CN101382563B - 流速测量传感器 - Google Patents

Abstract

一种流速测量传感器由皮托管、分别设于皮托管前端和侧部的总压传感器和静压传感器组成，总压传感器和静压传感器分别由硅压阻敏感组件组成，硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，具有E型岛膜结构，总压传感器中硅压阻敏感组件设于皮托管前端管腔，并与管腔前端的总压进压孔齐平安装，静压传感器中硅压阻敏感组件设于皮托管中部管腔，并与皮托管内的静压引压管输出管口齐平安装，静压引压管设于皮托管侧部，皮托管尾部连接输出横管，两传感器的信号引线分别通过皮托管和输出横管连通的管腔引出，并分别经两信号调理电路后引出到输出电缆，本发明具有总压、静压、动态、流速一次性测量，输出信号可直接连接仪表显示和数据处理。

Description

流速测量传感器

技术领域

本发明涉及一种流速测量传感器，特别是涉及一种在标准皮托管内安装两只微型压阻压力传感器的流速测量传感器。

背景技术

现在测量水流动态速度主要有皮托管、热丝(或热膜)风速仪、激光多普勒流速仪、粒子图像测速仪，其他方法均是基于这些方法的基本原理演变而来的。目前四种基本的流速测量手段各有特点，各有应用范围，四种方法各有优势和缺陷，都不可能互相替代。皮托管式因其使用方便、测量精度和性价比较高而在工业场合广泛使用。

传统的皮托管式测速仪是在皮托管的前端水流形成驻点，从而将流速V转换成压力值，然后再使用比压计测量出该压力值而得到水流速度。但是由于比压计中的液柱有很大的惯性，所以在动态的测量中，无法及时地测量出水流的速度。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供一种流速测量传感器，具有响应快、测量精确、低量程线性度好优点，输出的标准信号，可直接连接仪表显示和数据处理。

本发明的技术方案是这样实现的：一种流速测量传感器，由皮托管、分别设于该皮托管前端和侧部的总压传感器和静压传感器组成，该总压传感器和静压传感器分别由硅压阻敏感组件组成，该总压传感器中的硅压阻敏感组件设置于该皮托管前端管腔，并与该管腔前端的总压进压孔齐平安装；该静压传感器中的硅压阻敏感组件设置于该皮托管中部管腔，并与该皮托管内的静压引压管输出管口齐平安装，该静压引压管另一端作为静压引压口设于该皮托管侧部。

作为本发明的进一步改进，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，具有E型岛膜结构。

作为本发明的进一步改进，该硅压阻敏感组件尺寸为2.2mmX2.2mm，而该硅敏感元件尺寸为1.2mm×1.2mm。

作为本发明的进一步改进，该皮托管前端面呈半球状，而该皮托管的尾部具有流线形锥形结构。

作为本发明的进一步改进，该静压引压管的引压口与该皮托管前端间的间距至少为该皮托管直径的三倍。

作为本发明的进一步改进，该皮托管尾部连接固定输出横管，该输出横管管腔与该皮托管尾部管腔连通，该总压传感器和静压传感器的两信号引线分别通过该皮托管和输出横管连通的管腔引出，并分别经两信号调理电路后引出到输出电缆。

作为本发明的进一步改进，该皮托管尺寸为Φ8mm×103mm，该横管为Φ6mm，该静压引压管的静压引压口与该皮托管前端间距为24mm。

本发明的有益技术效果是：由于流速压力传感器采用具有很好动态特性的硅压阻敏感组件，使用了硅敏感元件与进压口齐平封装，最大限度地保证了动态测量的要求，可以很好地测量水流，改善了低量程线性度，适应了流速测量传感器低量程，高精度要求。同时该结构可以最大限度的避免由于感压管道的过长，导致气泡在管道内，引起测量的失真。

本发明中的皮托管前端采用半球形设计，皮托管尾部采用流线形锥形结构，最小限度地减小了对流体力场的影响。

该流速测量传感器实现了总压、静压、动态、流速的一次性测量，输出的标准信号，可直接连接仪表显示和数据处理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中B-B部分剖视图；

图3为本发明使用时的整体结构示意图。

以下对照附图作说明：

1——流线形锥形结构     6、7——信号引线

2、3——硅压阻敏感组件  13——输出横管

4——静压引压管         14——把手

41——静压引压口        15——输出电缆

42——输出管口          10——皮托管

5——总压进压孔

具体实施方式

结合图1，以下作进一步描述：一种流速测量传感器，由皮托管10、分别设于该皮托管前端(也称迎水总压测点处)和侧部的总压传感器和静压传感器组成，该总压传感器和静压传感器分别由硅压阻敏感组件组成，该总压传感器中的硅压阻敏感组件3设置于该皮托管前端管腔，并与该管腔前端的总压进压孔5齐平安装。而该静压传感器中的硅压阻敏感组件2设置于该皮托管中部管腔，并与该皮托管内的静压引压管4的输出管口42齐平安装，该静压引压管4另一端作为静压引压口41设于该皮托管侧部。该皮托管前端面呈半球状，而该皮托管的尾部具有流线形锥形结构1。该皮托管尾部连接固定输出横管13，该输出横管13管腔与该皮托管管腔贯通，该总压传感器和静压传感器的两信号引线6和7分别通过该皮托管和输出横管连通的管腔引出，并分别经两信号调理电路后引出到输出电缆15，该两信号调理电路安装在固定于该输出横管13末端的把手14内，然后引出到该输出电缆15，该输出横管13位于该皮托管尾部，可以尽量减小对采压点处流场的影响。

该硅压阻敏感组件采用中国专利“一种微型动态压阻压力传感器及其制造方法”(专利号ZL2003101063298)公开技术方案制成的，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，采用MEMS(Micro Electro Mechanical System)硅体微机械加工方法制造，该硅敏感元件为具有力敏区的圆平硅膜片，该圆平硅膜片两面依次覆盖有SiO₂层和Si₃N₄层，该力敏区的正面有惠斯通应变全桥并引出电阻电极，该力敏区的正面周边部裸露出硅芯片，并焊接于抛光Pyrex或GG-17玻璃环片，形成该硅压阻敏感组件，该电阻电极焊接于金丝内引线一端。PYREX玻璃环片，业内都知道，它是康宁公司(Corning)的产品，专为半导体封装设计，具有与硅接近的物理性能。国产替代产品为GG-17硼硅玻璃，业内皆知，为上海医学玻璃厂产品，市场上可以买到，与PYREX玻璃环片及硅有着极为相近的热膨胀系数。

该硅压阻敏感组件的玻璃环片另一面粘贴在进压口设有的环行凹坑面，实现该硅压阻敏感组件的硅膜片背面与传感器进压口的端面齐平封装，该金丝内引线另一端焊接于该信号调理电路(或称转接电路)。该硅敏感元件具有为E型岛膜结构，适应了流速测量传感器低量程、高精度要求。

该硅压阻敏感组件尺寸为2.2mmX2.2mm，而该硅敏感元件尺寸为1.2mm×1.2mm，可具有高达150KHz的固有频率，使得可响应频率可达30KHz以上。

该皮托管10尺寸为Φ8mm×103mm，该输出横管13为Φ6mm，该静压引压管4的静压引压孔41与该皮托管10前端间距为24mm(即三倍于该皮托管管径)。

该总压传感器和静压传感器信号的引出通过输出横管13到达横管尾部的把手14中，该把手14为一直径稍粗Φ27mm×200mm的圆筒，其作用如一个把手或固定部，同时其内部为两个信号调理电路。将该总压传感器和静压传感器输出变为三线制0-5V输出信号，引出的信号直接与流速测算显示仪器部分相连。

皮托管的流速公式为：

$V=C\sqrt{2\mathrm{GH}}$

其中：C为系统精度校准参数，

G为重力加速度，

H为传感器总压减静压后得到的差压水柱高度。

这样该流速测量传感器实现了总压、静压、动态、流速的一次性测量。

Claims (7)

1.一种流速测量传感器，其特征在于，由皮托管(10)、分别设于该皮托管前端和侧部的总压传感器和静压传感器组成，该总压传感器和静压传感器分别由硅压阻敏感组件组成，该总压传感器中的硅压阻敏感组件(3)设置于该皮托管(10)前端管腔，并与该管腔前端的总压进压孔(5)齐平安装；该静压传感器中的硅压阻敏感组件(2)设置于该皮托管(10)中部管腔，并与该皮托管内的静压引压管(4)输出管口(42)齐平安装，该静压引压管(4)另一端作为静压引压口(41)设于该皮托管侧部。

2.如权利要求1所述的一种流速测量传感器，其特征在于，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，具有E型岛膜结构。

3.如权利要求2所述的一种流速测量传感器，其特征在于，该硅压阻敏感组件尺寸为2.2mmX2.2mm，而该硅敏感元件尺寸为1.2mm×1.2mm。

4.如权利要求1所述的一种流速测量传感器，其特征在于，该皮托管(10)前端面呈半球状，而该皮托管(10)的尾部具有流线形锥形结构(1)。

5.如权利要求1所述的一种流速测量传感器，其特征在于，该静压引压管(4)的引压口(41)与该皮托管(10)前端间的间距至少为该皮托管直径的三倍。

6.如权利要求1所述的一种流速测量传感器，其特征在于，该皮托管(10)尾部连接固定输出横管(13)，该输出横管(13)管腔与该皮托管(10)尾部管腔连通，该总压传感器和静压传感器的两信号引线(6、7)分别通过该皮托管和输出横管连通的管腔引出，并分别经两信号调理电路后引出到输出电缆(15)。

7.如权利要求6所述的一种流速测量传感器，其特征在于，该皮托管(10)尺寸为Φ8mm×103mm，该横管为Φ6mm，该静压引压管(4)的静压引压口(41)与该皮托管(10)前端间距为24mm。

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