CN102288232A

CN102288232A - 模制限流器

Info

Publication number: CN102288232A
Application number: CN2011101262559A
Authority: CN
Inventors: J·斯佩尔德里奇
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: US20110247411A1; EP2381225A1; CN102288232B; AU2011201469B2; EP2381225B1; US8756990B2; AU2011201469A1

Abstract

本公开提供一种模制限流器，并且一般涉及流量传感器，更具体地涉及用于提供在给定流速下通过流量传感器的压力降的装置和方法。在一个实施例中，传感器组件包括具有第一流端口(33)和第二流端口(35)的壳体(37)。壳体(37)可限定在第一流端口(33)和第二流端口(35)之间延伸的流体通道(46)，传感器(42)位于壳体(37)内并暴露于流体通道(46)。示例性传感器可被构造成感测与流过流体通道(46)的流体的流速相关的量。限流器(39)可位于第一流端口(33)和第二流端口(35)的至少一个中并与其一体模制。限流器(39)可被构造成精确地提供在给定流速下通过流量传感器的压力降。

Description

模制限流器

本申请要求2010年4月9日提交的、名称为“Molded Flow Restrictor”的第61/322,754号美国临时申请的权益，以引入的方式将其并入。

技术领域

本公开一般涉及流量传感器，更具体地涉及用于提供在给定流速下通过流量传感器的精确控制的压力降的装置和方法。

背景技术

流量传感器常用于感测流过流体通道的流体(例如，气体或液体)的流速。这种流量传感器常用于多种应用中，包括例如医学应用、飞行控制应用、工业处理应用、燃烧控制应用、天气监测应用，以及许多其它应用。

发明内容

本公开一般涉及流量传感器，更具体地涉及用于提供在给定流速下通过流量传感器的压力降的装置和方法。在一个示例性实施例中，流量传感器组件包括具有第一流端口和第二流端口的壳体。该壳体可限定在第一流端口和第二流端口之间延伸的流体通道，流量传感器位于壳体内且暴露于流体通道。流量传感器可以感测与流过该流体通道的流体的流速相关的量。限流器可以设置于第一流端口和第二流端口中的至少一个内并且与其一体模制。限流器可被构造成精确地和/或可控制地提供在给定流速下通过流量传感器的压力降。在一些情况下，限流器可模制为具有形成在限流器上游和/或下游表面上的溢边(flash)。该溢边可以被构造和/或定向为使得该溢边不能部分地阻碍限流器的设计开口。

上述概要用于帮助理解本公开特有的一些创造性特征，但并不是完整的描述。本公开的完整理解可从整个说明书、权利要求书、附图和摘要整体上得到。

附图说明

参考下面的本公开各种示例性实施例的详细描述并联系附图，可以更好地理解本公开，附图中：

图1是示例性壳体构件的剖面图，其具有沉积在流体通道内的溢边；

图2是示例性流量传感器的示意图，其用来测量流过流体通道的流体的流速；

图3是示例性热流量传感器组件的示意图，其可用于测量流过流体通道的流体的流速；

图4是示例性流量传感器组件的剖面图；

图5是图4的流量传感器组件的底部保护盖的剖面图；

图6是图5所示的底部保护盖的底视图；

图7和图8是示例性模具的剖面图，其用于模制图5的底部保护盖的流端口内的限流器；以及

图9和图10是示例性感测系统的剖面图，其包括图4的流量传感器组件。

具体实施方式

下面的描述应当参考附图进行阅读，其中在全部几幅视图中相同的附图标记表示相同的元件。说明书和附图示出了用于说明所请求保护的本公开的几个实施例。

仅仅为了说明的目的，引用相对性术语对本公开进行说明，包括例如左、右、顶部、底部、前、后、上面的、下面的、上和下，以及其它。可以理解的是，这些术语仅仅用于解释说明的目的，并不意图以任何方式进行限制。

对于一些应用，可能希望流体在给定流速下通过流量传感器时具有特定的压力降。在一些情况下，在给定流量下的压力降可基于，至少部分基于流体通道的直径。流量传感器的制造(例如，模制)或其它工艺期间的流体通道直径的变化可影响流量传感器准确并精确地实现在给定流体流速下通过流量传感器的特定压力降的能力。

例如，图1显示了流量传感器100的壳体102的一部分的剖面图。如图所示，壳体102包括在壳体102的第一流端口104内的限流器108和在壳体102的第二流端口106内的限流器110。但是，在所示的例子中，溢边112(或者多余的材料)可在壳体102的制造(例如模制)期间沉积在限流器108和110内。如图所示，溢边112可沿与限流器108和110大体垂直的方向延伸，并且在一些情况下，可会产生直径减小的区域，该区域具有比限流器108和110的直径更小的直径。该直径减小的区域可影响在给定流速下流过壳体102的流体的压力降。因此，需要一种新的、改进的系统和方法，用于精确地、可靠地和/或重复地提供流体在给定流体流速下通过流量传感器的压力降。

图2和图3是示例性流量传感器10和18的示意图，其用于测量通过流体通道12的流体流14的流速。取决于应用场合，这里用到的术语“流体”可指气体流体或液体流体。如图2所示，流量传感器10可暴露于流体通道12和/或设置在流体通道12内，以测量流体流14的一种或多种特性。例如，流量传感器10可以按需要利用一个或多个热传感器(例如，参见图3)、压力传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管、和/或任意其他合适的传感器或传感器组合来测量流体流14的质量流量和/或速度。在一些情况下，流量传感器10可以是可从本申请的受让人获得的微桥或MicrobrickTM传感器组件(例如，参见图3)，但这不是必需的。一些认为适于测量流体流14的质量流量和/或速度的示例性方法和传感器构造在例如美国专利4,478,076、4,478,077、4,501,144、4,581,928、4,651,564、4,683,159、5,050,429、6,169,965、6,223,593、6,234,016、6,502,459、7,278,309、7,513,149以及7,647,842中公开。所构想的是，流量传感器10可按需要包括这些流量传感器构造和方法中任何一个。但是必须认识到，流量传感器10可以是按需要的任何合适的流量传感器。

在该示例性实施例中，流体通道12可以经历流体流14的一定流速范围。例如，流体通道12可以包括高容量流体流、中容量流体流或低容量流体流。示例性的流体流应用可包括但不限于医学应用(例如呼吸计、通风机、肺活量计、氧浓缩器、光谱测定应用、气相色谱分析应用、睡眠呼吸暂停机、喷雾器、麻醉输送机，等等)、飞行控制应用、工业应用(例如空气一燃料比、光谱测定、燃料电池、气体泄漏检测、煤气表、HVAC应用)、燃烧控制应用、天气监测应用，以及按需要的任何其它合适的流体流应用。

如图3所示，流量传感器18可以是用于测量流过流体通道12的流体14的流速的热流量传感器(例如微桥流量传感器、热风速计传感器、基于MEMS的传感器等)。在该示例性实施例中，流量传感器18可以包括衬底34，其限定用于接收流过流体通道12的至少一部分流体的传感器通道26。在一些实施例中，衬底34可以是硅衬底或其它绝缘半导体衬底，然而，任何合适的衬底都可以按需要使用。层28可形成在衬底上并支撑一个或多个加热器元件(例如加热器元件22)和用于检测通道26内的流体14的流速的一个或多个传感器元件(例如传感器元件20和24)。如图所示，层28可以制作成包括用于流体地连接传感器通道26和流体通道12的开口30和32。在其它实施方式中，(一个或多个)加热器元件和传感器元件可直接设置于流体通道12的壁(或直接设置在流体通道12的壁上的另一个衬底)上，而没有附加的传感器通道26(例如，如图4所示)。

如图所示，热流量传感器18可以包括加热器元件22、位于加热器元件22上游的第一传感器元件20、以及位于加热器元件22下游的第二传感器元件24。在这种情况下，当流体通道12中存在流体流时，流体14的至少一些可以流过开口30进入传感器通道26，通过一个或多个传感器元件(例如传感器元件20和24)以及一个或多个加热器元件(例如加热器元件22)，并通过开口32流回流体通道12中。

尽管示出的第一传感器元件20位于加热器元件22的上游，以及示出的第二传感器元件24位于加热器元件22的下游，但这并不意味着是限制性的。所构想的是，在一些实施例中，流体通道12和传感器通道26可以是双向流体通道，使得在一些情况下，第一传感器元件20在加热器元件22的下游而第二传感器元件24在加热器元件22的上游。在这种情况下，当流体通道12中存在流体流时，流体14的至少一些可以流过开口32进入传感器通道26，通过一个或多个传感器元件(例如传感器元件20和24)以及一个或多个加热器元件(例如加热器元件22)，并通过开口30回到流体通道12中。所构想的是，在一些实施例中，可仅仅提供一个传感器元件，而在其它实施例中可提供三个或更多个传感器元件。在一些情况下，如果需要，传感器元件20和24可以都位于加热器元件22的上游(或下游)。

在一些情况下，第一传感器元件20和第二传感器元件24可以是具有相对大的正或负温度系数的热敏感电阻，使得阻值随温度变化。在一些情况下，第一和第二感测元件20和24可以是热敏电阻。在一些情况下，第一传感器元件20、第二传感器元件24以及任何附加的传感器元件可以布置成惠斯顿电桥构造，但这不是在所有实施例都是必须的。

在所示的例子中，当在传感器通道26内不存在流体流时，且当加热器元件22被加热到高于流体流14中的流体的环境温度的温度时，可产生关于加热器元件22到上游传感器元件20和下游传感器元件24大致成对称分布的温度分布。在该例子中，上游传感器元件20和下游传感器元件24可以感测相同的或相似的温度(例如在25％、10％、5％、1％、0.001％内，等)。在一些情况下，这可在第一传感器元件20和第二传感器元件24中产生相同的或相似的输出电压。

当在传感器通道26内存在流体流14并且加热器元件22被加热到高于流体流14内的流体的环境温度的温度时，温度分布可以是不对称的，并且不对称的程度可与传感器通道26(并且在一些情况下，流体通道12)内的流体流14的流速有关。流体流14的流速可以使上游传感器元件20感测到比下游传感器元件24相对更冷的温度。也就是说，流体流14的流速可以导致上游传感器元件20和下游传感器元件24之间的温度差，该温度差与传感器通道26和/或流体通道12内的流体流14的流速有关。上游传感器元件20和下游传感器元件24之间的温度差可导致上游传感器元件20和下游传感器元件24之间的输出电压差。

在另一个示例性实施例中，流体流14的质量流量和/或速度可以通过在加热器元件22内提供瞬时的升高温度条件而确定，其进而引起流体流14内的瞬时升高温度条件(例如，热脉冲)。当流体流14中存在非零流速时，上游传感器元件20可晚于下游传感器元件24接收到瞬时响应。然后，流体流14的流速可以用上游传感器元件20和下游传感器元件24之间的时滞来计算得到，或者用加热器被激励的时间和传感器中的一个(例如下游传感器24)感测到相应的升高温度条件(例如热脉冲)的时间之间的时滞来计算得到。

进一步，可以理解的是，示例性加热器元件22和感测元件20和24仅仅是示例性的，并且在一些实施例中，如果希望的话可以不存在。例如，一个或多个压力传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管和/或任何其它合适的传感器或传感器组合也可按需要用于感测与流体通道12内的流体流相关的量。

在图2和图3所示的实施例中，限流器16可位于流体通道12内以提供在给定流速下通过流体通道12的流体流14中的预定压力降(例如，通道12的相对端或进入通道12的端口上的压力降)。在一些实施例中，限流器16可以是与流体通道12一体形成或模制。例如，限流器可以由模制工艺形成，该工艺还形成与限流器相邻的流路径的一些部分。在其它实施例中，可以先形成限流器16，随后再将其插入并固定到流体通道12。

如图2和图3所示，限流器16可以是以长度“L”和具有直径“d2”的开口17为特征的孔型限流器。在一些实施例中，限流器16可以具有在大约0.1到4.0的范围内的长度直径比，但这不是必须的。可用于限流器16的示例长度直径比可包括例如3.5或更小、3.2或更小、2.5或更小、2.0或更小、1.9或更小、1.8或更小、1.7或更小、1.6或更小、1.5或更小、1.4或更小、1.3或更小、1.2或更小、1.1或更小、1.0或更小、0.9或更小、0.8或更小、0.7或更小、0.6或更小、0.5或更小、0.4或更小的比例，或所期望的任何其它合适的长度直径比。

在该示例性实施例中，限流器16可以被构造成精确控制和/或平衡通过流体通道12的流体流14的压力降和质量流速。对于流过孔型限流器(例如限流器16)的不可压缩流体，通过流体通道12的流体流14的质量流速“m”可以通过如下的伯努利方程得到：

m = CA \sqrt{2 p (P_{1} - P_{2})}

其中：

C是孔流校正系数，其表征了孔的几何形状和孔在流体通道内的设置，并且在一些情况下可以变动，例如从0.6到0.95；

A是限流器开口17的截面面积；

p是流体流14的流体密度；

P₁是限流器16上游的流体压力；以及

P₂是限流器16下游的流体压力。

进一步，限流器16的开口17的截面面积由下式得到：

A = \frac{π}{4} d_{2}^{2}

其中：d₂是开口17的直径。

将限流器的截面面积公式代入质量流量方程，我们可以得到如下的质量流量方程：

m = C \frac{π}{4} d_{2}^{2} \sqrt{2 p (P_{1} - P_{2})}

由该式，质量流速“m”和压力变化(P₁-P₂)的关系主要由限流器开口17“d₂”的平方决定。通过精确地和/或准确地设置开口17的直径“d₂”的大小，流量传感器10和18可以精确控制和/或平衡通过流体通道12的流体流14的质量流速m和压力变化(P₁-P₂)之间的关系。也就是说，通过精确地和/或准确地设计开口17的直径“d₂”，流量传感器10和18可以精确地得到在流体14的给定质量流速m下的特定压力降。

图4是可以精确控制和/或平衡流体流的质量流速和压力变化之间关系的示例性流量传感器组件31的截面图。在该示例性实施例中，流量传感器组件31可以包括安装在封装衬底40上的流量感测元件42。流量感测元件42可以被构造成感测与在流体通道46内流过的流体的流速有关的量。在一些实施例中，如果需要，图2和图3所示的流量传感器10或18可以用作流量感测元件42。封装衬底40可以包括陶瓷材料，然而任何合适类型的材料都可按需要使用。

如图4所示，流量传感器组件31包括外保护壳体，外保护壳体包括顶部保护盖36和底部保护盖37。如图所示，底部保护盖37可以插入顶部保护盖36的凹部。按照这种构造，顶部和底部保护盖36和37可以保护流量感测元件42和壳体内可能提供的任何信号调节电路。在一些情况下，底部保护盖37和顶部保护盖36可以由例如塑料制成。但是，所构想的是，任何其它合适的材料都可以按需要使用。

如图4所示，壳体的底部保护盖37包括第一流端口35和第二流端口33。在一些情况下，流端口35可以是入口流端口，流端口33可以是出口流端口，但这不是必须的。在其它情况下，如果需要，流端口33可以是入口流端口，流端口35可以是出口流端口。在一些情况下，所构想的是流量传感器组件31可以是双向流量传感器组件，并且在该情况下，流端口33或者流端口35的任意一个均可充当入口流端口或出口流端口，这取决于通过流通道46的流体流的当前方向。

底部保护盖37和顶部保护盖36可限定用于接收封装衬底40的空腔，在封装衬底上安装有流量感测元件42。在该示例性实施例中，封装衬底40的表面(其包括流量感测元件42)和底部壳体盖37的内表面可限定流量传感器组件31的流通道46。流通道46可以从底部保护盖37的流端口35沿着流量感测元件42，延伸到底部保护盖37的流端口33。流通道46可将流量感测元件42暴露于流体流。在一些实施例中，如图4所示，流通道46可以包括两个或更多个大约90°的弯曲。例如，大约90°的第一弯曲可位于流端口35和流量传感器42之间的流通道46内，大约90°的第二弯曲可位于流量传感器42和流端口33之间的流通道46内。尽管示出了大约90°的弯曲，所构想的是流体通道46可以被构造成包括任何其它角度(例如45°)的弯曲，或根本没有弯曲。

在一些实施例(未示出)中，流量传感器组件31可以包括一个或多个电导线，其电连接到流量感测元件并延伸到外保护壳体的外部。例如，一个或多个电导线可以被构造成经由在封装衬底上提供的一个或多个迹线接收从流量感测元件发出的对应于流过流体通道的被敏感到的流体流速的信号。在一些情况下，该一个或多个电导线可以包括金属，然而，任何合适的导电材料都可以按需要使用。

在一些实施例中，外保护壳体也可以包括一个或多个安装孔38。如图所示，顶部保护壳体36包括两个安装孔38，但是可以按需要使用任何合适数量的安装孔。安装孔38可以被构造成接收紧固件，例如螺钉、螺栓或钉子，以将顶部保护盖36安装到希望的表面从而适应利用流量传感器组件31的特定装置。所构想的是顶部保护盖36或底部保护盖37可以按需要包括额外的安装孔38，或不包括安装孔38。

在该示例性实施例中，流量传感器组件31可以包括位于流体通道46内的限流器39，以提供在给定流速下流过流体通道46的流体中的预定压力降。限流器39可以包括开口41，其相对流体通道46的相邻部分具有减小的直径，并且限流器可以设计(例如，可以具有精确控制的直径)为在给定流量水平下提供指定压力降。

如图4所示，限流器39位于流端口33内并与其一体模制。但是，在其它情况中，限流器39可以位于流端口35内或者如果需要，可提供两个限流器，流端口33和35的每一个中都有一个限流器。在一些实施例中，仅仅将限流器39设置于出口流端口(其在一些实施例中可以是流端口33)可以帮助减小流量传感器42所感测的噪声。例如，限流器39可以在流体流中形成湍流，并且当被置于流量传感器42的上游时，可在流量传感器42内产生噪声。在这种情况下，将限流器39置于流量传感器42的下游可以提供相对更加层流性的流体流通过流量传感器42，从而在流量传感器42内产生更小的噪声。

在该示例性实施例中，限流器39可以设计、形成和/或模制为精确控制在给定流速下通过流体通道46的压力降。具体地，限流器39可以以这样的方式形成(例如，模制)，使得最小化可能影响流体流过限流器的缺陷或不规则性(例如，可能影响限流器上的压力降(即，通过影响限流器中的孔的直径)的缺陷或不规则性)。更具体地，在一些实施例中，利用嵌套模制工艺形成限流器的情况下，模制工艺可以被控制成使得控制任何溢边的形状和位置。

如这里用到的，溢边可指的是在模制工艺中形成的多余的材料，典型地是在模具的配合件的接口处。例如，在包括两个或更多个部分(例如，冲模)的嵌套模具中，所述部分配合以形成具有完成件的期望形状的空腔，空腔材料(例如热塑或其它合适的材料)注入该空腔，多余的材料可在配合件之间的配合接口处形成溢边。在理想尺寸的模具中，其中两个或更多个部分之间没有任何间隙地配合，并且在理想控制的模制工艺中，其中在刚好合适压力下注入刚好合适量的材料，溢边可能在理论上被消除。但是，大多数模具在配合接口处具有或者伴随时间会形成一些空隙，这有助于形成溢边。

考虑到模制件(例如这里描述的限流器)内有可能存在溢边，用于形成限流器的模具可以被构造成使得任何得到的溢边都定向在不影响限流器的临界流体性质的方向。特别地，模具可以被构造成使得溢边(图5所示的溢边47)不沉积在限流器39的开口41内并且不减小开口41的直径。替代地，如关于图5更细节讨论的，溢边47可以定向为沿着与限流器39的轴线大体平行的方向延伸，而不是沿与限流器39(如图1所示的流量传感器)大体垂直的方向。

如图5所示，其为图4所示的流量传感器组件的底部保护盖37的截面图，溢边47(其由于底部保护盖37的模制工艺而形成)可形成在限流器39的上表面43上。溢边47也可以定向为沿着大体向上的方向延伸，或者平行于并且远离限流器39的方向延伸。在一些实施例中，限流器39可设计为具有如虚线48所示的上表面构造。但是，由于模制工艺的结果，溢边47(如果存在)可形成在限流器39的上表面43上并且可具有等于或大于限流器39的开口41的直径的直径，以及与限流器本身的轴线一致且与流过限流器的流体的流动轴线一致的中心轴线。也就是说，模具可以被构造成使得所形成的任何溢边47定向成不减小限流器39的开口41的直径。虽然溢边47显示为在限流器39的上表面43上，但所构想的是溢边47也可以形成在限流器39的下表面45上，这取决于模具和模制工艺的详细参数。

在该示例性实施例中，溢边47可能不会显著影响在给定流速下流过流通道46的流体的压力降。在该实施例中，流量传感器组件31可以被构造成精确并且准确地控制和/或平衡在给定流速下流过流通道46的流体的压力降和质量流速。

图6是图5所示的底部保护盖37的底视图。在限流器39与流端口33一体形成的情况下，流端口33可具有比流端口35的直径更小的直径。在一些实施例中，流端口33可被构造成输出流端口，但这不是必需的。在其它实施例中，若需要的话，流端口33可以被构造成输入流端口，流端口35可以被构造成输出流端口。

如图6所示，流端口33和限流器39可以完全由底部保护盖37形成。也就是说，限流器39可由底部保护盖37在前侧、后侧、左侧和右侧限定。但是，所构想的是在其它实施例中，如果需要的话，限流器39可以部分地由底部保护盖37限定。

在一些实施例中，限流器39的开口41的形状可以是大体圆形的，如图6所示。但是所构想的是，如果需要的话，限流器39的开口41可以具有矩形、椭圆形或任何其它合适的形状。如图6所示，流端口33内的限流器39的开口41可以与流端口35内的开口具有不同的形状。例如，流端口35可具有大体方形的开口，而开口41可以是大体圆形的。但是所构想的是，如果需要的话，流端口35和33内的开口可以具有相同形状或不同形状。

图7和图8是底部保护盖37的流端口33以及用于形成流端口33的模具的截面图。如图7所示，模具可包括第一模具件52和第二模具件50。为了简明，仅仅显示了模具件50和52的形成流端口33和限流器39的部分。但是，可以理解的是，如果需要的话，模具件50和52可以被构造成形成底部保护盖37的其它部分。

如图7所示，模具件50和模具件52配合在一起以形成流端口33和限流器39。在一些实施例中，模具件50可以包括具有不同直径的一个或多个区域。如图所示，模具件50可包括具有不同和/或变化直径的第一部分51、第二部分54和第三部分53。第一部分51可具有第一恒定直径。第二部分54可具有比第一部分51小的第二恒定直径并设计为给限流器39的开口41提供期望的直径。第三部分53可具有从第一部分51的第一恒定直径到比第一部分51更小的直径逐渐减小的直径，但是其比第二恒定直径大。模具件52可以包括恒定直径部分和逐渐减小部分，以在限流器39以上形成流端口33的一部分。

如图8所示，模具件52可以包括被构造成接收和/或配合模具件50的部分54的开口56。因为在模制过程中模具件50的部分54与模具件52配合的方式，所形成的任何溢边47(例如，因为过多的材料挤在模具件50和52之间)可沿着所得到的限流器的轴线设置，而不是在限流器39的开口41的直径上，这可能由其它的模具构造或设计(例如，如图1所示的构造)导致。如图8的例子所示，溢边47(如果存在的话)可以形成在限流器39的上表面43上，具有等于或大于限流器39的直径的直径，和/或沿着大体平行于且远离限流器39的方向延伸。在该示例性实施例中，模具件50和52可以被构造成精确并准确地将开口41的直径的尺寸设置为所设计的直径开口，以提供在给定流速下通过流通道46的指定压力降。

虽然模具被描述为具有模具件54，其具有接收模具件50的部分54的至少一部分的开口56，但所构想的是，如果需要的话，模具件50可以包括接收模具件52的部分的开口。在该实施例中，溢边47可形成在限流器39的下表面(图5所示的下表面45)上。

图9和图10是用于测量流体流速的流系统60和80的剖面图。如图所示，如果需要的话，图4的流量传感器组件31可以与流系统60和80共同使用。在一些实施例中，流系统60和80可用在高容量流系统、中容量流系统或低容量流系统中。示例的流体流应用可包括但不限于医学应用(例如呼吸计、通风机、肺活量计、氧浓缩器、光谱测定、气相色谱分析、睡眠呼吸暂停机、喷雾器、麻醉输送机，等等)、飞行控制应用、工业应用(例如空气-燃料比、光谱测定、燃料电池、气体泄漏检测、煤气表、HVAC应用)、燃烧控制应用、天气监测应用，以及按需要的任何其它合适的流体流应用。

如图9和图10所示，流系统60和80可以包括限定用于接收流体流的主系统流通道68的壳体62。流量传感器组件31可以设置于流体通道46内，其可以称作旁路通道，平行于主系统流通道68。流量传感器组件31可以包括流量传感器42，例如如图3所示的热流量传感器。在操作时，流体可以流过主流通道68，流体的一部分流过旁路通道46，以使流量传感器42可以(例如间接地)测量流通道68内的流体的流速。旁路通道46可以经由龙头(tap)70和72与主流通道68流体地连接，龙头70和72与流端口35和33(图4所示)相连。在一些实施例中，旁路感测通道46内的流体的流速可以是流通道68内的流体的流速的一分数。

在一些实施例中，流系统60和80可以包括位于主流通道68内的限流器或层流元件(LFE)，例如LFE 66和LFE 82。LFE 66和82可以被构造成使流体流层流化和/或在旁路感测通道的压力入口70和出口72上产生压力降，这有助于流体流进入旁路通道44。LFE 66和82上的压力降可依赖于限流器的几何构造和压力龙头70和72的布置，并且可随着流速增加。进一步，当流体的流速增加时，在主流通道68内的流体可越来越变成湍流。LFE 66和82可以被构造成通过迫使流体流过一系列相间隔的孔64和84而使主流通道68内的流变直或层流化以减少流体流内的湍流。在一些实施例中，孔64和84可以是圆形的并且关于主流通道68的轴线同心地间隔。但是，也可以采用适于主流通道68的任意截面形状并且基本平行于主流通道68延伸的其它几何形状的孔。在一些实施例中，孔64和84可以具有统一重复图案，这些孔全部具有基本相同的液力直径，或者孔64和84可以具有部分重复图案，其中孔64和84与其他基本具有相同液力直径的孔关于轴线对称地对准。但是所构想的是，也可以按需要使用其它限流器或LFE。

在一些实施例中，如图9所示，LFE 66可以与主流通道68的壳体62一体形成或模制。而在其它实施例中，如图10所示，LFE 82可以单独形成并被插入主流通道68。例如，LFE 82可以是蜂窝限流器，但这不是必需的。被认为适于与图4的流量传感器组件31一起使用的一些示例性流系统构造和限流器(即，LFE)例如在美国专利6,655,207中公开。所构想的是，流系统60和80可以包括那里公开的任何特性。

使通过主流通道68的流体流层流化可以通过调整孔64和68的几何形状以减小雷诺数(Re)来实现，该雷诺数是与湍流有关的指数。雷诺数由下式给出：

Re＝ρ*V*d/μ

其中：ρ是流体密度；

V是流的平均速度；

d是特征距离(直径或液力半径)；并且

μ是粘度。

从该公式可以看出，流的平均速度和液力半径的直径由LFE 64和82的几何形状决定，并影响雷诺数和湍流。

LFE 64和82可以被构造成产生压力差以驱动流体流通过流量传感器组件31。由LFE 64或82产生的压力可以被设计为精确地平衡龙头70和72之间的压力降。LFE 66或82的质量流量压力降关系和传感器组件31的质量流量压力降关系之间的不平衡可导致流量传感器42的传感器信号的变化，这在一些应用中是不可接受的。传感器信号的宽的变化可导致信号极限(例如由于过多流量通过流量传感器组件31产生的饱和)或由于不足的流量通过流量传感器31而产生的具有不足分辨率的低信号。在任一种情况下，流量传感器42可能不精确地测量流过流系统60或80的流体的流速。通过精确地控制限流器39的几何形状，如上所述以及在一些实施例中，在LFE 66或82产生的任何给定压力差下均可实现精确的质量流速，实现对流量传感器42的精确控制。

虽然已经描述了本公开的几个示例性实施例，本领域技术人员将容易地意识到在本公开所附的权利要求书的范围内还有其它实施方式。可以理解的是，本公开在很多方面仅仅是示例性的。在不超出本公开的范围的情况下，细节方面可以做出改变，尤其是在形状、尺寸和部件的布置方面。当然，本公开的范围是由表达了所附权利要求书的文字来限定。

Claims

1.一种流量传感器壳体，包括：

壳体主体(37)，其包括入口流端口(33)和出口流端口(35)，所述壳体主体(37)限定在所述入口流端口(33)和所述出口流端口(35)之间延伸的流体通道(46)；

限流器(39)，其位于所述壳体主体(37)的流体通道(46)内并与所述流体通道(46)一体模制，所述限流器(39)被构造成在所述流体通道(46)内提供减小的直径以产生在给定流速下通过所述流体通道(46)的预定压力降；以及

溢边(47)，其与所述流体通道(46)内的限流器(39)一体形成，其中，所述溢边(47)位于所述限流器(39)的上游表面或下游表面上，其中，所述溢边(47)具有等于或大于所述限流器(39)的所述减小的直径的直径。

2.根据权利要求1的流量传感器组件，进一步包括：

暴露于所述流体通道(46)的流量传感器(42)，所述流量传感器(42)被构造成感测与流过所述流体通道(46)的流体的流速相关的量。

3.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，当所述限流器(39)位于所述流量传感器(42)的下游时，所述溢边(47)位于所述限流器(39)的上游表面上。

4.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，当所述限流器(39)位于所述流量传感器(42)的上游时，所述溢边(47)位于所述限流器(39)的下游表面上。

5.根据权利要求1的流量传感器组件，其中，所述溢边(47)具有大体环形形状并且从所述限流器(39)沿上游方向或下游方向延伸。

6.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，所述限流器(39)位于所述流量传感器(42)的下游，并且其中，当所述流量传感器组件运行时，流体流过所述入口流端口(33)，流过所述流量传感器(42)，流过所述限流器(39)，并流过所述出口流端口(35)。

7.根据权利要求2的流量传感器组件(31)，其中，所述限流器(39)位于所述流量传感器(42)的上游，并且其中，当所述流量传感器组件运行时，流体流过所述入口流端口(35)，流过所述限流器(39)，流过所述流量传感器(42)，并流过所述出口流端口(33)。

8.根据权利要求2的流量传感器组件，其中，所述流体通道(46)包括两个或更多个大约90°的弯曲，其中，第一弯曲位于所述入口流端口(33)和所述流量传感器(42)之间，第二弯曲位于所述流量传感器(42)和所述出口流端口(35)之间。

9.一种制造模制壳体构件(37)的方法，所述模制壳体构件(37)限定流量传感器组件的流体通道(46)的至少一部分，所述方法包括：

将两个配合的模具部件放在一起，所述两个配合的模具部件共同限定所述模制壳体构件(37)的所述流体通道(46)内的限流器(39)，其中，所述配合的模具部件被构造成将所述限流器处产生的任何溢边(47)定向成平行于通过所述限流器(39)的预期流动方向；

将材料注入所述配合的模具部件以模制所述模制壳体构件(37)；以及

将所述两个配合的模具部件分开以释放所述模制壳体构件(37)。

10.根据权利要求9的方法，其中，所述限流器(39)限定具有第一直径的第一开口，并且所述溢边(47)限定具有第二直径的第二开口，其中，所述第二直径等于或大于所述第一直径。

11.根据权利要求9的方法，其中，所述两个接合的模具部件包括：

第一模具部件(50)，其具有第一部分(51)和第二部分(54)，所述第二部分(54)相对所述第一部分(51)具有减小的直径以便形成所述限流器(39)；

第二模具部件(52)，其具有被构造成与所述第一模具部件(50)的第二部分(54)配合的开口。

12.一种流量传感器组件，包括：

第一壳体构件(40)；

第二壳体构件(37)，所述第二壳体构件(37)包括第一流端口(33)和第二流端口(35)，其中，所述第一壳体构件(40)和所述第二壳体构件(37)限定在所述第一流端口(33)和所述第二流端口(35)之间延伸的流体通道(46)；

流量传感器(42)，其位于所述第一壳体构件(40)和所述第二壳体构件(37)之间，邻近所述流体通道(46)，所述流量传感器(42)被构造成感测与流过所述流体通道(46)的流体的流速相关的量；以及

限流器(39)，其与所述第一流端口(33)一体模制且被构造成提供在给定流速下通过所述流体通道(46)的预定压力降，其中，所述限流器(39)完全由所述第二壳体构件(37)限定，以包括具有直径的开口(41)，其中，所述限流器(39)包括长度并具有大约4.0或更小的长度直径比。

13.根据权利要求12的流量传感器组件，进一步包括与所述流体通道(46)内的限流器(39)一体形成的溢边(47)，其中，所述溢边(47)定向成具有等于或大于所述限流器(39)的直径的直径。

14.根据权利要求13的流量传感器组件，其中，所述溢边(47)被构造成从所述限流器(39)沿平行于所述限流器(39)的方向延伸。