CN105319390A - 一种基于不倒翁原理的流速流向传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于不倒翁原理的流速流向传感器，是由不倒翁基底、高纵深比杆、平面电极、导电基座和电极引线组成，电极引线是由第一电极引线和第二电极引线构成，高纵深比杆与不倒翁基底装配成一体，形成不倒翁结构；不倒翁基底下半圆弧表面具有导电涂层，不倒翁基底置于导电基座上，导电基座上表面设置有八个平面电极，导电基座的八个平面电极各引出第一电极引线，导电基座引出第二电极引线。当有气体流过，高纵深比杆受到气流的摩擦力和阻力，使高纵深比杆相对导电基座发生偏转。此时不倒翁基底导电涂层与平面电极相接触形成回路，由于偏转角度不同，所形成电路通路的电阻不相同，偏角越大，电阻越大，从而实现对气体流速的检测。

Description

一种基于不倒翁原理的流速流向传感器
技术领域
本发明属于气体流速流向传感器技术领域，具体涉及一种气体流速流向传感器。
背景技术
精确测量气体的微流速流向具有十分重要的意义。例如精确测量流体的流速流向可以为监测大气环境提供必要的分析数据；保持飞船舱内的压力正常，需要对舱体进行检漏，精确检测出微小泄露流速可以有效的计算漏率和漏量，这对长期运行的载人飞船尤为重要；电子工业和精细化工工业中，要求精确控制流体以一定的流速注入，以保证工艺质量和产品性能的稳定。
目前，主要的气体流量检测方法有：机械式气体流量检测(包括膜式气体流量检测和涡轮式气体流量检测)、热线热膜式气体流量检测(HWA)(包括热线仪和基于微电子机械系统(MEMS)的热式气体质量流量检测)、超声和激光多谱勒流速流量检测方法等。但是以上方法在实际应用过程中还存在一定的问题：机械式检测精度低、装置易老化且受温度影响大；HWA式检测时必须对传感器芯片电加热，因而功耗大且不适用于易燃易爆气体的检测；超声和激光多谱勒流速流量检测设备复杂价格昂贵，一般在精密测量实验室或标定其它流速计时使用，并且激光多普勒不适宜测量净化间的微流速。所以，研究具有灵敏度高、经济性好、稳定性好、以及抗干扰强的微流量检测装置具有重要的学术意义和广阔的工程前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于不倒翁原理的流速流向传感器，其适用于各种气体流速流向(0～1m/s)的测量，其灵敏性高、测量精度高、体积小、重量轻、经济性好、并且易于批量生产。
本发明是由不倒翁基底、高纵深比杆、平面电极、导电基座和电极引线组成，电极引线是由第一电极引线和第二电极引线构成，高纵深比杆与不倒翁基底装配成一体，形成不倒翁结构；不倒翁基底下半圆弧表面具有导电涂层，不倒翁基底置于导电基座上，导电基座上表面设置有八个平面电极，导电基座的八个平面电极各引出第一电极引线，导电基座引出第二电极引线。
当有气体流过，高纵深比杆受到气流的摩擦力和阻力，使高纵深比杆相对导电基座发生偏转。此时不倒翁基底导电涂层与平面电极相接触形成回路，由于偏转角度不同，所形成电路通路的电阻不相同，偏角越大，电阻越大，从而实现对气体流速的检测。不同的偏转方向接触不同的平面电极从而确定流速的方向，平面电极的数目可以增加到尽可能多个，从而实现任意方向的检测。
所述的高纵深比杆表面通过蚀刻或喷涂的方法形成非光滑表面以增大与空气的接触力，其纵深比(长度与直径的比)为50～200；不倒翁基底由大密度材料制成，其下半部分部涂导电层；高纵深比杆由轻质刚度大的材料制成。平面电极由可以由普通的金属材料加工而成。
本发明的有益效果：
本发明的不倒翁结构摆动时与平面电极形成回路，以检测电阻变化为表征手段，从而使得其具有灵敏度高、工艺简单、经济性好，适合批量化生产。
附图说明
图1本发明的主视图。
图2本发明的俯视图。
图3本发明测量流速流向时的状态图。
图4本发明测量流速流向时的原理图。
其中：1—不倒翁基底；2—高纵深比杆；3—平面电极；4—导电基座；5—电极引线。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例是由不倒翁基底1、高纵深比杆2、平面电极3、导电基座4和电极引线5组成，电极引线5是由第一电极引线5a和第二电极引线5b构成，高纵深比杆1与不倒翁基底2装配成一体，形成不倒翁结构；不倒翁基底1下半圆弧表面具有导电涂层，不倒翁基底2置于导电基座4上，导电基座4上表面设置有八个平面电极，导电基座4的八个平面电极各引出第一电极引线5a，导电基座4引出第二电极引线5b。
所述的不倒翁基底1由大密度材料制成；所述的高纵深比杆2由轻质刚度大的材料制成。
本实施例的工作过程和原理：
如图3所示，当测试流速为V的气流时，气流与高纵深比杆2的相互作用力F带动不倒翁结构偏转，偏转角θ。同时，不倒翁结构受到重力的回复作用。以O1点为中心，不倒翁结构的力矩平衡方程为：
G·D＝F·H(1)
式(1)中，D和H分别是相对于O1点的力臂。调整高纵深比杆2的长度，以此改变纵深比，从而改变其流速检测范围。
如图4所示，当不倒翁结构受到流速激励而偏转角度θ时，不倒翁基底1与导电基座4的平面电极相接触形成电流回路。当偏转角增大时，不倒翁基底1与平面的电极接触点从N1变为N2，从而接入电路的电阻越大，电阻的大小变化即可量化流速大小。电阻大小与偏转角度的关系为R＝rθμ。其中R为电阻，r为不倒翁基底1的半径，μ为不倒翁基底1导电涂层的单位长度电阻，θ为偏转角度。不倒翁基底1与不同的平面电极相接触，从而实现流体方向的检测。

Claims (2)

1.一种基于不倒翁原理的流速流向传感器，其特征在于：是由不倒翁基底(1)、高纵深比杆(2)、平面电极(3)、导电基座(4)和电极引线(5)组成，电极引线(5)是由第一电极引线(5a)和第二电极引线(5b)构成，高纵深比杆(1)与不倒翁基底(2)装配成一体，形成不倒翁结构；不倒翁基底(1)下半圆弧表面具有导电涂层，不倒翁基底(2)置于导电基座(4)上，导电基座(4)上表面设置有八个平面电极，导电基座(4)的八个平面电极各引出第一电极引线(5a)，导电基座(4)引出第二电极引线(5b)。
2.根据权利要求1所述的一种基于不倒翁原理的流速流向传感器，其特征在于：所述的不倒翁基底(1)由大密度材料制成；所述的高纵深比杆(2)由轻质刚度大的材料制成。
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