仪表4。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。

实施例2

如图2所示，探头2通过固定装置3固定在测量管1内部，探头2前部和下部分别有高压取压口8和低压取压口9；MEMS敏感芯体6在封装结构5内部进行测量；信号线7与MEMS敏感芯体6连接后引出测量管1至二次仪表4。测量管1中的流体流经探头2时，在探头2前部产生高压区域，探头2下部产生低压区域，根据伯努力原理可知，该探头2前部和下部产生对应于流量大小的压力差，该压力差被MEMS敏感芯体6测得并通过信号线7引出测量管1送至二次仪表4。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。

Claims (2)

1.基于MEMS传感器的插入式流量测量装置，其特征在于，该装置由测量管(1)、探头(2)、固定装置(3)、二次仪表(4)、高压取压口(8)、低压取压口(9)及传感器部分的MEMS敏感芯体(6)、封装结构(5)、信号线(7)构成；探头(2)通过固定装置(3)固定在测量管(1)内部；MEMS敏感芯体(6)被封装在封装结构(5)中，置于探头(2)内部；封装结构(5)固定在探头(2)内部，开口处分别与高压取压口(8)和低压取压口(9)相通；高压取压口(8)与低压取压口(9)均设在探头(2)上，位于测量管(1)内部；MEMS敏感芯体(6)的两个取压管分别通过高压取压口(8)与低压取压口(9)接触高压和低压流体；信号线(7)与MEMS敏感芯体(6)连接后，再连至测量管(1)外的二次仪表(4)。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的插入式流量测量装置，其特征在于，所述的MEMS敏感芯体(6)为硅微压阻式、压电式或电容式微型压力/压差敏感芯体。

Images