CN106908107A - 具有高动态范围的流量传感组件 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种流量传感组件，其包括：本体部、集成到所述本体部内的第一流量传感器和第二流量传感器。所述本体部包括第一主流体通道、与第一主流体通道连通的第一旁路流体通道、位于第一主流体通道内的第二主流体通道、与第二主流体通道连通的第二旁路流体通道。第一流量传感器用于感应第一旁路通道内的流体的流量或流速得到第一测量值，第二流量传感器用于感应第二旁路通道内的流体的流量或流速得到第二测量值。结合两个或多个流量传感器的测量值得到流量传感组件的最终测量值，从而可以使得流量传感组件整体上获得非常高的动态范围。

Description

具有高动态范围的流量传感组件

【技术领域】

本发明涉及流量传感器领域，特别涉及具有高动态范围的流量传感组件。

【背景技术】

流量传感器通常用于感测流过流体通道的流体(例如气体或液体)的流量。这种流量传感器通常使用在广泛的应用中，例如医疗应用、飞行控制应用、工业过程应用、燃烧控制应用、天气监测应用以及许多其他应用。流量传感器通常通过精确度、可靠性和性能等参数评价。对于性能来讲，流量传感器可测量的动态范围越高，它的性能越好。然而，现有的流量传感器可测量的动态范围通常较低。

因此有必要提供一种新的解决方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种具有很高动态范围的流量传感组件。

根据本发明的目的，本发明提供一种流量传感组件，其包括：本体部，其包括：第一主流体通道，其包括第一主流体入口和第一主流体出口；第一旁路流体通道，其包括第一旁路流体入口和第一旁路流体出口，其中第一旁路流体入口在第一主流体入口下游的第一位置处与第一主流流体通道连通，第一旁路流体出口在第一主流体出口上游的第二位置处与第一主流流体通道连通；位于第一主流体通道内的第二主流体通道，其包括第二主流体入口和第二主流体出口，其中，第二主流体通道的横截面积小于第一主流体通道的横截面积；第二旁路流体通道，其包括第二旁路流体入口和第二旁路流体出口，其中第二旁路流体入口在第二主流体入口下游的第三位置处与第二主流流体通道连通，第二旁路流体出口在第二主流体出口上游的第四位置处与第二主流流体通道连通；暴露于第一旁路流体通道的第一流量传感器，其用于感应第一旁路通道内的流体的流量或流速得到第一测量值，其中第一旁路通道的流体的流量或流速与第一主流体通道的流量或流速相关；暴露于第二旁路流体通道的第二流量传感器，其用于感应第二旁路通道内的流体的流量或流速得到第二测量值，其中第二旁路通道的流体的流量或流速与第二主流体通道的流量或流速相关，第二主流体通道的流量或流速与第一主流体通道的流量或流速相关。

优选的，流量传感组件还包括：与第一流量传感器和第二传感器电性相连的处理器，其基于第一测量值和第二测量值得到最终测量值，该最终测量值具有较第一测量值和第二测量值更大的动态范围。

优选的，第一测量值能够反映第一主流体通道的流量或流速，第二测量值也能够反映第一主流体通道的流量或流速，第二流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围整体低于第一流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围，两者的测量范围之间有部分重叠，在第一主流体通道的流量或流速处于第一范围时，所述处理器基于第二流量传感器得到的第二测量值得到最终测量值，在第一主流体通道的流量或流速处于第二范围时，所述处理器基于第二测量值和/或第一测量值中更为精确的那个得到最终测量值，在第一主流体通道的流量或流速处于第三范围时，所述处理器基于第一测量值得到最终测量值，其中第三范围高于第二范围，第二范围高于第一范围。

优选的，流量传感组件还包括：形成于第一主流体通道内的第一阻流部，其位于第一旁路流体入口的下游和第一旁路流体出口的上游；和，形成于第二主流体通道内的第二阻流部，其位于第二旁路流体入口的下游和第二旁路流体出口的上游。第二位置位于第一位置的下游，第四位置位于第三位置的下游。第二主流体通道位于第一旁路流体入口的下游和第一旁路流体出口的上游。

优选的，所述本体部还包括支撑部，所述支撑部的一端固定连接于第一主流体通道的内壁，所述支撑部的另一端固定连接于第二主流体通道的外壁，基于所述支撑部的支撑，所述第二主流体通道悬置于所述第二主流体通道内。

优选的，所述流量传感组件还包括电路板，第一流量传感器和第二流量传感器固定于所述电路板上，所述本体部还包括：形成于所述第一主流体通道外壁上的凸块部，在所述凸块部上形成的空腔，该空腔与第一旁路流体通道和第二旁路流体通道连通，所述电路板容纳于所述空腔内，使得第一流量传感器暴露于第一旁路流体通道，第二流量传感器暴露于第二旁路流体通道。

与现有技术相比，本发明利用两个或多个流量传感器分别感应不同第一主流体通道的流体的流量或流速，结合两个或多个流量传感器的测量值得到流量传感组件的最终测量值，从而可以使得流量传感组件整体上获得非常高的动态范围。

【附图说明】

结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：

图1为本发明中的流量传感组件在一个实施例中的一个角度的立体示意图；

图2为图1中的流量传感组件的半剖立体示意图；和

图3为图1中的流量传感组件的另一个角度的立体示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种高动态范围的流量传感组件，其可以将两个或多个流量传感器集成到一个流体本体部内，利用两个或多个流量传感器分别感应不同第一主流体通道的流量或流速，结合两个或多个流量传感器的测量值得到流量传感组件的最终测量值，从而可以使得流量传感组件整体上获得非常高的动态范围。

图1为本发明中的流量传感组件100在一个实施例中的一个角度的立体示意图，图2为图1中的流量传感组件100的半剖立体示意图，图3为图1中的流量传感组件100的另一个角度的立体示意图。

如图1-3所示的，所述流量传感组件100包括本体部1，所述本体部1包括第一主流体通道10、第一旁路流体通道20、第二主流体通道30、第二旁路流体通道40、第一阻流部50和第二阻流部60。

第一主流体通道10包括第一主流体入口11和第一主流体出口12，流体可以从第一主流体入口11流入，再从第一主流体出口12流出。第一旁路流体通道20包括第一旁路流体入口21和第一旁路流体出口22，其中第一旁路流体入口21在第一主流体入口11下游的第一位置处与第一主流流体通道10连通，第一旁路流体出口21在第一主流体出口12上游的第二位置处与第一主流流体通道10连通，其中第二位置位于第一位置的下游。第一阻流部50形成于第一主流体通道10内的，其位于第一旁路流体入口21的下游和第一旁路流体出口22的上游。

第二主流体通道30位于第一主流体通道10内，并位于第一旁路流体入口21的下游和第一旁路流体出口22的上游。第二主流体通道30包括第二主流体入口31和第二主流体出口32。很显然，第二主流体通道30的横截面积小于第一主流体通道10的横截面积，流体可以从第二主流体入口31流入，再从第一主流体出口32流出，从第二主流体通道30流过的流体的流量较从第一主流体通道10流过的流体的流量要小很多。第二旁路流体通道40包括第二旁路流体入口41和第二旁路流体出口42，其中第二旁路流体入口41在第二主流体入口42下游的第三位置处与第二主流流体通道30连通，第二旁路流体出口42在第二主流体出口32上游的第四位置处与第二主流流体通道30连通，其中第四位置位于第三位置的下游。第二阻流部60形成于第二主流体通道30内的，其位于第二旁路流体入口41的下游和第二旁路流体出口42的上游。

流体通过第一主流体入口11进入第一主流体通道10，之后大部分流体经过所述第一主流体通道10流至第一主流体入口12出口，由于第一阻流部50的阻挡，如图2中的带箭头线路L1所示的，小部分流体通过第一旁路流体入口21进入第一旁路流体通道20，并通过第一旁路流体出口22再次流入第一主流体通道10。同样的，部分流体通过第二主流体入口21进入第二主流体通道20，之后该部分流体中的大部分流体经过所述第二主流体通道20流至第二主流体入口22出口，由于第二阻流部60的阻挡，如图2中的带箭头线路L2所示的，该部分流体中的小部分流体通过第二旁路流体入口41进入第二旁路流体通道40，并通过第二旁路流体出口42再次流入第二主流体通道20。

所述流量传感组件还包括暴露于第一旁路流体通道的第一流量传感器(未图示)、暴露于第二旁路流体通道的第二流量传感器(未图示)以及与第一流量传感器和第二传感器电性相连的处理器。第一流量传感器用于感应第一旁路通道内的流体的流量或流速得到第一测量值，其中第一旁路通道的流体的流量或流速与第一主流体通道的流量或流速相关，两者成函数关系，因此第一测量值能够反映第一主流体通道的流量或流速。第二流量传感器用于感应第二旁路通道内的流体的流量或流速得到第二测量值，其中第二旁路通道的流体的流量或流速与第二主流体通道的流量或流速相关，两者成函数关系；而第二主流体通道的流量或流速与第一主流体通道的流量或流速相关，两者成函数关系，因此第二测量值也能够反映第一主流体通道的流量或流速。所述处理器基于第一测量值和第二测量值得到最终测量值，该最终测量值具有较第一测量值和第二测量值更大的动态范围。

在一个优选的实施例中，第二流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围整体低于第一流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围，两者的测量范围之间有部分重叠。在第一主流体通道的流量或流速处于第一范围时，所述处理器基于第二流量传感器得到的第二测量值得到最终测量值，此时可能还未进入第一流量传感器的测量范围。在第一主流体通道的流量或流速处于第二范围时，所述处理器基于第二测量值和/或第一测量值中更为精确的那个得到最终测量值。在第一主流体通道的流量或流速处于第三范围时，所述处理器基于第一测量值得到最终测量值，此时可能已经超出了第二流量传感器的测量范围，其中第三范围高于第二范围，第二范围高于第一范围。可见，虽然第一流量传感器和第二流量传感器都只能提供较低的动态范围，而所述流量传感组件作为一个整体来说，其可以提供较第二流量传感器和第二流量传感器高得多的动态范围，其中动态范围是指可测量的最大值与可测量的最小值的比值。

在一个示例中，第一流量传感器的动态范围为A，第一流量传感器的动态范围为B，所述流量传感组件的动态范围C，那么动态范围C的理论极限值可以到A*B，然而实际应用时，需要让两个流量传感器的测量范围之间有部分重叠，并且考虑到精确度和应用需求等，动态范围C设置的会小于A*B。优选的，两个流量传感器可以是同样的，具有同样的动态范围。实际上，单独的流量传感器的动态范围通常都很小，扩展其动态范围非常困难，而本发明中的流量传感组件则可以提供对于单个流量传感器来讲不可思议的大的动态范围。

在一个示例中，第一流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围可以是80sccm-8000sccm,其中，sccm为标准毫升/分钟，其动态范围为8000sccm:80sccm＝100:1；第二流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围可以是1sccm-100sccm，其动态范围为100sccm:1sccm＝100:1；那么，所述流量传感组件作为一个整体，其测量范围可以扩展到1sccm-8000sccm，其动态范围可以扩展到8000sccm：1sccm＝8000:1。在实际应用中，直接设计动态范围达到8000:1的流量传感器是几乎无法实现的，而本发明通过集成两个流量传感器至一个本体内，可以轻松实现如此高的动态范围。

在一个实施例中，第一流量传感器和第二流量传感器均可以为MEMS热式流量传感器。

在一个实施例中，所述本体部1还包括支撑部70，所述支撑部70的一端固定连接于第一主流体通道20的内壁，所述支撑部70的另一端固定连接于第二主流体通道30的外壁，基于所述支撑部70的支撑，所述第二主流体通道30悬置于所述第一主流体通道内。

在一个实施例中，第一阻流部50位于第一主流体通道10的内壁和第二主流体通道30的外壁之间，第一阻流部50包括环绕第一主流体通道的一个或多个第一阻流板，第一阻流板固定连接于支撑部70上。第二阻流部60包括环绕第二主流体通道30的中心的一个或多个第二阻流板。在其他改变的实施例中，第一阻流部50和第二阻流部60可以为其他结构，只要能够起到阻流效果即可。

优选的，第一主流体通道10的横截面的中心与第二主流体通道30的横截面的中心重合。第一主流体通道10的横截面与第二主流体通道30的横截面为圆形，从而更利于制造以及流体的通过。在其他的改变的实施例中，第一主流体通道10的横截面和第二主流体通道30的横截面也可以是其他形状，第一主流体通道10的横截面的中心与第二主流体通道30的横截面的中心也可以不重合。

在图1-3所示的实施例中，第二主流体通道30位于第一旁路流体入口21的下游和第一旁路流体出口22的上游，在其他改变的实施例中，第二主流体通道30也可以位于第一主流体通道10的其他位置，比如位于第一旁路流体入口21的上游，或者位于第一旁路流体出口22的下游。

如图1-3所示的，所述本体部1还包括：形成于所述第一主流体通道10外壁上的凸块部80，在所述凸块部80上形成的空腔81，该空腔81与第一旁路流体通道20和第二旁路流体通道40连通，电路板容纳于所述空腔内，使得第一流量传感器暴露于第一旁路流体通道，第二流量传感器暴露于第二旁路流体通道。所述流量传感组件还包括电路板(未图示)，第一流量传感器和第二流量传感器固定于所述电路板上，所述电路板容纳于所述空腔内，使得第一流量传感器暴露于第一旁路流体通道20，第二流量传感器暴露于第二旁路流体通道40。

图1-3只是示例性的示意出了以两个流量传感器集成于同一个本体部上去感应两个旁路流体通道内的流体的流量或流速为例进行介绍，实际上，还可以设置三个、四个或更多个流量传感器。

在一个优选的实施例中，第一流量传感器设置于第一旁路流体通道中的正中间，第一阻流部50设置于第一主流体通道10内的中间，第二流量传感器设置于第二旁路流体通道中的正中间，第二阻流部60设置于第二主流体通道30内的中间，此时该流量传感组件可以作为一个双向流量传感组件，既可以感应流体的第一主流体通道的一个端口至另一个端口的流量或流速，还可以感应流体的第一主流体通道的该另一个端口至该一个端口的流量或流速。在另一个优选的实施例中，第一流量传感器设置于第一旁路流体通道中靠近第一旁路流体出口的位置，第二流量传感器设置于第二旁路流体通道中靠近第二旁路流体出口的位置，此时该流量传感组件可以作为一个单向流量传感组件，只能感应流体从第一主流体通道的第一主流体入口至第一主流体出口的流量或流速。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于所述具体实施方式。

Claims (11)

1.一种流量传感组件，其特征在于，其包括：

本体部，其包括：

第一主流体通道，其包括第一主流体入口和第一主流体出口；

第一旁路流体通道，其包括第一旁路流体入口和第一旁路流体出口，其中第一旁路流体入口在第一主流体入口下游的第一位置处与第一主流流体通道连通，第一旁路流体出口在第一主流体出口上游的第二位置处与第一主流流体通道连通；

位于第一主流体通道内的第二主流体通道，其包括第二主流体入口和第二主流体出口，其中，第二主流体通道的横截面积小于第一主流体通道的横截面积；

第二旁路流体通道，其包括第二旁路流体入口和第二旁路流体出口，其中第二旁路流体入口在第二主流体入口下游的第三位置处与第二主流流体通道连通，第二旁路流体出口在第二主流体出口上游的第四位置处与第二主流流体通道连通；

暴露于第一旁路流体通道的第一流量传感器，其用于感应第一旁路通道内的流体的流量或流速得到第一测量值，其中第一旁路通道的流体的流量或流速与第一主流体通道的流量或流速相关；

暴露于第二旁路流体通道的第二流量传感器，其用于感应第二旁路通道内的流体的流量或流速得到第二测量值，其中第二旁路通道的流体的流量或流速与第二主流体通道的流量或流速相关，第二主流体通道的流量或流速与第一主流体通道的流量或流速相关。

2.根据权利要求1所述的流量传感组件，其特征在于，其还包括：

与第一流量传感器和第二传感器电性相连的处理器，其基于第一测量值和第二测量值得到最终测量值，该最终测量值具有较第一测量值和第二测量值更大的动态范围。

3.根据权利要求2所述的流量传感组件，其特征在于，

第一测量值能够反映第一主流体通道的流量或流速，第二测量值也能够反映第一主流体通道的流量或流速，第二流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围整体低于第一流量传感器的反映第一主流体通道的流量或流速的测量范围，两者的测量范围之间有部分重叠，

在第一主流体通道的流量或流速处于第一范围时，所述处理器基于第二流量传感器得到的第二测量值得到最终测量值，

在第一主流体通道的流量或流速处于第二范围时，所述处理器基于第二测量值和/或第一测量值中更为精确的那个得到最终测量值，

在第一主流体通道的流量或流速处于第三范围时，所述处理器基于第一测量值得到最终测量值，

其中第三范围高于第二范围，第二范围高于第一范围。

4.根据权利要求1所述的流量传感组件，其特征在于，其还包括：

形成于第一主流体通道内的第一阻流部，其位于第一旁路流体入口的下游和第一旁路流体出口的上游；和

形成于第二主流体通道内的第二阻流部，其位于第二旁路流体入口的下游和第二旁路流体出口的上游。

5.根据权利要求1所述的流量传感组件，其特征在于，第二位置位于第一位置的下游，第四位置位于第三位置的下游。

6.根据权利要求1所述的流量传感组件，其特征在于，第二主流体通道位于第一旁路流体入口的下游和第一旁路流体出口的上游。

7.根据权利要求1-6任一所述的流量传感组件，其特征在于，

所述本体部还包括支撑部，所述支撑部的一端固定连接于第一主流体通道的内壁，所述支撑部的另一端固定连接于第二主流体通道的外壁，基于所述支撑部的支撑，所述第二主流体通道悬置于所述第二主流体通道内。

8.根据权利要求7所述的流量传感组件，其特征在于，

第一阻流部位于第一主流体通道的内壁和第二主流体通道的外壁之间，第一阻流部包括环绕第一主流体通道的一个或多个第一阻流板，所述第一阻流板固定连接于所述支撑部上；

第二阻流部包括环绕第二主流体通道的中心的一个或多个第二阻流板，第二旁路流体通道穿过所述支撑部。

9.根据权利要求1-6任一所述的流量传感组件，其特征在于，其还包括电路板，第一流量传感器和第二流量传感器固定于所述电路板上，

所述本体部还包括：形成于所述第一主流体通道外壁上的凸块部，在所述凸块部上形成的空腔，该空腔与第一旁路流体通道和第二旁路流体通道连通，所述电路板容纳于所述空腔内，使得第一流量传感器暴露于第一旁路流体通道，第二流量传感器暴露于第二旁路流体通道。

10.根据权利要求1-6任一所述的流量传感组件，其特征在于，

第一主流体通道的横截面的中心与第二主流体通道的横截面的中心重合，第一主流体通道的横截面与第二主流体通道的横截面为圆形。

11.根据权利要求1-6任一所述的流量传感组件，其特征在于，第一流量传感器和第二流量传感器均为MEMS热式流量传感器。