CN108627208B - 具有热膜风速计的流量传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有热膜风速计的流量传感器。流量传感器包括具有管壁的管，该管壁具有位于其中的窗。导热基座覆盖所述窗并且使热膜风速计流量传感器的加热器以及传感器安置至此。所述基座相对于所述窗密封以防止流体在正常操作压力下通过所述窗从所述流路泄漏。所述热膜风速计流量传感器用于测量流经管的流体。

Description

具有热膜风速计的流量传感器
技术领域
本发明涉及一种流量传感器，并且尤其涉及这样一种流量传感器，该流量传感器包括管以及单独形成的基座，该单独形成的基座可安装在位于管中的窗中并且可连接至热膜风速计传感器。
背景技术
美国专利6,655,207公开了一种流量模块，其包括定位在旁路感测通道中的流量传感器。该流量传感器并不与流过模块的主流通道的流体直接连通。
发明内容
在一个实施方式中，本发明提供一种流量传感器，该流量传感器包括：管，该管具有围绕流路的管壁，所述流路用于平行于所述管的纵轴线的流体流动；窗，该窗贯通所述管壁与所述流路连通；导热基座，该导热基座覆盖所述窗并具有面向所述流路的面向内的表面以及背对所述流路的面向外的表面；密封件，该密封件位于所述基座与所述管壁之间以抵抗流体通过所述窗从所述流路泄漏；以及热膜风速计流量传感器，该热膜风速计流量传感器连接至所述基座的所述面向外的表面以检测经过所述流路的流速。
通过考虑详细的描述以及附图，本发明的其他方面会变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的流量传感器的实施方式的立体图。
图2是流量传感器的分解图。
图3是沿图1中的线3-3剖切的传感器的剖面图。
图4是沿图1中的线4-4剖切的传感器的剖面图。
图5是流量传感器的管的立体图。
图6是管的侧视图。
图7是流量传感器的基座以及热膜风速计传感器的部分的立体图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式之前，要理解，本发明不限于其关于构建的细节的应用并且不限于下面的描述中阐明的或者下面的图中示出的部件的配置。本发明可以是其他实施方式并且能够以多种方式实施或者执行。
图1至图4示出了流量传感器组件100，该流量传感器组件能够例如与水处理单元一起使用以确定入口与出口处的流速以及流量。流量传感器组件100包括管110、基座120、热膜风速计130、密封组件140以及安置组件150。
另外参照图5至图6，管110是长形构件，该长形构件具有管壁210以及限定纵轴线230的内部流路220。为了供参考，利用术语“侧面”以及“宽度”指称大体垂直于纵轴线230的元件、方向以及尺寸并且利用术语“端部”以及“长度”指称平行于纵轴线230的那些元件、方向以及尺寸。管壁210以及流路220在垂直于纵轴线230的截面中大体是圆筒形的或者圆形的(例如图4)。
管110包括位于管壁210中的纵向延伸的窗240以及位于窗240的相对两侧上的一对凸缘250。窗240包括凹陷到管壁210中的框架260以及被框架260围绕的开口270。开口270与流路220连通。框架260包括沿开口270的侧面的相对平坦的薄侧部280以及位于开口270的相对两端处的倾斜端部290。倾斜端部290从开口270的端部向上至管110的外表面成角度。如图3中所示，倾斜端部290相对于纵轴线230的角度α如所示约为22度，12度至32度范围内的任一角度都应适于此应用。如下文将更详细地描述的，用于与密封组件140一起使用的连续底座295形成在框架260的侧部280与倾斜端部290中。
现在参照图7，基座120是一片非常薄(例如，不厚于约0.004英寸)的诸如钢之类的导热材料并且被接纳在窗240中。基座120沿纵向方向延伸。基座120的面向流路220的表面被称作面向内的表面330并且相对的表面(背对流路220)被称作面向外的表面340。基座120的厚度指的是面向内的表面330与面向外的表面340之间的距离。基座120包括中部节段350以及位于中部节段350的各个端部处的有角度的端部节段360。中部节段350与有角度的端部节段360都是平坦的或者平面的，有角度的端部节段360相对于中部节段350以角度α(即，以倾斜端部290的大约同样的角度α)延伸。面向内的表面330与面向外的表面340在各个节段350、360中相互平行。
基座120包括在窗240的框架260上延伸的外围或者周界370，中部节段350的周界370被框架260的侧部280支撑并且有角度的端部节段360的周界370被框架260的倾斜端部290支撑。基座120的中部节段350覆盖窗240的开口270，面向内的表面330暴露至(即，直接接触)流路220中的流体。参照图4，中部节段350截断流路220的圆形截面并且看起来像横截面图中的弦。中部节段350也可被称作传感器安置节段，因为热膜风速计130的部件安置至该中部节段。
参照图1至图4以及图7，热膜风速计130包括加热器420、传感器430、控制器440以及将控制器440连接至加热器420以及传感器430的导线450。加热器420与传感器430通过使气囊或者任何其他热绝缘体最少化或者消除气囊或者任何其他热绝缘体的诸如精密软焊或者硬焊之类的导热手段固定至基座120的中部节段350。加热器420在关于流路220中的流体的期望流动方向460(图3)的纵向方向上位于传感器430的上游。加热器420产生如由控制器440确定的精确量的热，这些热通过借助基座120的中部节段350传导而传递至流路220中的流体。传感器430检测流路220中的流体的通过借助基座120传导的温度，并将温度信息提供至控制器440。控制器440计算流体流速，作为加热器420产生的热、传感器430检测到的热、加热器420与传感器430之间的距离、基座120的热导率以及厚度、流路220中的流体的性能以及其他因素的函数。如果提供流路220的尺寸，则控制器440也可计算流体的流量。在所示实施方式中，控制器440借助导线450与加热器420以及传感器430通信，但在其他实施方式中可使用无线通信。
主要参照图2，密封组件140包括密封件520(例如，垫圈、O形环或者其他类型的密封件)、夹紧块530以及夹固板540。密封件520定位在位于框架260中的底座295中并因此围绕开口270。夹紧块530包括中心部550以及倾斜端部560，中心部550与倾斜端部560大致遵循基座120的有角度的端部节段360以及中部节段350的面向外的表面340的形状。夹紧块530与夹固板540分别包括对准的通孔570、580，热膜风速计130的导线450延伸穿过通孔570、580。
在组装过程中，基座120定位在窗240中，其周界370与密封件520接触，并且夹紧块530在基座120的顶部上插入窗240中，导线450延伸穿过位于夹紧块530中的通孔570。然后，夹固板540借助紧固件安置至管110上的凸缘250，导线450延伸穿过通孔580。凸缘250、夹紧块530以及夹固板540被设计尺寸并构造成当夹固板540固定至凸缘250时夹固板540接触夹紧块530的顶部。夹固板540向夹紧块530施加径向(即，大体朝向纵轴线230)夹紧力，夹紧块530夹紧基座120使之抵靠框架260。密封件520被夹在基座120的周界370与框架260之间以创建基座120与管110之间的防水密封。取决于该密封件如何构造以及具体应用的需求，防水密封可被认为高达100psi、200psi、300psi或者400psi。防水密封防止流体从流路220通过窗240泄漏。
安置组件150可包括安置板620，该安置板借助紧固件固定至夹固板540的侧面。另选地，安置板620可以与夹固板540形成一体。在使用流量传感器组件100的情况下，安置板620可以固定至便利的安置位置。
应注意，基座120能够由薄片材料相对容易地形成，能在相对简单的一步或者多步形成过程中形成基座。管110的形成过程(例如，注塑成型)中可包括窗240。因此，本发明提供这样一种制造方法，该制造方法包括利用相对简单但可靠的过程单独生产基座120与管110并稍后将基座120安装到窗240中。与机加工、改装或者其他后处理由导热材料制成的管壁的一部分以提供与导热管壁一体化形成的传感器安置节段相比，这是有益的。管壁的这样的后处理与本发明相比可能费时、复杂并且不怎么可靠，当需要或者期望传感器安置节段非常薄、平坦时尤为如此。本发明还有益，因为假如形成在管110中的窗240大小一致则相同的基座120与密封组件140能用在不同尺寸的管110上。
因此，除了其他方面以外，本发明提供安置在设置于管壁中的窗中的流量传感器使得传感器暴露至流经管中的流路的流体。所附权利要求中阐明了本发明的各种特征以及优势。

Claims (8)

1.一种流量传感器，该流量传感器包括：
管，该管具有围绕流路的管壁，所述流路用于平行于所述管的纵轴线的流体流动；
窗，该窗贯通所述管壁与所述流路连通；
导热基座，该导热基座覆盖所述窗并具有面向所述流路的面向内的表面以及背对所述流路的面向外的表面；
密封件，该密封件位于所述基座与所述管壁之间，以防止流体通过所述窗从所述流路泄漏；以及
热膜风速计流量传感器，该热膜风速计流量传感器连接至所述基座的所述面向外的表面，以检测经过所述流路的流速。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，其中，所述窗包括开口以及围绕所述开口的框架，所述框架凹陷到所述管壁中。
3.根据权利要求2所述的流量传感器，其中，
所述基座包括周界；
所述基座被设计尺寸以覆盖所述开口，所述周界在所述框架上延伸；并且
位于所述基座与所述管壁之间的所述密封件位于所述周界与所述框架之间。
4.根据权利要求3所述的流量传感器，其中，所述框架包括垫圈底座，并且所述密封件是座接在所述垫圈底座中的垫圈。
5.根据权利要求1所述的流量传感器，其中，
所述窗限定大体平面的开口；
所述面向内的表面是大致平面的；并且
所述面向内的表面直接接触所述流路中的流体。
6.根据权利要求1所述的流量传感器，其中，在所述流量传感器的位于垂直于所述纵轴线的平面中的截面中，所述基座限定了所述流路的弦。
7.根据权利要求1所述的流量传感器，其中，所述基座包括传感器安置节段，所述传感器连接至该传感器安置节段，所述传感器安置节段的所述面向内的表面与所述面向外的表面是平面的并相互平行，并且所述传感器安置节段在所述面向内的表面与所述面向外的表面之间的厚度不大于0.004英寸。
8.根据权利要求1所述的流量传感器，其中，
所述基座沿纵向方向延伸并且包括平面的中央传感器安置节段以及从所述安置节段的相对的纵向端部延伸的有角度的端部节段；
所述传感器连接至所述安置节段；
所述窗包括支撑所述基座的周界的框架，所述框架包括纵向延伸的倾斜表面，所述倾斜表面支撑所述基座的所述有角度的节段使得所述传感器安置节段定位在所述流路内。
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