CN116261652A - 带有呈印刷电路板(pcb)形式的导热框架元件的热式流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流量计的热式流量传感器(1)，包括：主通道部分(3b)，带有用于待确定流量的介质的主通道(3)；传感器管(4)，其具有第一管部(5)、相对的第二管部(8)、连接第一管部和第二管部的感测部(11)、用于测量传感器管中的温度差或功率差的至少两个感测或加热元件(12)；导热框架元件(13)，其至少与第一管部、第二管部以及主通道部分接触，构造成用于均衡温度梯度，其中，导热框架元件(13)是印刷电路板(PCB)(14)。

Description

带有呈印刷电路板(PCB)形式的导热框架元件的热式流量传 感器

技术领域

本发明总体上涉及一种带有导热框架元件的、用于流量计的热式流量传感器。更具体地说，本发明涉及一种热式流量计，包括：主通道部分、传感器管以及导热框架元件，主通道部分用于待确定流量的介质，传感器管具有第一管部、相对的第二管部、感测部以及感测或加热元件，第一管部具有与主通道部分流体连接的入口，第二管部具有在另一下游位置与主通道部分流体连接的出口，感测部连接第一管部和第二管部，以允许流体从入口向出口流过传感器管，感测或加热元件用于测量传感器管中的差别以确定流量，导热框架元件至少与第一管部、第二管部和主通道部分接触，构造成用于均衡整个热式流量传感器的温度梯度。

背景技术

这种用于流量计的热式流量传感器是现有技术中众所周知的。

US4815280A公开了一种传感器壳，容纳有一对缠绕在导管外表面的传感器线圈，流体流经该导管。设置有两个由导热性优良的材料制成的块状件。所述块状件中的至少一个设置有一对支撑凸起，支撑凸起与所述块状件在其内表面上邻近所述传感器线圈的两端一体形成，其中所述导管由所述支撑凸起保持。

WO2015/093941A1公开了一种热式流量计。该流量计包括基座部分，基座部分具有至少两个基本相互平行延伸的通孔。设置有贯穿这些孔的主通道，主通道用于待确定流量的介质。主通道的与基座部分相隔的部分包括测量管部分，在测量管部分处，可以测量介质的流量。流量测量管包括连接到基座部分的隔绝壳体，该隔绝壳体至少包围主通道的测量管部分。隔绝壳体包括面向测量管部分的壳体内部表面，以及远离测量管部分的壳体外部表面。设置有连接到基座部分的遮盖元件，该遮盖元件至少基本上包围隔绝壳体。

EP1867962A1公开了一种热式的流量传感器，具有U形传感器管，传感器管具有两个基本直的管部或管腿、连接肢和壳体，连接肢具有两个相邻的电阻元件，传感器管具有流体进入的入口侧和流体流出的出口侧，其中该壳体包括由热传导良好的材料构成的第一和第二壳体部件，每个壳体部件都有带腔体的内表面和外表面，这些壳体部件放置成各内表面面向彼此，而U形传感器管具有平行于内表面延伸的主表面，并且各壳体部件围绕U形传感器管的连接肢和管腿，从而所述传感器管在两个位置被热夹持在壳体部件之间：第一位置位于其入口侧和上游电阻元件之间，第二位置位于其出口侧和下游电阻元件之间。

US2010/0005876A1公开了一种热式质量流量控制器或质量流量计，其具有传感器壳体，传感器壳体减少从壳体安装板或基座到传感器本身的热传导。该壳体还使得热梯度最小化，这种热梯度可能是由于对壳体基座的不均匀施热而产生的。这种减少部分地是通过使用一个或多个热隔离槽将壳体的上部与壳体的下部隔离来实现的。通过提高壳体底部的中间部分，使基座和壳体之间只在壳体的两端产生热接触，也使传到传感器壳体的热量最少化。

WO92/20006A2公开了一种用于感测热式质量流量计中流体的质量流速的装置，该装置包括传感器管。传感器管具有用于承载待感测流速的流体流的管部。温度响应部件布置为与该传感器管有良好的热传递关系。温度响应部件在通电时，在传感器信号节点处响应于通过该传感器管的流体的质量流速产生传感器信号。当流体的质量流速为零时，传感器信号因沿传感器管的不对称温度分布而偏离空信号状态。用于调整沿传感器管的温度分布的装置改变了不对称的温度分布，并使传感器信号节点在流体通过传感器管的质量流速为零时产生基本为空的信号状态。调整温度分布的装置需要多个组件来实现所需的温度分布。

US5335553A公开了一种体气流量计，包括设置有流体元件的流道结构、截止阀、压力开关、流量传感器、压电薄膜传感器、电子电路单元和用作主板的布线板。

US4686856A公开了一种流体质量流量计，其对流体流速的变化反应迅速，而对环境温度的变化不敏感。该流量计具有热夹具，其在传感器的沿传感器管布置的各末端夹持传感器管；频率补偿放大器，其与热夹具合作，增强流量计的频率响应；以及偏移空偏置电路，其与桥式平衡电位器结合，修正环境温度变化的影响。

然而，可预测的热行为对上述热式流量传感器来说非常重要。上述热式流量传感器需要进一步改进，以实现高性能应用。当流量变得非常低时，往往需要更好的信号再现性，并且所谓的“滞后效应”(即直到传感器管和主通道部分获得相同温度所需的时间)往往相当明显，而且某些应用需要更快的温度稳定和更高的精度。

此外，组装这种热式流量传感器是非常劳动密集型的。例如，将所需的电子器件附接到导热框架元件上，将导热框架元件布置在壳体内和/或将壳体内的电子器件与导热框架元件布置和安装在一起，需要大量的时间和精力。此外，由于涉及相当大量的步骤，出现(人为)组装错误的机会也会增加。最后，同样重要的是，包围部或壳体提供了相对有限的空间来容纳导热框架元件和电子器件。

发明目的

因此，本发明的目的是提供一种用于流量计的热式传感器，其热行为的可预测性得到改善。

本发明的另一个目的是提供一种热式流量传感器，其中“滞后效应”降至最低。

本发明的又一个目的是提供一种热式流量传感器，其中导热框架元件和附接到其上的电子器件需要较少的空间。

本发明的再一个目的是提供一种热式流量传感器，其中组装热式流量传感器需要的步骤数量相对较少。

发明内容

根据本发明，热式流量传感器的特征在于导热框架元件是印刷电路板(PCB)。

上述热式流量传感器提供了传感器管和主通道部分之间改善的“热短路”、即改善的导热性，或减小的热阻，因为PCB使温度差异相抵，即，使温度差异最小化。

此外，凭借上述导热框架元件可以实现改进的热稳定性。

此外，第一管部和第二管部经历相同的介质温度。这在实践中可能非常重要，例如由于各管部靠近热的物体，对温度测量产生负面影响，热的物体例如是热轴。

此外，由于导热框架元件用作印刷电路板(PCB)，所需的电子器件可以直接附接到框架元件上，节省了制造时间，并且减少了组装热式流量传感器所需的步骤数量。基本上，由于导热框架元件用作PCB，集成的流量计部分被创造出来(即根据电子、机械和热的要求集成)，节省了壳体中的空间。很明显，这也减少组装错误的可能性，并减少组装时间。很明显，导热框架元件提供机械支撑。

从本质上讲，PCB形式的导热框架元件作为“传送装置”来“平衡”热量，即既提供热量，又散失热量。这很重要，因为热式流量传感器可能必须处理相对较热的液体、相对较冷的液体以及快速转变。

有利的是，由于根据本发明的热式流量传感器将迅速平衡热量，所以根据本发明的热式流量传感器还解决了电子器件产生热量的问题，电子器件例如是芯片，电子器件产生热量往往会干扰温度测量，而在现有技术中，芯片部件和其他电子器件产生的热量没有散去，往往对传感器的读数产生不利影响。

在这方面，已注意到，例如，在LED照明领域，US2009/008670A1公开了使用铝制PCB作为散热器。然而，如前所述，根据US2009/008670A1的设计只是为了散热，而不是为了“平衡”热量。

US5198693A也是如此，其公开了一种装置，该装置在铝制电路的电介质层上有孔，以允许与铝芯进行电连接，并提高附接到其上的集成电路器件的热效率。US5198693A中公开的系统也是为了散热，而不是为了平衡热量。

此外，应该注意的是，许多其他LED照明设计使用铝制PCB来散热。然而，这样的设计也是为了尽快散热，而不是为了在PCB上使多点热平衡，如使2至3个点热平衡。此外，LED装置中的温差远大于流量计中的温差；LED在室温环境下可能会加热到80℃或更高温度。申请人发现，尽管这样的PCB框架的非导电层将导电轨道分开，但该PCB框架可以在温差较小时平衡热量，并可以迅速平衡温度。此外，与根据本发明的热式流量传感器的电气连接相比，普通LED照明设计所采用的电气连接不需要有精确限定的电阻。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中PCB由金属制成，优选地由铝或铜制成，因为所述金属的导热性良好。

一实施例涉及上述热力型流量传感器，其中PCB包括流量传感器电子器件，电子器件可包括接口、传感器驱动电子器件和读数电子器件，或上述各项的组合，接口例如是模拟接口或数字接口。由于PCB包括流量计电子器件或流量计电子器件附接到PCB上，所以热管理得到进一步优化。

一实施例涉及上述热力型流量传感器，其中，包括PCB的导热框架元件形成流量传感器包围部，其中流量传感器电子器件、优选地是所有流量传感器电子器件都由流量计包围部所包围。因此，导热框架元件有利地执行了双重功能，即，形成用于流量传感器电子器件的附接件，以及形成保护流量传感器电子器件的包围部。

另一个实施例涉及到所述导热框架元件由一个材料板例如通过切割、模切或激光加工而制成。在又一个实施例中，导热框架元件包括在流量计的前部和后部的两个部分。导热框架元件也可以包括三个、四个、五个或更多个部分。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中PCB是单层PCB、双层PCB或多层PCB。单层PCB通常提供高质量的PCB，并且相对容易制造。印刷面可以面向传感器管或面向壳体。双层PCB允许在两侧进行(电气)连接。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中PCB包括温度传感器，用于测量热式流量传感器的温度。通过在PCB上布置温度传感器，可以准确地确定热式流量传感器的“平衡温度”，温度传感器例如是PTC、NTC或数字温度计。准确测量的温度可用于优化流量计算。在一实施例中，可以想象，上述的平衡温度是设置或配置的。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中PCB包括至少一个附加传感器，附加传感器选自一组传感器：温度传感器、湿度传感器、电导率传感器和/或压力传感器。增加温度传感器是优选的，因为整个PCB框架是温度平衡的。因此，技术人员可以灵活地在框架上放置温度传感器。当然，来自所述组的几个传感器的组合也是可能的，包括添加所有四种类型的传感器。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中PCB包括一条或多条折弯线，其中通过沿一条或多条折弯线折弯材料板使PCB折弯成型或成型折弯或折弯成操作使用的形状，材料板特别地是金属板，例如铝板或铜板。通过折弯PCB，三维构造是可以想象的，而这在二维PCB构造上是不可能的。

一实施例涉及上述热式流量传感器，包括通过连接装置连接到主通道部分的基座部分，其中导热框架元件包括可弹性变形和/或可塑性变形的变形部，变形部带有接触表面，接触表面用于接触包含主通道的主通道部分，热式流量传感器具有用于将导热框架元件附接到基座部分的附接装置，其中导热框架元件优选地处于预紧状态，以便将变形部分的接触表面压抵主通道部分。这就实现了导热框架元件和主通道部分之间的直接热接触。上述热式流量传感器提供了传感器管和主通道部分之间改善的“热短路”、即改善的导热性，或减小的热阻，因为变形部分的接触表面压抵主通道部分。对技术人员清楚的是，与可塑性变形的变形部有关的所有实施例也可以不使用诸如铝框架或铜框架的PCB框架、而是使用现有技术中的框架材料来实现，印刷板通过任何方式附接到该框架上。在与变形部有关的实施例中，“框架元件”可以指PCB框架和由传统材料制成的框架，如现有技术中已知的那样。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中框架元件的接触表面至少部分是圆形的，具有凸形，例如是正弦形，以此提供优化的热接触。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中框架元件的变形部包括靠近或接近接触表面的中央开口。中央开口通过允许变形部向内推并减小中央开口的尺寸来促进压缩。变形优选地是可逆的。因此，变形部可以在接触表面之间提供持续和稳定的接触，例如通过压缩接触表面附近的框架元件的一部分来实现。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中中央开口的总尺寸可以增大或减小，以改变变形部的变形能力。

一实施例涉及上述热式流量传感器，具有用于将变形部附接到基座部分的附接装置，优选地是，通过利用框架元件中的附加开口将各部分铆合在一起而将变形部附接到基座部分。基座部分包括用于第一管部和第二管部的开口。基座部分优选地包括金属。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中第一管部、第二管部和感测部构造成用于使传感器管呈U型。在这种构造中，第一管部和第二管部可以是U型的支腿。在一优选的实施例中，U型的第一和第二管部基本上是直的。此外，感测部分也可以基本是直的，支腿和感测部分之间的角度大约为90°。角部可以是倒圆的。然而，第一管部和第二管部和感测部也可以是其他形状，如半圆形。感测部分包含感测/加热元件，其中所述感测/加热元件优选地是绕组线圈。铂、铜或金是绕组线圈的特别合适的材料。至少需要两个感测/加热元件，尽管在某些实施例中可能优选三个元件。包括四个、五个或更多感测/加热元件的实施例也是可以设想的。

一实施例涉及流量传感器，其中框架元件具有I形、T形或另一细长的形状，其中框架元件的一个自由端包括变形部，框架元件的另一部分与第一管部和第二管部接触。优选的是，至少有两个传感器管支撑部分与各管部接触。上述的形状都是相对容易制造的。

一实施例涉及上述热式流量传感器，包括通过连接装置连接到主通道部分的基座部分和由框架元件形成的优选为折弯的流量传感器包围部，流量传感器包围部包围传感器管并且可选地包围基座部分。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中流量计壳体容纳流量计包围部，为流量计包围部和流量传感器电子器件提供了另一层隔绝和保护。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中PCB由铝或铜制成。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中导热框架元件是集成的流量计部分。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中导热框架元件在传感器管的相对两侧向传感器管提供支撑，特别地是提供侧向支撑。因此，传感器管上的机械负荷减少了，传感器管不必完全支撑其自身的重量。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中导热框架元件包括用于支撑传感器管的支撑部分。

一实施例涉及上述热式流量传感器，其中导热框架元件与主通道部分直接物理接触和/或热接触。

本发明的另一方面涉及一种用于上述热式流量传感器的导热框架元件，该导热框架元件的形式为印刷电路板(PCB)，构造成与热式流量传感器的第一管部、第二管部和主通道部分接触，用于均衡第一管部、第二管部和主通道部分之间的温度梯度。

另一个实施例涉及双向热式流量传感器，其中允许流体从入口向出口以及从出口向入口流过传感器管。

本发明的另一个方面涉及一种制造用于上述热式流量传感器的上述导热框架元件的方法，包括：

-制造呈印刷电路板(PCB)的形式的导热框架元件，其中，导热框架元件构造成与热式流量传感器的第一管部、第二管部和主通道部分接触，用于均衡第一管部、第二管部和主通道部分之间的温度梯度。

一实施例涉及上述方法，其中PCB包括一条或多条折弯线，该方法进一步包括：

-通过沿一条或多条折弯线折弯材料板将PCB折弯成操作使用的形状，该材料板特别地是金属板，如铝板或铜板。

一实施例涉及上述方法，进一步包括：

-将PCB成形为包括可弹性变形和/或可塑性变形的变形部，变形部带有用于接触主通道部分的接触表面，热式流量传感器具有用于将变形部附接到基座部分的附接装置，基座部分通过连接装置连接到主通道部分，其中，导热框架元件构造成处于预紧状态，以便将变形部的接触表面压抵主通道部分。铝制PCB特别适合于形成变形部，但是也可以在现有技术的框架元件中形成可变形部。

本发明的另一个方面涉及一种制造上述热式流量传感器的方法，包括：

-提供主通道部分，该主通道部分具有用于待确定流量的介质的主通道，

-提供传感器管，该传感器管具有：

第一管部，带有用以流体连接到主通道部分的入口，

相对的第二管部，带有用以在另一下游位置流体连接到主通道部分的出口，

感测部，其连接第一管部和第二管部，以允许流体从入口向出口流过传感器管，

至少两个感测或加热元件，用于测量传感器管中的温度差或功率差，以确定流量，

-提供导热框架元件，该导热框架元件至少与第一管部、第二管部以及主通道部分接触，构造成用于平衡第一管部、第二管部和主通道部分之间的温度梯度，其中，导热框架元件是印刷电路板(PCB)。

为了确定流量，例如可以采用恒定功率法、测量温度或恒定温度法、测量功率，以及这些方法的组合。也可以采用量热法。

一实施例涉及一种制造上述热式流量传感器的方法，其中，采用上述制造导热框架元件的方法制造印刷电路板(PCB)形式的导热框架元件。

附图说明

本发明将通过附图中描绘的示例性实施例和下面对附图的详细说明来解释。

图1示出热式流量传感器，其中导热框架元件具有两个部分，并且PCB是朝外的单层PCB或双层PCB；

图2示意性地示出热式流量传感器的示例，该热式流量传感器连接到主通道部分，用于进行流量测量；

图3示出热式流量传感器的分解图，其中导热框架元件具有两个部分，并且PCB是朝向传感器管的单层PCB或双层PCB；

图4示出呈PCB形式的导热框架元件的示例；

图5和图6以俯视图示出PCB形状的几个示例；

图7A至图7E示出变形部的几个示例；

图8示出材料板的示例，其带有折弯线以折弯成操作形状；

图9示出图8的折弯成操作形状的材料板，其中材料板形成流量计包围部；以及

图10示出热式流量传感器的示例的透视图，其中折弯的材料板形成流量计包围部。

具体实施方式

如图1至图10所示(将结合讨论)，并如前文所述，申请人提出了一种有利的用于流量计的热式流量传感器1，包括用于待确定流量的介质的主通道部分3b，该介质例如是流体(请特别参看图2)。基座部分2可以通过适当的连接装置7连接到主通道部分3b，连接装置7例如是螺栓、铆钉、螺钉、焊接、胶合、机械夹持、用导电环氧树脂附接等等，导电环氧树脂例如是银环氧树脂。连接装置7可以设置在导热框架元件13的相对两侧(即横向于如图2中竖直虚线所示的纵向)。此外，连接装置7可以相对于第一对称平面和/或第二对称平面不对称地布置，第一对称平面与热式流量传感器1的纵向对齐并与主通道部分3b的纵向垂直，第二对称平面与热式流量传感器1的纵向对齐并与主通道部分3b的纵向平行。

设置有传感器管4，其具有第一管部5和相对的第二管部8，第一管部5具有入口6，用于流体连接到主通道3，第二管部8具有出口9，用于在另一下游位置流体连接到主通道3。感测部11连接第一管部5和第二管部8，以允许流体从入口6向出口9流过传感器管4。传感器管4具有U形形状，在图2中倒置示出。基座部分2进一步包括与导热流量元件3的纵向对齐的两个通孔，分别允许第一管部5和第二管部8连接到主通道3。感测或加热元件12设置成用于测量传感器管4中的温度差或功率差，以确定流量。优选地，至少两个感测/加热元件12均包括绕组线圈，如白金绕组线圈，以用于生成所需的温度/功率差(如现有技术中已知的)。如图3所示，在相对的导热框架元件13之间可以布置隔绝部件28，如泡沫块28，以提供热隔绝和适当的间距。

导热框架元件13至少与第一管部5、第二管部8以及主通道部分3b接触，构造成用于均衡整个热式流量传感器1的温度梯度，特别地是用于均衡第一管部5、第二管部8和主通道部分3b的温度梯度，从而实现优化的热“平衡”。第一管部5、第二管部8和主通道部分3b可以通过例如焊接、胶合、机械夹持、用诸如银环氧树脂的导电环氧树脂附接或者通过如图3和图4所示的传感器管支撑部30进行热耦合。由此这些传感器管支撑部30为传感器管4和导热框架元件13之间提供热接触。传感器管支撑部30可以包括可变形材料，优选地设置有金属涂层或编织的金属网。在优选的实施例中，设有两个对称放置的传感器管支撑部30，而在另一个优选的实施例中，增加了第三传感器管支撑部30，以支撑传感器管4的中部。对于一些传感器管，可能需要更多的支撑部30。

导热框架元件13是呈印刷电路板(PCB)14的形式，或包括印刷电路板(PCB)14。印刷电路板14优选地由金属制成，更优选地由铝(Al)或铜(Cu)制成。然而，其他具有适当热特性的材料也是可以设想的。导热框架元件13一般可由具有合适的比热容、热导率、密度和/或热扩散率的材料制成，如金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、氧化锆(Zi)或扎马克锌基压铸合金(Zamak)、不锈钢(RVS)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、金刚石、石墨烯或石墨。导热框架元件13也可以包括合成物或层压物，该合成物或层压物包括上述材料，或者所述材料可以是导热框架元件13上的涂层。

印刷电路板14优选地包括(所有)流量传感器电子器件15(请参考图3)，即流量传感器电子器件15(全部)附接到导热框架元件13。

如图1、图3、图9和图10所示，包括PCB14的导热框架元件13可以形成流量传感器包围部25，其中流量传感器电子器件15、优选地是所有(温度敏感的)流量传感器电子器件15由流量传感器包围部25所包围。PCB14可以是单层PCB、双层PCB、或多层PCB。优选地，PCB14包括一个或多个附加传感器17，传感器17选自温度传感器、湿度传感器、电导率传感器和/或压力传感器。PCB14还可以设置有连接器(未显示)，用于提供与外部计算机系统(未示出)的数据连接。

如图1至图7C所示，热式流量传感器1可以包括可弹性变形和/或可塑性变形的变形部20，变形部20具有接触表面21，接触表面21用于接触主通道部分3b，以与主通道部分3b建立优化的导热接触(即，用以进一步均衡温度)。优选地，导热框架元件13处于预紧状态，以将变形部20的接触表面21压抵主通道部分3b。接触表面21优选地至少部分是圆形的，从而即使在热式流量传感器1的纵轴线可能不完全垂直于主通道部分3b时，仍然提供与主通道部分3b的优化接触。

变形部20可以包括靠近接触表面21的中央开口36和/或两个侧开口37。两个侧开口37可布置用于接收附接/连接装置22，附接/连接装置22例如是铆钉或螺栓，用于将变形部20连接到基座部分2，例如将变形部20连接到基座部分2的一侧或两个相对侧。变形部20以这样的方式构造和/或连接到基座部2：即在使用过程中，接触表面21压抵在主通道部分3b上，以确保良好的热接触。

进一步参考图4，导热框架元件13与传感器管4接触，以通过传感器管支撑部30(分别在图4中的左侧和右侧)提供热短路。

为确保与主通道部分3b有良好的热接触，导热框架元件13的底部设置有呈“弹性”元件20形式的变形部20，弹性元件20优选地由相同材料制成。弹性元件20设计成使得弹性元件20总是对主通道部分3b施加力。

弹性元件20优选地以此方式调整自身：弹性元件20首先被推过弹性变形区，以进入塑性变形区。弹性元件20所施加的力明确限定在狭窄的带宽内。因此，用弹性元件20实现所要求的重复性的热接触。

尽管主要目的是通过导热框架元件13和主通道部分3b之间高度持续的接触来保证热接触，但弹性元件20的弹性在吸收冲击或振动方面也提供了附加功能，此在单独的多个热式流量传感器1之间也(几乎)是一样的。

弹性元件20可以是弹性变形的，也可以是塑性变形的，或者既是弹性变形的也是塑性变形的。

导热框架元件13的变形部或弹性元件20可以包括中央开口36，用于允许接触表面21与主通道部分3b的弹性接触，从而允许变形部或弹性元件20在与主通道部分3b接触时被轻微压缩。中央开口36成形为可预测地变形或压缩以确保持续的热接触，并成形为限制应变和疲劳。中央开口36可以是矩形、经修改的矩形(图7A)、圆形、半圆形、方形、经修改的方形或经修改的沙漏形。中央开口36优选地是三角形、经修改的三角形、倒圆的三角形(图7C)、倒置T形、倒圆的倒置T形(图7B)、椭圆形(图7D)、经修改的椭圆形、半圆形、月牙形、心形(图7E)、经修改的心形，或更优选地是花括号底式心形(accolade heart shape)(如图4至图6所示)。

在另一个相关的实施例中，变形部或弹性元件20包括一个或多个悬臂，悬臂可以在与主通道部分3b接触时被压缩，以确保持续的热接触。

包括中央开口36或悬臂的各个实施例也可以是传统框架元件的一部分。

在优选的实施例中，与主通道部分3b接触的各接触点，尤其是与主通道部分3b的包含层流元件(LFE)38的部分接触的各接触点处于同一温度。为了实现这一点，框架元件13之间的接触点定位在尽可能靠近LFE38的位置。因此，热输入优选地位于对称的热点上。接触点的形状可以不同。

导热框架元件13可以是近似I型的，其中I型框架的一端(即底端)包括变形部20，并且I型框架的至少两个传感器管支撑部分30与第一管部5和第二管部8接触。可替换地，导热框架元件13可以是近似T形的。

如图8和图9所示，PCB14可以包括一条或多条折弯线18。折弯线可以是适合于使所选材料折弯或成型折弯或折弯成型的任何类型。有利的是，PCB14可以通过沿一条或多条折弯线18折弯材料板19而折弯成操作使用的形状，材料板19特别地是金属板，如铝板或铜板。折弯线可以包括虚线。激光切割是制作虚线的一种优选方法。

如前所述，导热框架元件13可以形成流量传感器包围部25，将传感器管4并且可选地将基座部分2包围起来。材料板19可以沿着折弯线18折弯，以形成这样的包围部25。可替换地，如图9和图10所示，材料板19可以沿着折弯线18折弯以形成流量传感器包围部25，以保护流量传感器1内部免受外界影响。另一流量传感器壳体，比如盖件(未示出)，也可以容纳流量传感器包围部25。优选的是，这样的盖件只接触基座部分2。优选地，盖件与导热框架元件13、传感器管4和感测/加热元件12之间避免接触。因此，流量传感器包围部25保护和支撑传感器管4。流量传感器壳体可以通过封装流量传感器包围部25来提供附加的保护和隔绝层。流量传感器包围部25和流量传感器壳体可以保护传感器免受气流的影响。

图8至图10还为变形部20的接触表面21提供了另一可替代方案，即把传感器管4和基座部分2包裹在用作框架元件13的折弯的材料板19中。折弯的材料板19包含传感器管支撑部30和两条折弯线之间作为接触表面21的部分，该接触表面21具有开口，用于传感器管4的入口6和出口9的开口。折弯的材料板19的接触表面21与主通道部分3b接触。在此，大面积的接触促进热平衡。

如前所述，本发明的另一个方面涉及一种用于上述热式流量传感器1的导热框架元件13，导热框架元件13的形式为印刷电路板(PCB)14，构造成与热式流量传感器1的第一管部5、第二管部8和主通道部分3b接触，以均衡第一管部5、第二管部8和主通道部分3b之间的温度梯度。

本发明的又一方面涉及一种制造上述导热框架元件13的方法，包括：

-制造呈印刷电路板(PCB)14的形式的导热框架元件13，其中，导热框架元件13构造成与热式流量传感器1的第一管部5、第二管部8和主通道部分接触，以均衡第一管部5、第二管部8和主通道部分之间的温度梯度。如前所述，PCB14可以通过沿一条或多条折弯线18折弯材料板19而折弯成操作使用的形状，即最终形状，材料板19特别地是金属板，如铝板或铜板。其中，PCB14可以成形为包括可弹性变形和/或可塑性变形的变形部20，变形部20具有接触表面21，用于接触主通道3，其中导热框架元件13优选地构造成用于在预紧状态下将变形部20的接触表面21压抵主通道3。

本发明的另一个方面涉及一种制造上述热式流量传感器1的方法，包括：

-为待确定流量的介质提供主通道部分3b，

-提供传感器管4，该传感器管4具有：

第一管部5，带有用以流体连接到主通道3的入口6，

相对的第二管部8，带有用以流体连接到主通道的出口9，

感测部11，其连接第一管部5和第二管部8，以允许流体从入口6向出口9流过传感器管4，

至少两个感测或加热元件12，用于测量传感器管4中的温度差或功率差，以确定流量，

-提供导热框架元件13，该导热框架元件13至少与第一管部5、第二管部8以及主通道部分3b接触，构造成用于均衡整个热式流量传感器1的温度梯度，尤其是用于均衡第一管部5、第二管部8和主通道部分3b的温度梯度，其中，导热框架元件13是印刷电路板(PCB)14。

其中，呈印刷电路板(PCB)14形式的导热框架元件13可以用上述方法制造。

图5和图6以平面视图以及透视图示出PCB14形状的几个示例。PCB14的形状可以包含(横向)凹槽33和/或(横向)突起，用于在PCB14周围对电线16进行优化布线，从而尽可能地避免电线16的张力。从实践来看，特别是图6的具有对称的布线支撑部分31的示例，有利于减小电线16上的张力，同时提供热学优化和柔性的PCB14设计。

附图标记列表

1.热式流量传感器

2.基座部分

3.主通道；3b主通道部分

4.传感器管

5.第一管部

6.入口

7.连接装置

8.第二管部

9.出口

10.-

11.感测部

12.感测/加热元件

13.导热框架元件

14.印刷电路板(PCB)

15.流量计电子器件

16.电线

17.附加传感器

18.折弯线

19.材料板

20.变形部

21.接触表面

22.附接/连接装置

23.-

24.-

25.流量传感器包围部

26.-

27.-

28.隔绝件

29.-

30.传感器管支撑

31.电线支撑部

32.-

33.横向凹槽

34.-

35.-

36.中央开口

37.侧开口

38.层流元件

Claims (22)

1.一种用于流量计的热式流量传感器(1)，包括：

主通道部分(3b)，包括用于待确定流量的介质的主通道(3)，

传感器管(4)，具有：

第一管部(5)，带有用以流体连接到所述主通道的入口(6)，

相对的第二管部(8)，带有用以在另一下游位置流体连接到所述主通道的出口(9)，

感测部(11)，其连接所述第一管部(5)和所述第二管部(8)，以允许流体从所述入口向所述出口流过所述传感器管，

至少两个感测或加热元件(12)，用于测量所述传感器管中的温度差或功率差，以确定流量，

导热框架元件(13)，其至少与所述第一管部、所述第二管部以及所述主通道部接触，构造成用于均衡所述热式流量传感器的所述第一管部、所述第二管部和所述主通道部分之间的温度梯度，其中，

所述导热框架元件(13)是印刷电路板(PCB)(14)。

2.根据权利要求1所述的热式流量传感器(1)，其中，所述PCB(14)由金属制成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述PCB(14)包括流量传感器电子器件(15)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述PCB(14)是单层PCB、双层PCB或多层PCB。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述PCB(14)包括至少一个附加传感器(17)，所述附加传感器选自温度传感器、湿度传感器、电导率传感器和/或压力传感器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述PCB(14)包括一条或多条折弯线(18)，其中，通过沿所述一条或多条折弯线折弯材料板(19)将所述PCB折弯成操作使用的形状，所述材料板特别地是金属板，例如铝板或铜板。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，包括通过连接装置(7)连接到主通道部分(3b)的基座部分(2)，其中，所述导热框架元件(13)包括可弹性变形和/或可塑性变形的变形部(20)，所述变形部带有用于接触所述主通道部分(3b)的接触表面(21)，所述热式流量传感器具有用于将所述变形部附接到所述基座部分(2)的附接装置(22)，其中，所述导热框架元件(13)优选地处于预紧状态，以便将所述变形部的所述接触表面压抵所述主通道部分。

8.根据权利要求7所述的热式流量传感器(1)，其中，所述变形部(20)包括靠近所述接触表面的中央开口(36)。

9.根据权利要求8所述的热式流量传感器(1)，其中，所述中央开口(36)是经修改的三角形、倒圆的倒置T形、经修改的椭圆形、心形或桃心形。

10.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，包括基座部分(2)和流量传感器包围部(25)，基座部分(2)通过连接装置(7)连接到所述主通道部分(3b)，流量传感器包围部(25)由所述框架元件(13)形成的，且优选地为折弯的，所述流量传感器包围部包围所述传感器管(4)并且可选地包围所述基座部分(2)。

11.根据权利要求10所述的热式流量传感器(1)，其中，流量传感器壳体容纳所述流量传感器包围部(25)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述PCB(14)由铝或铜制成。

13.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述导热框架元件(13)是集成的流量计部分。

14.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述导热框架元件(13)是由一个材料板制成的。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述导热框架元件包括在所述流量计的前部和后部的两个部分。

16.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述导热框架元件(13)在所述传感器管的相对两侧向所述传感器管(4)提供支撑，特别地是提供侧向支撑。

17.根据权利要求16所述的热式流量传感器(1)，其中，所述导热框架元件(13)包括用于支撑所述传感器管(4)的支撑部件(30)。

18.根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)，其中，所述导热框架元件(13)与所述主通道部分(3b)直接物理接触和/或热接触。

19.一种制造用于根据前述权利要求中任一项所述的热式流量传感器(1)的导热框架元件(13)的方法，包括：

-制造呈印刷电路板(PCB)(14)的形式的所述导热框架元件(13)，其中，所述导热框架元件(13)构造成与所述热式流量传感器(1)的所述第一管部(5)、所述第二管部(8)和所述主通道部分(3b)接触，用于均衡所述第一管部、所述第二管部和所述主通道部分之间的温度梯度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述PCB(14)包括一条或多条折弯线(18)，进一步包括：

-通过沿所述一条或多条折弯线折弯材料板(19)将所述PCB折弯成操作使用的形状，所述材料板特别地是金属板，如铝板或铜板。

21.根据权利要求19或20所述的方法，进一步包括：

-将所述PCB(14)成形为包括可弹性变形和/或可塑性变形的变形部(20)，所述变形部带有用于接触所述主通道部分(3b)的接触表面(21)，所述热式流量传感器具有用于将所述变形部附接到基座部分(2)的附接装置(22)，所述基座部分通过连接装置(7)连接到所述主通道部分(3b)，其中，所述导热框架元件(13)优选地构造成处于预紧状态，以便使所述变形部的所述接触表面压抵所述主通道部分。

22.一种制造根据权利要求1至18中任一项所述的热式流量传感器(1)的方法，包括：

-提供主通道部分(3b)，所述主通道部分包括用于待确定流量的介质的主通道(3)，

-提供传感器管(4)，所述传感器管具有：

第一管部(5)，带有用以流体连接到所述主通道的入口(6)，

相对的第二管部(8)，带有用以流体连接到所述主通道的出口(9)，

感测部(11)，其连接所述第一管部和所述第二管部，以允许流体从所述入口向所述出口流过所述传感器管，

至少两个感测或加热元件(12)，用于测量所述传感器管中的温度差或功率差，以确定流量，

-提供导热框架元件(13)，所述导热框架元件至少与所述第一管部、所述第二管部以及所述主通道部分接触，构造成用于均衡所述第一管部、所述第二管部和所述主通道部分之间的温度梯度，其中，所述导热框架元件是印刷电路板(PCB)(14)。

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