CN111566458A - 用于确定体积和/或质量流率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在管(20)中流动的介质(M)的体积和/或质量流率的方法，其中，流体(F)的密度和/或粘度借助于MEMS传感器芯片(30)来确定，其中在管(20)中流动的介质(M)至少部分流过MEMS传感器芯片(30)的测量通道(31)，以确定流体(F)的密度和/或粘度，且其中介质(M)的体积和/或质量流率借助于跨越MEMS传感器芯片(30)的测量通道(31)检查到的压降|p2‑p1|和MEMS传感器(30)确定的密度和/或粘度来确定，与介质无关。

Description

用于确定体积和/或质量流率的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定在管中流动的介质的体积和/或质量流率的方法，还涉及一种用于确定在管中流动的介质的体积和/或质量流率的设备。
背景技术
用于根据差压原理确定体积流率的设备本身是已知的。例如，此处孔板被用作有效的压力设置设备，并且检查横跨孔板的压差。测量本身需要使用差压测量装置和材料的特征值，尤其是粘度、密度和绝热指数的知识。用于此的细节在2004年ISO 5167-1标准和2003年2：2003标准中限定。
该方法的缺点在于体积流率的测量与介质的材料值有关(与介质有关)，因此必须其必须已知。
发明内容
因此本发明的目的在于对该缺点进行补救。
通过根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求5所述的设备，该目标通过本发明实现。
为了确定在管中流动的介质的体积和/或质量流率，根据本发明的方法提出了借助于MEMS传感器芯片来确定流体的密度和/或粘度，其中在管中流动的介质至少部分流经MEMS传感器芯片的测量通道，以确定流体的密度和/或粘度，并且其中，介质的体积和/或质量流率借助于跨越MEMS传感器芯片的测量通道检查到的压降|p2-p1|，以及MEMS传感器确定的密度和/或粘度来确定，与介质无关。
MEMS传感器芯片是微机电系统，其在计量学中用于计量性检查一个或多个测量值。这些MEMS传感器芯片通常使用半导体技术中的常见方法，诸如蚀刻工艺、氧化方法、注入方法、键合方法和/或涂层方法，使用单层或多层晶片，尤其是硅基晶片来生产。
用于确定流动介质，尤其是液体或气体的测量值的MEMS传感器芯片通常具有至少一个测量通道，该测量通道的内部形成介质在测量期间流过的线路。
根据本发明，现提出，与根据差压原理的常规体积流率测量相并行，MEMS传感器芯片确定介质的当前密度和/或粘度，使得可能进行与介质无关的体积和/或质量流率测量。
本发明的进一步发展提出将MEMS传感器芯片的测量通道以下述方式被连接至管：介质全部流过MEMS传感器芯片的测量通道，使得压降|p2-p1|基本上由MEMS传感器芯片的测量通道生成。
本发明的替代的进一步发展提出将孔板以下述方式引入到管中：介质平行地流过孔板和MEMS传感器芯片的测量通道，且压降|p2-p1|由引入管中的孔板以及介质部分地流过的MEMS传感器芯片的测量通道生成。进一步发展可尤其提出孔板和测量通道以下述方式互相匹配：流过测量通道的介质与流过孔板的介质之间的流量比被设置为小于1∶20，优选地小于1∶100，尤其优选地小于1∶500。
根据本发明的用于确定在管中流动的介质的体积和/或质量流率的设备至少包括：
-MEMS传感器芯片，其具有测量通道，该测量通道连接至管从而以下述方式确定介质的密度和/或粘度：介质至少部分地流过测量通道，
-压差测量装置，其用于检查跨越MEMS传感器芯片测量通道的压降|p2-p1|，
-评估单元，其被设置为用于基于差压测量装置确定的压降|p2-p1|以及由MEMS传感器芯片确定的密度和/或粘度来确定介质的体积和/或质量流率，与介质无关。
本发明的进一步发展提出MEMS传感器芯片以下述方式被连接到管：介质完全流过MEMS传感器芯片的测量通道，因此压降|p2-p1|基本上由MEMS传感器芯片的测量通道生成，并且压差测量装置被进一步设计用于检查跨越MEMS传感器芯片的测量通道的压降。
本发明的替代的进一步发展为此目的提出所述设备进一步具有孔板，介质流过该孔板，其中，该孔板和MEMS传感器芯片的测量通道以下述方式被引入到管中：介质——优选地平行——流过孔板和通道两者。
本发明的另一进一步发展提出MEMS传感器芯片的测量通道具有直径范围为0.03-1毫米，优选地0.05-0.6毫米，尤其优选地0.1-0.3毫米的流横截面A测量通道。
本发明的另一进一步发展提出，孔板有具有流动横截面A孔板的孔板开口，其中，孔板开口的流动横截面A孔板以下述方式被设计：流过测量通道的流动横截面A测量通道的介质与流过孔板开口的流动横截面A孔板的介质之间的流量比被设置为小于1∶20，优选地小于1∶100，尤其优选小于地1∶500。
附图说明
参考以下附图对本发明进行更详细的解释。附图所示：
图1：本发明的第一示例性实施例，以及
图2：替换第一实施例的本发明的第二示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了本发明的第一示例性实施例。在这种情况下，用于确定体积和/或质量流率的设备1包括用于确定体积流率的差压测量装置40，差压测量装置40根据有效压力设置设备原理构造，且具有在管20中的孔板21，介质M流过管20。管20通常具有流横截面A管，其直径范围为＜30毫米，优选＜10毫米，特别优选＜5毫米。孔板21在流动方向上被引入到管20中，作为有效压力设置设备。孔板21有具有开口或流动横截面A孔板的孔板开口，其直径通常为0.2-10毫米，优选为0.4-5毫米，尤其优选为0.7-2mm。除了穿过孔板21的介质M的流动路径之外，在平行于该路径的流动路径中，用于确定介质M的密度和/或粘度的MEMS传感器芯片30被连接至管20。MEMS传感器芯片30具有测量通道31，介质M在测量期间流过该测量通道，使得MEMS传感器芯片30可确定介质M的密度和/或粘度。测量通道31通常具有直径范围为0.03-1毫米，优选0.05-0.6毫米，尤其优选0.1-0.3毫米的流横截面A测量通道。
原则上，MEMS传感器芯片30与可振荡单元一起操作，可振荡单元的振荡行为被检查，以便确定密度和/或粘度。在该情况下，可以使用可振荡单元振荡的Q因子来确定例如介质M的粘度。取决于介质M，MEMS传感器芯片30的可振荡单元可以被不同地设计。在介质M包含气体的情况下，可振荡单元可设计为例如悬臂或晶体振荡器的形式，而在介质M包含液体的情况下，可振荡单元可设计为被激发以振荡的测量通道31的形式振荡。这两种情况中，利用可振荡单元的振荡的至少一种特性由于介质M的密度和/或粘度而变化使得可以确定密度和/或粘度的事实。
用于确定体积和/或质量流率的设备1还包括评估单元50，该评估单元50被设置用于基于差压测量装置40确定的压降|p2-p1|以及MEMS传感器芯片30确定的密度和/或粘度来确定介质的体积和/或质量流率，与介质无关。为此目的，评估单元50可以根据哈根-泊肃叶定律，基于所确定的压降|p2-p1|和粘度来确定通过管的体积流率。此外，评估单元50还可以基于所确定的密度来确定通过管20的质量流率。
图2示出了本发明的第二示例性实施例，其是第一示例性实施例的替代方案。用于确定体积/或质量流率的设备1与第一实施例的不同之处在于，尽管此处也设置了压差测量装置40，在此情况下没有孔板，但是该设备以介质M完全流过MEMS传感器芯片30的测量通道31的方式设计。这意指因此压差测量装置40以下述方式被设计：只有在MEMS传感器芯片的测量通道之前的第一压力p1和在MEMS传感器芯片的测量通道之后的第二压力p2被检查以确定压降|p2-p1|。
参考符号
1 用于确定体积和/或质量流率的设备
20 管
21 孔板
30 用于确定密度和/或粘度的MEMS传感器芯片
31 MEMS传感器的测量通道
40 用于确定压降的设备
50 评估单元
A孔板 孔板开口的流动横截面
A测量通道 测量通道的流动横截面
A管 管的流动横截面
|p2-p1| 压降数值
M 介质

Claims (9)

1.一种用于确定在管(20)中流动的介质(M)的体积和/或质量流率的方法，其中，流体(F)的密度和/或粘度借助于MEMS传感器芯片(30)来确定，其中在所述管(20)中流动的所述介质(M)至少部分流过所述MEMS传感器芯片(30)的测量通道(31)以确定所述流体(F)的密度和/或粘度，并且其中所述介质(M)的体积和/或质量流率借助于跨越所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)检查到的压降|p2-p1|和所述MEMS传感器(30)确定的密度和/或粘度来确定，与介质无关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)以下述方式被连接到所述管(20)：所述介质(M)完全流过所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)，使得所述压降|p2-p1|基本上由所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)生成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，孔板(21)以下述方式被引入所述管中：所述介质平行地流过所述孔板和所述MEMS传感器芯片的所述测量通道，且所述压降(|p2-p1|)由引入所述管(20)中的所述孔板(21)和所述介质部分地流过的所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)生成。
4.根据上述权利要求所述的方法，其中，所述孔板(21)和所述测量通道(31)以下述方式互相匹配：流过所述测量通道(31)的所述介质(M)与流过所述孔板(21)的所述介质(M)之间的流量比被设置为小于1∶20，优选地小于1∶100，特别优选地小于1∶500。
5.一种用于确定在管(20)中流动的介质(M)的体积和/或质量流率(1)的设备，至少包括：
-MEMS传感器芯片(30)，所述MEMS传感器芯片(30)具有测量通道(31)，所述测量通道(31)连接到所述管(20)从而以下述方式确定所述介质(M)的密度和/或粘度：所述介质(M)至少部分地流过所述测量通道(31)，
-压差测量装置(40)，所述压差测量装置(40)用于检查跨越所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)的压降|p2-p1|，和
-评估单元(50)，所述评估单元(50)被设置用于基于所述差压测量装置确定的压降|p2-p1|以及由所述MEMS传感器芯片(30)确定的密度和/或粘度来确定所述介质(M)的体积和/或质量流率，与介质无关。
6.根据上一权利要求所述的设备，其中，所述MEMS传感器芯片(30)以下述方式被连接到所述管(20)：所述介质(M)完全流过所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)，使得压降|p2-p1|基本上由所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)生成，并且所述压差测量装置(40)被进一步设计用于检查跨越所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)的压降。
7.根据权利要求5所述的设备，进一步包括孔板(21)，所述介质(M)流过所述孔板(21)，其中，所述孔板(21)和所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)以下述方式被引入所述管(20)中：所述介质(M)——优选并行地——流过所述孔板(21)和所述测量通道(31)。
8.根据权利要求5至7中至少一项所述的设备，其中，所述MEMS传感器芯片(30)的所述测量通道(31)具有直径范围为0.03-1毫米，优选地0.05-0.6毫米，尤其优选地0.1-0.3毫米的流动横截面(A测量通道)测量通道。
9.根据权利要求5至8中至少一项所述的设备，其中，所述孔板(21)有具有流动横截面(A孔板)的孔板开口，其中，所述孔板开口的所述流动横截面(A孔板)以下述方式被设计：流过所述测量通道(31)的所述流动横截面(A测量通道)的所述介质(M)与流过所述孔板开口(A孔板)的所述流量横截面(A孔板)的所述介质(M)之间的流量比被设置为小于1∶20，优选地小于1∶100，尤其优选地小于1∶500。
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