CN103644948A - 一种空气质量流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气质量流量计，包括有由绝缘的塑料制成的管道，在该管道中形成有气流通道，该气流通道安装有传感器且设有电耗散区域，传感器设有一传感器芯片，所述传感器芯片构造为微机电系统并且具有传感元件、电子分析电路以及电子振荡器；通过在管道中布置展开的导流元件，由于振荡器与传感元件布置在第二区域中，因而其不会受到由于热引起的材料应力的影响，可以实现对管道中流动的气体质量的准确测量且成本低廉、坚固耐用而且使用寿命长。通过在管道上设有设有电耗散区域，使得污染物颗粒由此不再沉积在传感元件上。如此使得该传感元件具有特别好的传感特性，可利用该传感元件十分准确且迅速地检测所流过的空气质量流量。

Description

一种空气质量流量计

技术领域

本发明涉及计量仪器技术领域，尤其是指一种空气质量流量计。

背景技术

热式空气流量计传感器部分主要有恒温差式和热分布式两种方法。图1 为传统的恒温差工作方式的空气流量传感器电路，图中Rh 为发热电阻，Rk 为测温电阻。在恒温差式方式工作下，运算放大器检测惠斯登电桥的不平衡输出，并将不平衡输出通过三极管反馈到桥路。在电桥平衡条件下，发热电阻Rh 高于测温电阻Rk 一个固定值，因而发热电阻Rh高于环境温度一个固定温差，故称恒温差方式。当空气流过电阻Rh 时，将带走一部分热量，传感器为维持恒定的温度就必须提供比静止空气下更多能量，以维持恒定的温差。Rh1 两端的电压或桥压都是流量的单调上升函数。

目前，公知的汽车空气质量传感器电桥激励是用三极管作为功率控制器件，使用这种激励方法会使三极管发热严重，由于汽车空气质量流量计的工作环境及结构决定了它不易散热，因而会使整个电路板温度升高，由此带来两方面的问题：1. 汽车空气流量计要求的环境温度为-40 到120℃，过高的温升将对电路板上的各种器件等级提出更加苛刻的要求，大大增加元器件成本；2. 过高的温升使电路器件的稳漂影响增加，从而降低流量测量的稳定性和准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种精准的空气质量流量计。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种空气质量流量计，包括有由绝缘的塑料制成的管道，在该管道中形成有气流通道，该气流通道安装有传感器且设有电耗散区域，传感器设有一传感器芯片，所述传感器芯片构造为微机电系统并且具有传感元件、电子分析电路以及电子振荡器，并且其中，利用胶粘剂将所述传感器芯片固定在支承元件上，所述传感器芯片被分为第一区域和第二区域，其中，仅在所述第一区域中利用所述胶粘剂实现将所述传感器芯片固定在所述支承元件上，并且，所述传感元件和所述振荡器布置在所述第二区域中；所述传感器用于测量在所述管道中以一个流速在主流动方向上流动的气体量，其中所述传感器在所述管道中沿主流动方向延伸，并且所述传感器的始端限定了垂直于所述主流动方向的第一平面，而所述传感器的末端限定了垂直于所述主流动方向的第二平面，并且其中所述传感器具有气流通道，所述气流通道容纳一部分在所述管道中流动的气体量并引导所述气体量通过测量元件，在所述管道中布置有展开的导流元件，所述导流元件平行于所述主流动方向指向，使得所述气体量冲向所述导流元件的端面，并且使得所述气体量沿着所述导流元件的壁区域流过，其中所述导流元件的所述壁区域至少部分地在所述第一平面和所述第二平面之间延伸，在所述管道中的流速较小时，所述导流元件能够相对于所述管道中的流速增加在传感器区域内的所述气体量的流速，并且在管道中的气体量的流速较大时，在所述传感器的区域内的气体量的流速相对于所述流速而更低程度地增加。

作为一种优选方案，所述支承元件设计为冲压板件。

作为一种优选方案，所述传感元件设计为薄膜。

作为一种优选方案，在所述薄膜上设计有第一温度传感器和第二温度传感器以及加热元件。

作为一种优选方案，所述导流元件设计为水滴状。

作为一种优选方案，所述导流元件设计为翼形。

作为一种优选方案，所述管道和所述导流元件设计为一体构件。

作为一种优选方案，所述电耗散区域由具有能导电的聚合物的塑料或具有导电纤维的塑料或具有导电墨黑的塑料构成。

作为一种优选方案，所述气流通道的电耗散区域与固定电位电连接，所述固定电位是传感器质量体。

作为一种优选方案，所述管体具有管体基体和管体盖，所述气流通道的电耗散区形成在所述管体基体中和所述管体基体上，所述气流通道的电耗散区域形成在所述管体盖中和所述管体盖上。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，通过在管道中布置展开的导流元件，该导流元件平行于主流动方向指向，使得气体量冲向导流元件的端面，并且使气体量沿着导流元件的壁区域流过，其中导流元件的壁区域至少部分地在第一和第二平面之间延伸，在管道中的流速较小时，导流元件能够相对于管道中的流速增加在传感器模块的区域内的气体量的流速，并且在管道中的气体量流速较大时，在传感器模块的区域内相对于流速而更低程度地增加，通过这种方法，可以实现对管道中流动的气体质量的准确测量。该导流元件设计成气体动力学的，能够通过涡流克制气流的扰动并保证精确测量。将导流元件制成水滴状或翼状也可以实现这些优点。在本发明的另外的改进方案中，导流元件可以使管道横截面减小10% 至50%。这可以使传感器模块处的压力增大，从而能够特别稳定并且准确地测出空气质量流量。在一个设计方案中，管道和导流元件设计为一体构件。这种方式使空气质量流量计成本低廉、坚固耐用而且使用寿命长。

本发明采用的传感器芯片被分为第一区域和第二区域，其中，仅在第一区域中利用胶粘剂实现将传感器芯片固定在支承元件上，传感元件和振荡器布置在第二区域中。传感器芯片与支承元件的粘合导致出现第一区域，在该第一区域中可能会由于热的作用而出现极大的材料负荷。支承元件与传感器芯片的材料的不同的热膨胀系数会导致材料应力，该材料应力尤其会作用于特定的电子电路上。由于振荡器与传感元件布置在第二区域中，因而其不会受到由于热引起的材料应力的影响。因此，振荡器特别稳定地工作，从而为数据处理提供了高质量的时间标准。传感元件也同样由于其无应力的布置而受到保护以防止机械负荷，这就提高了其使用寿命，并且另一方面也能够实现对质量流量的特别准确的测量。

通过在管道上设有设有电耗散区域，有效防止了气流中存在带电的污染物颗粒受到传感元件的带电平面吸引，从而沉积在这些带电的平面上。通过传感元件的带电平面上的高度绝缘的钝化层阻止了污染物颗粒的放电的情况。该电耗散区域使得带电的污染物颗粒在到达气流通道的静电耗散部分中的以微系统技术制造的传感元件之前被放电，污染物颗粒的电荷载体容易被引走电荷并且由此实现污染物颗粒的简单的中性化。这些污染物颗粒由此不再沉积在传感元件上。如此使得该传感元件具有特别好的传感特性，可利用该传感元件十分准确且迅速地检测所流过的空气质量流量。

 

附图说明

图1是本发明之较佳实施例中的示意图；

1、管道

2、气流通道

10、传感器

20、电耗散区域

具体实施方式

请参照图1所示，一种空气质量流量计，包括有由绝缘的塑料制成的管道1，在该管道1中形成有气流通道2，该气流通道2安装有传感器10且设有电耗散区域20。

该传感器10设有一传感器芯片，所述传感器芯片构造为微机电系统并且具有传感元件、电子分析电路以及电子振荡器，该传感器芯片通过胶粘剂固定在支承元件上，该支承元件设计为冲压板件。所述传感器芯片被分为第一区域和第二区域，其中，仅在所述第一区域中利用所述胶粘剂实现将所述传感器芯片固定在所述支承元件上，所述传感元件和所述振荡器布置在所述第二区域中；所述传感器10用于测量在所述管道中以一个流速在主流动方向上流动的气体量，其中所述传感器10在所述管道1中沿主流动方向延伸，并且所述传感器10的始端限定了垂直于所述主流动方向的第一平面，而所述传感器10的末端限定了垂直于所述主流动方向的第二平面，并且其中所述传感器10具有气流通道，所述气流通道2容纳一部分在所述管道中流动的气体量并引导所述气体量通过测量元件在所述管道1中布置有展开的导流元件，所述导流元件平行于所述主流动方向指向，使得所述气体量冲向所述导流元件的端面，并且使得所述气体量沿着所述导流元件的壁区域流过，其中所述导流元件的所述壁区域至少部分地在所述第一平面和所述第二平面之间延伸，在所述管道中的流速较小时，所述导流元件能够相对于所述管道中的流速增加在传感器区域内的所述气体量的流速，并且在管道中的气体量的流速较大时，在所述传感器的区域内的气体量的流速相对于所述流速而更低程度地增加。

该传感元件设计为薄膜，在所述薄膜上设计有第一温度传感器和第二温度传感器以及加热元件。

该导流元件设计为水滴状或翼形，可以根据需要选择不一样的导流元件。

该导流元件和所述管道设计为一体构件，一体成型连接。

该电耗散区域由具有能导电的聚合物的塑料或具有导电纤维的塑料或具有导电墨黑的塑料构成。

该气流通道的电耗散区域与固定电位电连接，所述固定电位是传感器质量体。该管体具有管体基体和管体盖，所述气流通道的电耗散区形成在所述管体基体中和所述管体基体上，所述气流通道的电耗散区域形成在所述管体盖中和所述管体盖上。

本发明的设计重点在于：通过在管道中布置展开的导流元件，该导流元件平行于主流动方向指向，使得气体量冲向导流元件的端面，并且使气体量沿着导流元件的壁区域流过，其中导流元件的壁区域至少部分地在第一和第二平面之间延伸，在管道中的流速较小时，导流元件能够相对于管道中的流速增加在传感器模块的区域内的气体量的流速，并且在管道中的气体量流速较大时，在传感器模块的区域内相对于流速而更低程度地增加，通过这种方法，可以实现对管道中流动的气体质量的准确测量。该导流元件设计成气体动力学的，能够通过涡流克制气流的扰动并保证精确测量。将导流元件制成水滴状或翼状也可以实现这些优点。在本发明的另外的改进方案中，导流元件可以使管道横截面减小10% 至50%。这可以使传感器模块处的压力增大，从而能够特别稳定并且准确地测出空气质量流量。在一个设计方案中，管道和导流元件设计为一体构件。这种方式使空气质量流量计成本低廉、坚固耐用而且使用寿命长。

本发明采用的传感器芯片被分为第一区域和第二区域，其中，仅在第一区域中利用胶粘剂实现将传感器芯片固定在支承元件上，传感元件和振荡器布置在第二区域中。传感器芯片与支承元件的粘合导致出现第一区域，在该第一区域中可能会由于热的作用而出现极大的材料负荷。支承元件与传感器芯片的材料的不同的热膨胀系数会导致材料应力，该材料应力尤其会作用于特定的电子电路上。由于振荡器与传感元件布置在第二区域中，因而其不会受到由于热引起的材料应力的影响。因此，振荡器特别稳定地工作，从而为数据处理提供了高质量的时间标准。传感元件也同样由于其无应力的布置而受到保护以防止机械负荷，这就提高了其使用寿命，并且另一方面也能够实现对质量流量的特别准确的测量。

通过在管道上设有设有电耗散区域，有效防止了气流中存在带电的污染物颗粒受到传感元件的带电平面吸引，从而沉积在这些带电的平面上。通过传感元件的带电平面上的高度绝缘的钝化层阻止了污染物颗粒的放电的情况。该电耗散区域使得带电的污染物颗粒在到达气流通道的静电耗散部分中的以微系统技术制造的传感元件之前被放电，污染物颗粒的电荷载体容易被引走电荷并且由此实现污染物颗粒的简单的中性化。这些污染物颗粒由此不再沉积在传感元件上。如此使得该传感元件具有特别好的传感特性，可利用该传感元件十分准确且迅速地检测所流过的空气质量流量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种空气质量流量计，其特征在于：包括有由绝缘的塑料制成的管道，在该管道中形成有气流通道，该气流通道安装有传感器且设有电耗散区域，传感器设有一传感器芯片，所述传感器芯片构造为微机电系统并且具有传感元件、电子分析电路以及电子振荡器，并且其中，利用胶粘剂将所述传感器芯片固定在支承元件上，所述传感器芯片被分为第一区域和第二区域，其中，仅在所述第一区域中利用所述胶粘剂实现将所述传感器芯片固定在所述支承元件上，并且，所述传感元件和所述振荡器布置在所述第二区域中；所述传感器用于测量在所述管道中以一个流速在主流动方向上流动的气体量，其中所述传感器在所述管道中沿主流动方向延伸，并且所述传感器的始端限定了垂直于所述主流动方向的第一平面，而所述传感器的末端限定了垂直于所述主流动方向的第二平面，并且其中所述传感器具有气流通道，所述气流通道容纳一部分在所述管道中流动的气体量并引导所述气体量通过测量元件，在所述管道中布置有展开的导流元件，所述导流元件平行于所述主流动方向指向，使得所述气体量冲向所述导流元件的端面，并且使得所述气体量沿着所述导流元件的壁区域流过，其中所述导流元件的所述壁区域至少部分地在所述第一平面和所述第二平面之间延伸，在所述管道中的流速较小时，所述导流元件能够相对于所述管道中的流速增加在传感器区域内的所述气体量的流速，并且在管道中的气体量的流速较大时，在所述传感器的区域内的气体量的流速相对于所述流速而更低程度地增加。

2.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述支承元件设计为冲压板件。

3.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述传感元件设计为薄膜。

4.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：在所述薄膜上设计有第一温度传感器和第二温度传感器以及加热元件。

5.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述导流元件设计为水滴状。

6.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述导流元件设计为翼形。

7.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述管道和所述导流元件设计为一体构件。

8.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述电耗散区域由具有能导电的聚合物的塑料或具有导电纤维的塑料或具有导电墨黑的塑料构成。

9.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述气流通道的电耗散区域与固定电位电连接，所述固定电位是传感器质量体。

10.根据权利要求1所述一种空气质量流量计，其特征在于：所述管体具有管体基体和管体盖，所述气流通道的电耗散区形成在所述管体基体中和所述管体基体上，所述气流通道的电耗散区域形成在所述管体盖中和所述管体盖上。