CN1993605A - 一次性使用的流体流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一次性使用的流体流量传感器，该流体流量传感器通常包括流通道组件，该流通道组件包括与一次性使用的流通道部分连接的流通道管。传感器模位于接近于由一次性使用的流通道部分形成的薄接触面或薄膜的位置，以使传感器模测量流体流量，该流体流过所述流通道管和所述流通道组件的所述一次性使用的流通道部分。此外，还可提供一种基板，传感器模在该基板上形成并位于该基板上。还提供一种密封件，该密封件用于将一次性使用的流通道部分密封到流通道管。这种流量传感器可在“非隔离”传感器模方法的环境中实现，在“非隔离”传感器模方法中，传感器模、基板和液流管装配在一起以构成完整的一次性使用组件，在该一次性使用组件中，薄接触面不覆盖传感器模。流量传感器还可在“隔离”传感器模方法的环境中实现，在“隔离”传感器模方法中，薄膜材料或薄接触面阻止流体接触传感器模的表面。在这种“隔离”的构造中，传感器模实际上不是一次性使用的液流管组件的一部分。在这种方法中，一次性使用部分仅是液流管自身。

Description

一次性使用的流体流量传感器

相关申请的交叉引用

本专利申请主张根据美国法典第35条119(e)款的临时专利申请No.60/578,280的优先权，该专利申请的发明名称为“一次性使用的流体流量传感器”，于2004年6月8日提交，且其公开内容通过引用结合在本发明之中。

技术领域

实施例总体上涉及流量传感装置和技术。实施例也涉及一次性使用的流量传感器包。实施例也涉及传感器模(die)及其电子处理器件。

背景技术

许多传感应用要求使用液体流量传感器。例如，在各种商业的、工业的和医学的应用中，流量传感器可用于测量流速。范围从供应麻醉剂的便携式呼吸器到化学工厂中的大规模的炼油厂的各种医学、处理和工业应用，要求使用流量传感器。在这些应用中，流量控制是适当操作的内在方面，适当操作能够部分地通过利用流量传感器测量流体在流动系统内的流速而获得。例如，在医学应用中，通常要求精确地测量引入内科病人静脉内的流体的流速并因此而控制这样的流体的流速。

在许多流动系统中，例如可燃气体流动系统包含甲醇和水的二元混合物，流体的化学成分可频繁地变化。也可以要求特别的流动系统来流动多于一种流体，这些流体具有不同化学和热物理特性。例如，根据处理的需要，在传递N₂气体的半导体处理系统中，N₂气体有时可由H₂气体或氦气代替；或者在天然气测量系统中，天然气的成分可由于气体的不均匀的浓度分布曲线而变化。这样，测量流体的流速，包括不同化学成分(例如，不同密度、导热性、比热等)的流速，要求精确和有效的流量传感器装置。

在许多流量传感应用中，需要有一种一次性使用的流量传感器装置。一次性使用装置的优点在于能够大量地制造且成本低廉。这些装置非常适用于有限使用用途。常规流量传感器包的问题之一是难以将这些装置构造成既适于有限使用又可以以廉价且有效的方式制造。可以相信，本说明书中所公开的流量传感器装置克服了常规流量传感器装置的局限性。

发明内容

提供本发明的下述概要以便于对本发明的一些独特的创新特征的理解，并且该概要不意味着全面的描述。对本发明的不同方面的全面理解可通过总体上了解全部的说明书、权利要求、附图和摘要来获得。

因此，本发明的一个方面是提供一种改进的流量传感装置。

本发明的另一个方面是提供一种一次性使用的流量传感器。

本发明的再一个方面是提供一种传感器模及其电子处理器件。

本发明上述的方面以及其它目的和优点能够如所描述的那样实现。本发明公开了一种一次性使用的流体流量传感器，这种一次性使用的流体流量传感器通常包括液流通道组件，该液流通道组件包括与一次性使用的液流通道部分连接的液流通道管。传感器模也可位于接近于薄接触面或者薄膜处，该薄接触面或者薄膜由一次性使用的液流通道部分形成。传感器模可测量流体流量，该流体流过液流通道组件的液流通道管和一次性使用的液流通道部分。

优选的是，薄接触面可在隔离的传感器模构造环境中实现，本说明书详细描述这种隔离的传感器模构造。在这种“隔离的”传感器模方法中，薄膜材料或薄接触面阻止流体接触传感器模的表面。在这种“隔离的”系统中，传感器模实际上不是一次性使用的液流管组件的一部分，在此方法中，一次性使用部分仅是液流管本身。

此外，还可以提供一种基板，传感器模在这种基板上形成并位于该基板上。还可以提供一种密封件，以将一次性使用的液流通道部分密封到液流通道管。例如，薄接触面可包括聚酯。另外，液流通道管和一次性使用的液流通道部分一起可形成连续的液流通道，流体穿过该液流通道流动。可将液流通道本身构造成D形液流通道或者三面液流通道。另外，还可提供信号处理电子装置，该信号处理电子装置与流量传感器连通。

附图说明

附图对本发明进行图示，并且连同对本发明的详细描述一起用来解释本发明的原则，在这些附图中，相同的参考数字在整个单独的视图中指相同的或在功能上类似的元件，这些附图结合在说明书中并构成说明书的一部分。

图1示出了一次性使用的流体流量传感器的透视图，根据本发明的优选实施例能够实现一次性使用的流体流量传感器；

图2示出了根据本发明的替代实施例的、示于图1中的流体流量传感器的侧视图；

图3示出了能够根据本发明的替代实施例实现的D形液流通道；

图4示出了根据本发明的替代实施例的、与流量传感器的薄壁面接触的三面的流通道；

图5示出了根据本发明的替代实施例能够实现的、非隔离的流量传感器构造截面侧视图；以及

图6示出了根据本发明的替代实施例能够实现的、用于流量传感器的D形液流通道构造。

具体实施方式

仅仅为了示出本发明的至少一个实施例而可对在这些非限制的示例中所讨论的特别值和构造进行改变和引用，且并不旨在限定本发明的范围。

图1示出了一次性使用的流体流量传感器100的透视图，根据本发明的优选实施例能够实现这种流体流量传感器100。流体流量传感器100通常包括液流通道管102，该液流通道管102包括进口部分104和出口部分106。通常用箭头107表示流体流入进口部分104和流出出口部分106。在图1示出的构造中，液流通道组件108通常包围液流通道管102并可连接到基板101，多个电子器件112、114、116、118、120、124、126和128可在基板101上形成并位于基板101上。注意电子器件112、114、116、118、120、124、126和128可以是，例如，电子触点，电线和其它电触点与这些电子触点连接，以提供电信号并与流体流量传感器100连通。

注意图1示出了优选实施例，图2示出了替代实施例，但在两种构造中利用类似的部件和参考数字用来指类似或相同的器件。在图1中所公开的实施例通常指一种布置，在此布置中，传感器模、基板和液流管可装配在一起成为一个完整的一次性使用的组件，如液流通道组件108。图1中示出的方法示出了“非隔离”传感器模方法，在“非隔离”传感器模方法中，薄接触面未覆盖其传感器模。在“非隔离”方法中，介质通常流过裸露的传感器模110。

另一方面，示于图2的构造示出了替代一次性使用的液流传感器构造，这种构造可称为“隔离的”方法。在图2所示的构造中，可实现薄膜或接触面，该薄膜或接触面阻止流体接触传感器模的表面(即参看图2)。在这种构造中，传感器模不是一次性使用的液流管组件的一部分，即，一次性使用部分仅是液流管。注意在隔离的组件的情况下，如图2所示，传感器模110可位于一次性使用面或液流通道的持久面的部分上。

因此，图2示出了图1所示的液流传感器100的替代形式。在示于图2的替代实施例中，提供传感器模110，该传感器模110位于接近于薄膜或薄接触面111的位置。注意薄接触面111可由一种材料形成，诸如，例如，.001英寸的聚酯材料。

薄接触面111是用于获得最小功率耗散和最大灵敏度的重要特征。通过一次性使用的液流通道部分121的流体流通常由箭头107表示。注意在图1至图4中，相同的或相似的部分或器件通常由相同的参考数字表示。密封件131可位于一次性使用的液流通道部分121与液流通道管102之间。在图2示出的构造中，传感器模110通常位于与膜或者薄接触面111紧密接触的位置。

可将传感器模110构造成坚固的流量传感器模，该传感器模与液流通道通过界面连接，且液流通道由液流通道管102和一次性使用的液流通道部分121形成。根据设计考虑，一次性使用的液流通道部分121和液流通道管102可彼此结合在一起或者作为单独的器件通过界面连接。这样，由一次性使用的液流通道部分121和液流通道管102形成的液流通道与坚固的流量传感器模110一起可与持久的位于下面的电子装置通过界面连接，例如，电子器件114、116、118、120、124、126和128。例如，信号处理电路可与电子器件114、116、118、120、124、126和128连接。例如，在医学应用中，液流通道管102可作为IV管装置实现，该IV管装置用于将盐或者其它流体包括血液通过静脉传输给患者。

一般来讲，图1所示的实施例由几个部分或者元件构成，包括传感器模110、基板101、密封件131和液流通道组件108。根据设计考虑，传感器模110既可利用明线(front wire)结合又可利用贯通晶片互连技术。基板101既可以是刚性的也可以是挠性的或者是它们的结合。根据设计考虑，密封件131可以是环氧预成型件、O型环和、或弹性体。由液流通道管102和、或一次性使用的液流通道部分121形成的液流通道可用加工过的塑料和、或加工过的玻璃模制或成形。

这样，这四个元件——传感器模110、基板101、密封件131和液流通道组件108以形成防水密封的方式集合在一起，而同时确保适当的液流通道与传感器模110的对准并确保传感器模110和基板101之间的适当的电连接。因此，这种封装设计考虑到在传感器模110与位于下面的任何信号处理电子装置之间的快速和流畅的接触面。

图3示出了D形液流通道120，可根据本发明的替代实施例来实现这种D形液流通道120。在图3中，传感器模110位于接近于薄接触面111的位置，该薄接触面111形成D形管109的D形液流通道120的壁的一部分。因此，图3所示出的D形管109类似于图1至图2所示的液流通道管102和、或一次性使用的液流通道部分121。

根据本发明的替代实施例，图4示出了与液流传感器的薄壁111通过界面连接的三面液流通道122。在图3中，传感器110位于接近于薄壁或接触面111的位置，该薄壁或接触面111形成矩形管113的三面液流通道122的壁中的一个。注意图4所示的矩形管112通常类似于图1至图2所示的液流通道管102和、或一次性使用的液流通道部分121。

根据本发明的替代实施例，图5示出了图1至图2所示的一次性使用的流体流量传感器100的透视图。在图1至图2和图5中，相同或相似的部分或元件通常用相同的参考数字示出。不过，注意在图5中示出了代表信号处理电子装置134的方框，以表明液流传感器100可与这样的信号处理电子装置134连通。

根据设计考虑，液流传感器100通常能具有5uL/min到500mL/min的流量范围以及约2％至4％的精度。另外，传感器模110可作为非隔离的模来实现，这种非隔离的模与生物相容性材料以及低成本、一次性使用的封装和耐久的电子装置连接。液流传感器100的应用包括，例如，容积灌输泵、注射器泵、腹膜透析设备、胰岛素灌输泵和芯片实验室装置。

在本说明书描述的流体流量传感器100的情况下，流体可在实际上接触传感器模110(即，非隔离传感器模)的表面并且因此传感器模110的表面平面会与管子壁的平面成直线，以消除流体的任意“袋”或者“腔”，该流体来自通过塑料管(即，液流通道管102和、或一次性使用的液流通道部分121)的液流路径。

因此就可以实现如图3所示的用于传感器模110上方的液流路径的“D”形通道设计。另外，根据设计考虑，注意本发明用到的术语“流体”可指液体和、或气体。这样，在一个实施例中，流体流量传感器100可用于感测液体的流量，而在另一个实施例中，流体流量传感器100可感测气体的流量。且在再一个实施例中，流体流量传感器100可用于感测气体和液体的流量。

图6示出了非隔离的流量传感器构造的截面侧视图；可根据本发明的替代实施例来实现该非隔离的流量传感器构造。注意在图1和图5中，相似或相同的部分或元件通常由相同的参考数字表示。图6示出了流量传感器160，该流量传感器160包括传感器模110、基板101和液流通道组件108。图6的流量传感器160类似于本说明书所示出的流量传感器100。不过，在图6的构造中，传感器模110位于液流通道管102的半径的切线上。

另一方面，图7示出了用于流量传感器170的D形液流通道构造，可根据本发明的替代实施例来实现该流量传感器170。流量传感器170类似于流量传感器160和流量传感器100，不同之处在于，在图7所示的构造中，传感器模110突入液流中，并在传感器模110上方产生D形液流通道。这样，图7中的构造类似于图3中的D形构造。

在前面所进行的描述的基础上，可以理解所公开的一次性使用的流体流量传感器，这种一次性使用的流体流量传感器通常包括液流通道组件，该液流通道组件包括与一次性使用的液流通道部分连接的液流通道管。传感器模位于接近于由一次性使用的液流通道部分形成的薄接触面或薄膜的位置，以使传感器模测量流过液流通道管和液流通道组件的一次性使用的液流通道部分的流体的流量。此外，还可提供基板，传感器模在该基板上形成并位于该基板上。还可提供密封件，这种密封件用于将一次性使用的液流通道部分密封到液流通道管。

这样的流量传感器可在“非隔离”传感器模方法的环境中实现，在这种“非隔离”传感器模方法中，传感器模、基板和液流管装配在一起成为完整的一次性使用的组件，在这种组件中，薄接触面不覆盖传感器模。或者，液流传感器可在“隔离”传感器模方法的环境中实现，在“隔离”传感器模方法中，薄膜材料或薄接触面阻止流体接触传感器模的表面。在这种“隔离”构造中，传感器模实际上不是一次性使用组件的一部分。在这种方法中，一次性使用部分仅是液流管自身。

本说明书所列出的实施例和例子对本发明和及其实际应用进行了最好的说明，并因此使本领域中熟练的技术人员能够制造并利用本发明。不过，本领域中熟练的技术人员会认识到，前面的描述和示例仅为图示和示例的目的而提出。本领域中熟练的技术人员会明白其它的不同变化和修改，并且所附的权利要求书旨在包括这些变化和修改。

所列出的描述并不旨在详尽地对本发明进行描述或者对本发明进行限制。根据上述教导可进行多种修改和变化，而并不背离下面的权利要求书的范围。预期本发明的使用可涉及具有不同特征的器件。本发明的范围旨在由所附的权利要求书所限定，并认识到所有方面的等同物。

本发明实施例中所要求的专有权利在下文的权利要求中界定。本发明的权利要求如下。

Claims (20)

1.一种一次性使用的流体流量传感器，包括：

流通道组件，所述流通道组件包括与一次性使用的流通道部分相关联的流通道管；

传感器模，所述传感器模接近薄接触面定位，所述薄接触面由所述一次性使用的流通道部分形成，其中，所述传感器模测量流体流量，所述流体流过所述流通道组件的所述流通道管和所述一次性使用的流通道部分；以及

基板和密封件，所述传感器模形成并定位于所述基板上，所述密封件用于将所述一次性使用的流通道部分密封到所述流通道管。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述薄接触面包括聚酯。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述流通道管和所述一次性使用的流通道部分一起形成连续的流通道，流体能够通过所述流通道流动。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：所述流通道包括D形流通道。

5.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：所述流通道包括三面流通道。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：还包括信号处理电子装置，所述信号处理电子装置与所述传感器模连通。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：将所述传感器模、所述基板和所述流通道组件布置在一起以构成完整的一次性使用的组件。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述薄接触面阻止所述流体接触所述传感器模的表面。

9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述传感器模位于所述流通道管的半径的切线上。

10.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述密封件包括O型环。

11.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述密封件包括弹性体。

12.一种一次性使用的流体流量传感器，包括：

流通道组件，所述流通道组件包括与一次性使用的流通道部分相关联的流通道管；其中，流通道管和所述一次性使用的流通道部分一起形成连续的流通道，流体能够通过所述流通道流动；

传感器模，所述传感器模接近薄接触面定位，所述薄接触面由所述一次性使用的流通道部分形成，其中，所述传感器模测量流体流量，所述流体流过所述流通道组件的所述流通道管和所述一次性使用的流通道部分；以及

基板和密封件，所述传感器模形成并定位于所述基板上，所述密封件包括O型环，所述O型环用于将所述一次性使用的流通道部分密封到所述流通道管；以及

信号处理电子装置，所述信号处理电子装置与所述传感器模连通。

13.一种一次性使用的流体流量传感器的方法，包括如下步骤：

将包括流通道管的流通道组件与一次性使用的流通道部分相关联；

将传感器模接近薄接触面定位，所述薄接触面由所述一次性使用的流通道部分形成，其中，所述传感器模测量流体流量，所述流体流过所述流通道组件的所述流通道管和所述一次性使用的流通道部分；以及

在基板上形成并定位传感器模；以及

提供密封件，所述密封件用于将所述一次性使用的流通道部分密封到所述流通道管。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：还包括提供为聚酯的所述薄接触面的步骤。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：还包括将所述流通道管和所述一次性使用的流通道部分布置在一起以形成连续的流通道的步骤，流体能够通过所述流通道流动。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括将所述流通道构造成包括D形流通道的步骤。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：还包括将所述流通道构造成包括三面流通道的步骤。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：还包括提供信号处理电子装置的步骤，所述信号处理电子装置与所述传感器模连通。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：还包括将所述传感器模、所述基板和所述流通道组件布置成完整的一次性使用的组件的步骤。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：还包括将所述薄接触面构造成阻止所述流体接触所述传感器模的表面的步骤。

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