CN111201423A - 带有护罩的微型流量传感器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种流量传感器组件，流量传感器组件包括顶部流量管，顶部流量管限定入口端口、出口端口和主通道。入口流动通道可以将流量传感器组件的入口端口流体连接至主通道。出口流动通道可以将主通道流体连接至出口端口。底部流量管可以包括护罩，护罩充当电子电路板上方的覆盖件。护罩可以消除由流量传感器产生的台阶，以在传感器上方提供连续流动路径。通道可以被形成为利用流量传感器组件的整个占有面积。

Description

带有护罩的微型流量传感器

本申请要求2017年11月9日提交的名称为“Miniature Flow Sensor with Shroud(带有护罩的微型流量传感器)”的美国临时申请62/584,005的权益。2017年11月9日提交的美国临时申请62/584,005据此以引用方式并入。

背景技术

医疗设备诸如CPAP可以变得越来越小巧便携，这意味着流量传感器将变得越来越小以满足应用的需求。但是较小的传感器占有面积并不一定允许足够的流动通道距离以使流动完全层流化。这可能使得难以提供低噪声的单调信号。另外，流量传感器通常可以与流量元件并联(旁路)使用。随着流量传感器变得越来越小，小的内部流动通道的孔口型流动可能导致医疗设备差的空性能。

本发明的装置可以使用两件式流量管。底部流量管可以充当电子电路板上方的覆盖件，并且还可以在流量传感器周围提供护罩以消除由传感器在流动路径中产生的台阶。消除台阶可以有助于减少涡流(湍流)并且保持层流和最佳性能。顶部流量管可以具有模制在内的通道。由于通道可以在覆盖件上方形成并且利用整个占有面积，因此可以使用较长的通道使流动层流化，可以使半径最大化以减少涡流和湍流，并且可以减小孔口效应以确保在旁路应用中获得最佳性能。

传感器用于多种应用，包括住宅、工业、汽车、军事、医疗、航空、航天，以及许多其他应用。一种特定类型的传感器是用于测量流体流速的流量传感器。期望一种在保持小占有面积的情况下可以在相对较大的压降下操作的流量传感器。

发明内容

本公开整体涉及传感器，诸如流量传感器。例示性流量传感器可以包括限定入口端口和出口端口的顶部流量管。该顶部流量管可以限定具有入口流动通道和出口流动通道的主通道。入口流动通道可以将流量传感器组件的入口端口流体连接至主通道，并且出口流动通道可以将主通道流体连接至流量传感器组件的出口端口。

流量传感器组件可以包括底部流量管，该底部流量管包含覆盖流量传感器的护罩。流量传感器可以暴露于主通道中的流体流量，并且可以被配置为感测与流经主通道的流体的流速相关的量度。流量传感器组件的安装占有面积可以小于200mm²。

提供前面的发明内容是为了便于理解本公开的一些特征，而并非意图作为完整的描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图和说明书摘要作为一个整体，能够获得对本公开的全面理解。

附图说明

结合附图考虑以下对本公开的各种示例性实施方案的描述，可以更全面地理解本公开，其中：

图1是例示性流量传感器的透视图；

图2是图1的例示性流量传感器的分解透视图；

图3是与图1相关的两件式流量管的顶视图；

图4是护罩的透视图；

图5A是图1的顶部流量管的内部的透视图；

图5B是图1的顶部流量管的实施方案的透视图；

图5C是图1的顶部流量管的另选实施方案的透视图；

图6A是图1的底部流量管的下侧的透视图；

图6B是图1的底部流量管的顶侧的透视图；并且

图7是图1的电路板的透视图。

虽然本公开服从于各种变型和另选形式，但是其具体项目已经在附图中以示例的方式示出并且进行了详细的描述。然而，应当理解，其意图不是将本公开限制于本文所述的特定例示性实施方案。相反，其意图是覆盖落入本公开的实质和范围内的所有修改、等同物和替代方案。

具体实施方式

本发明系统和方法可在本文所述和/或所示的实施方式中包括一个或多个处理器、计算机、控制器、用户界面、无线和/或有线连接等。

本具体实施方式可提供本发明系统和方法的一个或多个例示性且具体的示例或实现方式。可存在所述系统和方法的许多其他示例或实现方式。

所述系统或方法的各方面可按照附图中的符号进行描述。符号可具有几乎任何形状(例如，方框)并且可指定硬件、对象、部件、活动、状态、步骤、过程以及其他项。

下面的描述应该参照附图来阅读，其中贯穿若干视图类似的附图标号表示类似的元件。对“上方”、“下方”、“顶部”和“底部”等的引用是相对术语，并且在本文中相对于附图进行描述，并且不一定对应于实际物理空间中的任何特定取向。说明书和附图示出了本质上旨在说明的若干示例。

图1是用于测量流经流体通道的流体流量的流体流速的例示性流量传感器组件100的透视图。根据应用，本文所用的术语“流体”可以指气流或液体流或液体流。虽然流量传感器组件100在本文中将被描述为流量传感器10，但是应当理解，流量传感器组件100可以是任何合适类型的传感器，包括压力传感器、热导率传感器、温度传感器、湿度传感器、化学传感器和/或这些传感器或其他传感器的任何组合。如图1所示，例示性流量传感器组件100包括流量传感器10、顶部流量管15、包含护罩19和电路板14的底部流量管17。顶部流量管15限定流体入口端口16和流体出口端口18。应当理解，在一些情况下，对哪个开口形成流体入口端口16以及哪个开口形成流体出口端口18的定义是任意的，因为在一些情况下，待讨论的顶部流量管15内的流体通道可以是对称的，并且流量传感器10可以能够在流动方向上同样良好地测量流速。

顶部流量管15、护罩19和电路板14可以通过定位特征部诸如搭锁、凸形/凹形连接器和磁体来互连。如图所示，带有护罩19的底部流量管17通过使腿部38紧密配合在电路板14的狭槽30内而连接至电路板14。流量传感器组件100的占有面积可以小于200mm²。

图2是例示性流量传感器组件100的分解图，其中顶部流量管15已经被移动远离护罩19和电路板14。可以看出，电路板14至少包括流量传感器10、电路20，和感测管芯21。电路20可以包括适于从感测管芯21接收电信号并且输出表示流量传感器10被配置为感测、检测或测量的信号的任何电路系统。电路20可以适当地包括一个或多个IC或其他电子部件。此外，预期电路板14可以具有用于互连电路板14上的各种部件的迹线和/或粘合剂。

图3是如图1所描绘的通道的流动路径的顶视图。环氧树脂135可以被放置在护罩19的顶部表面上以将顶部流量管15保持在适当的位置。同样，环氧树脂135可以被放置在电路板14上以将护罩19保持在适当的位置。顶部流量管15限定主通道，该主通道具有分别具有单个弯曲部134a和140a的入口流动通道34和出口流动通道40。流体通过流体入口端口16进入并且经由主通道输入端24通过流体出口端口18离开。即，入口流动通道34可以经由流体入口端口16流体连接至主通道输入端24。入口流动通道包括单个弯曲部134a。类似地，出口流动通道40可以包括单个弯曲部140a。在主通道22之间可以存在高度上升台阶134b和高度下降台阶140b(图4)。在两件式流量管构型中，流动通道的长度和横截面可以被最大化。较长的长度和较大的横截面有助于使流动层流化以确保低噪声和单调信号。较大的通道还可以帮助减小孔口效应，以确保最佳的空性能。当如此设置时，流量传感器10可以不是与通过流体入口端口16和流体出口端口18的流动方向无关的“双向”流量传感器。

图4是与图1相关的护罩的详细视图。底部流量管17可以使用护罩19，该护罩减小由流量传感器10的高度引起的高度升高134b和高度降低140b。另选地，底部流量管17可以使用护罩19来消除由流量传感器10的高度引起的台阶。即，护罩19可以引导流体流过流量传感器10，并且通过减少涡流(湍流)来改善传感器性能。这还可以实现更可重复的过程和更安静的流量传感器。护罩19可以在流量传感器10的每一侧和护罩的壁上包括约2mm的小间隙。间隙尺寸取决于流量传感器组件100内使用的流量传感器10的尺寸。

图5A至图5C是图1的顶部流量管15的透视图。顶部流量管15的下侧包括连续流动路径模制在内的主通道22。主通道22经由入口流动通道34连接至出口流动通道40。旋钮31可以被包括作为底部流量管17的定位装置。在图5B的例示性实施方案中，流体入口端口16和流体出口端口18处于歧管设定。在图5C的例示性实施方案中，流体入口端口16和流体出口端口18处于带倒钩的端口设定。

图6A至图6B是图1的底部流量管17的透视图。图6A示出底部流量管17的下侧。在底部流量管内设置有中空开口，以涵盖与流量传感器10和感测管芯21的连接。预期还可以构造附加的开口以考虑电路板14上的其他元件。腿部38可以被构造成邻接电路板14中的凹口39。底部流量管17的顶侧可以包括小型通道26，以反映从顶部流量管15放置的环氧树脂。小型通道26邻接顶部流量管15的主通道22以确保连续流动。小型通道26可以模制在底部流量管17的顶侧中。小型通道26可以具有两个不连续的区段，以提供用于流量传感器10的开口。凹口29可以被嵌入底部流量管17中，以接纳来自顶部流量管15的腿部28。旋钮孔41可以被构造成接纳来自顶部流量管15的旋钮31。

图7是电路板14的透视图。凹口39被示出为接纳来自底部流量管17的腿部38的装置。

概括地讲，流量传感器组件可以包含外壳，该外壳限定连接至入口流动通道的入口端口、连接至出口流动通道的出口端口、顶部流量管、带有护罩的底部流量管、电子电路板，以及传感器。外壳可以被构造成使得顶部流量管和底部流量管能够覆盖在电路板上。

流量传感器的占有面积可以小于200mm²。

入口端口可以馈入入口通道，该入口通道沿循带有两个或更多个弯曲部的迂回路径。

顶部流量管可以包括模制在内的通道。

顶部流量管通道可以形成在底部流量管上方并且利用外壳的整个占有面积。

底部流量管可以充当电子电路板上方的覆盖件。

底部流量管可以包括模制在内的通道。

护罩可以包含位于流量传感器周围的壁。

护罩可以包括小于流量传感器的高度的台阶。

底部流量管可以在流量传感器和底部流量管的壁之间具有间隙。

流动通道可以在纵向上最大化，并且涵盖流量传感器组件的大部分占有面积。

流量传感器可以包含互连至与电子电路板互连的底部流量管的顶部流量管。流量传感器的占有面积可以小于200mm²。

顶部流量管可以包括在流量传感器的纵向上最大化的流动通道和横截面积。

底部流量管可以覆盖在电子电路板上。

使流量传感器的占有面积最小化的方法可以包括提供外壳以包括电子电路板、使底部流量管覆盖在电子电路板上，以及将顶部流量管组装在底部流量管上方。顶部流量管可以包括模制在内的流动通道。

顶部流量管可以包括入口端口和出口端口。

底部流量管可以包括覆盖流量传感器的护罩。

底部流量管可以包括允许流体流过流量传感器的斜坡。

底部流量管可以减少由流量传感器的高度引起的台阶。

底部流量管可以消除由流量传感器的高度引起的台阶。

2018年3月20日提交的美国专利申请序列号15/926,647据此以引用方式并入。2015年7月15日提交的专利申请据此以引用方式并入。2015年7月15日提交的美国专利申请序列号14/800,492据此以引用方式并入。2010年1月19日提交的美国专利号7,647,842据此以引用方式并入。2013年4月16日公布的美国专利号8,418,549据此以引用方式并入。2014年4月15日公布的美国专利号8,695,417据此以引用方式并入。

不应认为本公开限于上述具体示例。在阅读本说明书之后，本公开可适用的各种修改、等同工艺以及众多结构对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。

在本说明书中，有一些内容可能本质上是假设的或是预言性的，尽管是以另一种方式或时态进行陈述。

本文指出的任何出版物或专利文献据此以引用方式并入，其程度如同每份出版物或专利文献被具体且单独地指示为以引用方式并入一样。

尽管已经针对至少一个例示性示例对本发明系统和/或方法进行了描述，但对于本领域技术人员而言，通过阅读本说明书，许多变型形式和修改形式将变得显而易见。因此，意图是所附权利要求书应当根据相关技术尽可能广义地解释，以包括所有这些变型形式和修改形式。

Claims (10)

1.一种流量传感器组件，包括：

外壳，所述外壳限定：

入口端口，所述入口端口连接至入口流动通道；

出口端口，所述出口端口连接至出口流动通道；

顶部流量管；

带有护罩的底部流量管；

电子电路板；以及

传感器；并且

其中所述外壳被构造成使得所述顶部流量管和所述底部流量管能够覆盖在所述电路板上。

2.根据权利要求1所述的流量传感器组件，其中：

所述顶部流量管包括模制在内的通道；并且

所述顶部流量管通道形成在所述底部流量管上方并且利用所述外壳的整个占有面积。

3.根据权利要求1所述的流量传感器组件，其中：

所述底部流量管充当所述电子电路板上方的覆盖件；并且

所述底部流量管包括模制在内的通道。

4.根据权利要求1所述的流量传感器组件，其中：

所述护罩包含位于所述流量传感器周围的壁；并且

所述护罩包括小于所述流量传感器的高度的台阶；或者

所述底部流量管在所述流量传感器和所述底部流量管的壁之间具有间隙。

5.根据权利要求1所述的流量传感器组件，其中所述流动通道在纵向上最大化，并且涵盖所述流量传感器组件的大部分占有面积。

6.根据权利要求1所述的流量传感器组件，其中：

所述流量传感器的占有面积小于200mm²；或者

所述入口端口馈入入口通道，所述入口通道沿循带有两个或更多个弯曲部的迂回路径。

7.一种流量传感器，包括：

顶部流量管，所述顶部流量管互连至与电子电路板互连的底部流量管；并且

其中：

所述流量传感器的占有面积小于200mm²；并且

所述顶部流量管包括在所述流量传感器的纵向上最大化的流动通道和横截面积；或者

所述底部流量管覆盖在所述电子电路板上。

8.一种使流量传感器的占有面积最小化的方法，包括：

提供外壳以包括电子电路板；

将底部流量管覆盖在所述电子电路板上；以及

将顶部流量管组装在所述底部流量管上方；并且

其中所述顶部流量管包括模制在内的流动通道。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述底部流量管包括覆盖所述流量传感器的护罩；并且

所述底部流量管包括允许流体流过所述流量传感器的斜坡。

10.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述顶部流量管包括入口端口和出口端口；

所述底部流量管减少由所述流量传感器的高度引起的所述台阶；或者

所述底部流量管消除由所述流量传感器的高度引起的所述台阶。

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