CN101910801B - 文丘里流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及文丘里流量感测方法、系统和装置。管或腔室可从较大直径至较小直径逐渐变细以在管或腔室内形成文丘里区域。该文丘里区域造成局部流速增加。流速的变化引起局部压力变化，其又用来驱动流通过平行的旁通管或腔室。流量传感器以及在某些情况下还有压力传感器可位于该旁通内。流然后回排到原始管中或旁通管可备选地具有死端。在任一情形中，可测量流量而不会造成系统中显著的整体压降。

Description

文丘里流量传感器

技术领域

本发明大致涉及流量传感器。本发明还涉及空气流量和压力的测量。本发明另外涉及用于医学应用中的流量传感器。

背景技术

医疗设备诸如呼吸机和CPAP(持续气道正压)机器设计成向患者提供空气以培养正确的呼吸。例如，呼吸机设计成使空气移动入和移动出人的肺部以机械地协助呼吸(例如，生命维持机器)。类似设备为呼吸器，其用来协助或控制呼吸。其它类似机器有利于膈肌功能受损的人员呼吸。这些和其它机械呼吸设备通常需要显著的压力变化以精确测量空气流量。然而，此类压力变化对患者而言通常不舒适并且不会促进最佳风扇性能。

流速控制是保持患者舒适以及机械呼吸设备的正确工序的关键。在此类机械设备的操作期间，控制通向患者的流速的能力，不仅在外科手术期间而且在日常医疗工作和患者卧床休息期间都是关键的，特别是对于患有肺部和/或心脏疾病的患者而言。

可采用其它设备诸如电子流量控制器来保持流速控制。然而，这类设备通常是昂贵的。许多医院和医疗机构买不起或没有资格购买此类昂贵的机器。一般而言，空气流量感测技术需要充足的压降以感测空气流量。因此相信，这些问题的解决方案包含不昂贵却有效的用于检测流量的设备和构件的实现。本文所公开的实施例通过提供改进的流量传感器系统、方法和装置而解决此问题。

发明内容

提供下面对本发明的概述以有利于理解对于本发明才有的一些创新型特征，但并不意味着完整的说明。对本发明的各个方面的完全理解可通过将全部说明书、权利要求书、附图以及摘要作为一个整体来获得。

因此，本发明的一方面是提供一种改进的流量传感器方法和系统。

本发明的另一方面是提供一种用于感测流量而不造成显著的全局压力变化的改进的方法和系统。

本发明的再另一方面是提供一种改进的方法和系统，其用于感测机械呼吸机器中的流量而不会引起可能造成患者不适并且对机器的操作有害的压力变化。

现在可如文中所述实现前述本发明的方面以及其它目的和优点。本文公开了文丘里流量传感器方法和系统，其提供通过腔室或管测量流速而不会造成显著的系统宽泛的压力变化的性能。该文丘里流量传感器大致由包括逐渐变细的文丘里区域的主腔室和通过分接头(tap)连接到主腔室的旁通流动腔室构造而成。文丘里区域引起流速的局部增加，其又引起静态压力的局部变化。此变化可用来驱动流通过旁通流动腔室，其中使用流量传感器来测量流量。虽然引起局部压力变化，但系统中的总压降很低。

附图说明

附图中，贯穿单独视图的同样的附图标记指示同样的或功能相似的元件，且附图结合在说明书中并形成说明书的一部分，进一步说明本发明，并且附图与本发明的详细说明一起用来解释本发明的原理。

图1示出了按照优选实施例的文丘里流量传感器的侧视图，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和经文丘里区域回排到文丘里流动腔室中的相关的旁通流动腔室；

图2示出了按照备选实施例的文丘里流量传感器的侧视图，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和在文丘里区域中排放到文丘里流动腔室中的相关的旁通流动腔室；

图3示出了按照备选实施例的文丘里流量传感器的备选实施例，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和在文丘里区域下游排放的相关的旁通流动腔室；

图4示出按照备选实施例的文丘里流量传感器的侧视图，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和相关的死端(dead-ending)压力腔室，其在文丘里区域的上游和下游接入(tap)到文丘里流动腔室中；

图5示出按照备选实施例的文丘里流量传感器的侧视图，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和相关的死端压力腔室；

图6示出按照备选实施例的文丘里流量传感器的侧视图，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和相关的死端压力腔室，该压力腔室在文丘里区域的上游和文丘里区域中接入到文丘里流动腔室中。

图7示出按照备选实施例的文丘里流量传感器的侧视图，且该文丘里流量传感器具有文丘里流动腔室和相关的死端压力腔室，该压力腔室在文丘里区域的上游和下游接入到文丘里流动腔室中。

具体实施方式

这些非限定示例中所讨论的具体值和构造可以变化，且它们仅被引用来说明本发明的至少一个实施例，且并不意味着限定本发明的范围。

图1示出了可按照优选实施例实现的文丘里流量传感器100的一个实施例的侧视图。文丘里流量传感器100由圆柱形封闭流动腔室118以及经由分接头108和110连接到圆柱形封闭流动腔室118的旁通流动腔室114组成。圆柱形封闭流动腔室118可由三个单独的区间组成。流动腔室118的第一区间102具有大于最后区间104的直径。在区间102与104之间的是逐渐变细的文丘里区域106，其从区间102的较大直径至区间106的较小直径逐渐变细。当流体流经该腔室时，该区间在圆柱形封闭流动腔室118中产生文丘里效应。另外，在旁通流动腔室114内的是流量传感器116。注意，在此实施例中，分接头108在文丘里区域106下游排放到圆柱形封闭流动腔室118中。

文丘里是管道、管或腔室内的区域，其中管道的直径从较大的直径缩小为较小的直径。管道中的收缩致使局部流速增加并且引起局部压力变化。因此，流速的增加引起的压力变化可用来驱动流经过旁通通道。

在本发明的优选实施例中，将使用微电子机械系统空气流量传感器作为流量传感器116。微电子机械系统或“MEMS”设备的规模超小并且以各种方式使用。大部分MEMS构件的尺寸范围介于数微米至数毫米之间。MEMS构件可用作陀螺仪、加速计以及各种物理现象的传感器。MEMS构件大部分通常由硅、聚合物或金属构成并且一般通过薄膜沉积的沉积物构成。

在备选实施例中，流量传感器116可作为任何其它足够小的空气流量传感器实现。可满足这种目的的传感器的示例为叶片计量传感器、热丝传感器或膜传感器。这些仅意味着能够满足预期目的的空气流量传感器的示例。也可使用任何其它充分配置的空气流量传感器。

图2示出了文丘里流量系统200，其可按照备选实施例实现。文丘里流量系统200包括经由分接头110和202连接到旁通腔室114的圆柱形封闭流动腔室406。圆柱形封闭流动腔室406可由三个单独的区间组成。第一区间102具有一致的直径。在文丘里区间402中，第一区间102的初始较大直径向下逐渐变细为最小直径并且然后回升为第一区间102的初始直径。第三区间404因此回到第一区间102的初始较大直径。

注意，在图2中，分接头202可使旁通流动腔室114在文丘里区域402排放到圆柱形封闭流动腔室406中。注意，这里在图2-6中，同样或相似零件或元件一般通过同样的附图标记指示。

图3示出文丘里流量系统300，其可按照本发明的备选示例实现。文丘里流量系统300由圆柱形封闭流动腔室406以及经由分接头108和110连接到圆柱形封闭流动腔室406的旁通腔室114组成。旁通腔室114装设有流量传感器116。注意，分接头108在文丘里区间402下游排放到旁通腔室114。在优选实施例中，流量传感器116作为MEMS流量传感器实现，但可采用任何合适的流量传感器。

图4示出了按照备选实施例的文丘里流量传感器400的侧视图。文丘里流量传感器400由圆柱形封闭流动腔室118以及经由分接头108和110连接到圆柱形封闭流动腔室118的压力腔室414组成。

注意，如图4所示，分接头108使压力腔室114在文丘里区域106下游排放到圆柱形封闭流动腔室118中。另外，文丘里流量传感器400的此实施例包括收容在压力腔室414中的压力传感器204。这允许用户通过将压差与流速关联而测量系统的空气流量。可使用任何数量可商购到的压力传感器作为压力传感器204。

图5示出了可按照备选实施例实现的文丘里流量传感器500的侧视图。文丘里流量传感器500包括圆柱形封闭流动腔室118以及均具有死端的压力腔室414和502。压力传感器204和206被收容在压力腔室414和502中，允许测量系统中的空气流量。

图6示出了可按照备选实施例实现的文丘里流量系统600的侧视图。文丘里流量传感器600由圆柱形封闭流动腔室406以及在压力传感器204处具有死端的压力腔室414和602组成。再一次，压力传感器204被收容在压力腔室414和602中，允许测量系统的空气流量。

图7示出可按照备选实施例实现的文丘里流量系统700的侧视图。图7是文丘里流量系统600的改造，其中压力腔室602已由压力腔室702代替。文丘里流量系统700设计成使得服务压力腔室702的分接头108位于文丘里流动区域402下游。与文丘里流量系统600中一样，压力传感器204被收容在压力腔室414和702中，允许测量系统的空气流量。

提供文中阐述的实施例和示例以最好地解释本发明及其实践应用，并从而使本领域技术人员能够制造和利用本发明。然而，本领域技术人员会认识到，前述说明书和示例仅基于说明和举例的目的而提出。本发明的其它变型和改型对于本领域技术人员来说将是显而易见的，所附权利要求书的意图在于涵盖这些变型和改型。

所阐述的说明书无意穷举或限制本发明的范围。在不脱离以下权利要求范围的情况下可根据以上教导作出许多改型和变型。可以设想的是，本发明的使用可包括具有不同特征的构件。其目的是将通过在此附上的权利要求来限定本发明的范围，其在各个方面提供可充分理解的等同物。

Claims (7)

1.一种用于感测流量的方法，其包括：

迫使流体通过从较大初始直径至较小直径逐渐变细而形成逐渐变细的文丘里区域的圆柱形封闭流动腔室；

经位于在所述逐渐变细的文丘里区域的逐渐变细部分上游的第一分接头将所述圆柱形封闭流动腔室连接到平行的旁通流动腔室；以及

将基于微电子机械系统的流量传感器设置在所述旁通流动腔室中，在不造成全局系统压力显著变化的情况下，所述基于微电子机械系统的流量传感器感测与通过所述圆柱形封闭流动腔室的流体流量有关的量。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

使第二分接头构造成在所述逐渐变细的文丘里区域处将所述平行的旁通流动腔室和所述基于微电子机械系统的流量传感器连接到所述圆柱形封闭流动腔室。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

使第二分接头构造成在所述逐渐变细的文丘里区域下游将所述平行的旁通流动腔室和所述基于微电子机械系统的流量传感器连接到所述圆柱形封闭流动腔室。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基于微电子机械系统的流量传感器感测通过所述平行的旁通流动腔室从所述第一分接头到所述第二分接头的流体的流量。

5.一种文丘里流量系统，其包括：

从较大初始直径至较小直径逐渐变细而形成逐渐变细的文丘里区域的圆柱形封闭流动腔室；

在所述文丘里区域上游连接到所述圆柱形封闭流动腔室的分接头；

平行的旁通流动腔室和位于所述旁通流动腔室内的基于微电子机械系统的流量传感器，所述旁通流动腔室经由所述分接头连接到所述圆柱形封闭流动腔室，从而允许测量通过所述圆柱形封闭流动腔室的流量而不会造成全局系统压力的显著变化。

6.根据权利要求5所述的文丘里流量系统，进一步包括：

第二分接头，其在所述逐渐变细的文丘里区域将所述平行的旁通流动腔室连接到所述圆柱形封闭流动腔室。

7.根据权利要求5所述的文丘里流量系统，进一步包括：

第二分接头，其在所述逐渐变细的文丘里区域下游将所述平行的旁通流动腔室连接到所述圆柱形封闭流动腔室。

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