CN201262559Y - 一种基于mems传感器的插入式流量测量装置 - Google Patents

一种基于mems传感器的插入式流量测量装置 Download PDF

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CN201262559Y CNU2008200151092U CN200820015109U CN201262559Y CN 201262559 Y CN201262559 Y CN 201262559Y CN U2008200151092 U CNU2008200151092 U CN U2008200151092U CN 200820015109 U CN200820015109 U CN 200820015109U CN 201262559 Y CN201262559 Y CN 201262559Y
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张洪朋
梅涛
张兴彪
顾长智
陈海泉
孙玉清
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Abstract

本实用新型涉及一种流量测量装置,尤其是一种基于MEMS传感器的插入式流量测量装置。该装置由测量管、探头、固定装置、二次仪表、高压取压口、低压取压口及传感器部分的MEMS敏感芯体、封装结构、信号线构成。该装置将MEMS敏感芯体置于探头内部,取压口也位于测量管内,取消了传统插入式流量计需要引压到管外的结构。根据流量-差压数学关系模型和现场实际标定,实现对流量的动态和稳态测量。本实用新型解决了传统插入式流量计动态特性差,误差大,损耗高等问题。

Description

一种基于MEMS传感器的插入式流量测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种流体流量测量装置,尤其涉及基于MEMS传感器的插入式流量测量装置。
背景技术
插入式流量计工作原理是,当流体流过探头时,在其前部产生一个高压分布区,高压分布区略高于管道的静压;根据伯努利方程原理,流体流过探头时速度加快,在探头后部产生一个低压分布区,低压分布区的压力略低于管道的静压;通过测取探头前后的压力差,进而得出管路流量。
此类流量计通常体积较大,给管路带来的能量损失较多,差压发生装置与差压变送装置分离,需要专门管路将压力差引到管外进行比较。这一方面容易积聚气体和脏垢,影响流量计的稳态测量精度,而增加维修维护成本;另一方面由于普通差压变送器的响应频率限制,使得流量计的动态响应很差,往往不能满足一些工业控制现场的需要,并且此类差压变送器加工成本较高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于MEMS传感器的插入式流量测量装置,解决传统插入式流量计动态特性差,误差大,损耗高等问题。
本实用新型的技术方案是:基于MEMS传感器的插入式流量测量装置,该装置由测量管1、探头2、固定装置3、二次仪表4、高压取压口8、低压取压口9及传感器部分的MEMS敏感芯体6、封装结构5、信号线7构成;探头2通过固定装置3固定在测量管1内部;MEMS敏感芯体6被封装在封装结构5中,置于探头2内部;封装结构5固定在探头2内部,开口处分别与高压取压口8和低压取压口9相通;高压取压口8与低压取压口9均设在探头2上,位于测量管1内部;MEMS敏感芯体6的两个取压管分别通过高压取压口8与低压取压口9接触高压和低压流体;信号线7与MEMS敏感芯体6连接后引出测量管1至二次仪表4。所述的MEMS敏感芯体6为硅微压阻式、压电式或电容式微型压力/压差敏感芯体。
本实用新型的原理是:根据伯努利方程可知,流体流过探头2时会产生对应于流量大小的压力差信号,该压力差信号被MEMS敏感芯体6测得并通过信号7线引出管外送至二次仪表4。根据流量——压差数学关系模型和现场实际标定,可以实现对流量的动态和稳态测量。
其流量方程为:
Q=CΔP
式中:Q——流量,m3/s
    C——流量系数
    ΔP——压差pa
本实用新型将MEMS传感器植入测量管1内部测量压差,不需要把压力引出管外进行比较,不存在引压管沿程压力损失,因此只需要很弱的节流作用即可实现测量,永久压力损耗低;采用探头2获取压差,重复型好,量程比宽,抗脏污能力强,信号稳定性好,不需要上游直管段,并能在较小的空间距离里实现更高的信号水平;取消了传统的布引压管线工程,减少了制造成本以及维护维修工作量,具有较高的测量精度;并应用质量和惯性都非常小的MEMS传感器,压差测取的时间常数很小,因此动态测量频率得到较大程度的提高;只需要很小的压差就能得到准确的测量效果,因此大大减小了插入式流量计的结构体积。本实用新型既能应用到一般的流体介质输送方面,也能有效完成对低静压、低流速流体的测量。
本实用新型的有益效果是:结构紧凑合理,使用方便,便于维护,不需要引压管路便可实现现场流量的低压损、微压差、高精度测量。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的示意图;
图2为本实用新型实施例2的示意图。
图中:1、测量管,2、探头,3、固定装置,4、二次仪表,5、封装结构,6、MEMS敏感芯体,7、信号线,8、高压取压口,9、低压取压口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,探头2通过固定装置3固定在测量管1内部,探头2前后分别有高压取压口8和低压取压口9;MEMS敏感芯体6在封装结构5内部进行测量;信号线7与MEMS敏感芯体6连接后引出测量管1至二次仪表4。测量管1中的流体流经探头2时,在探头2前部产生高压区域,探头2后部产生低压区域,根据伯努力原理可知,该探头2前后产生对应于流量大小的压力差,该压力差被MEMS敏感芯体6测得并通过信号线7引出测量管1送至二次仪表4。根据流量—差压数学关系模型和现场实际标定,可以实现对流量的动态和稳态测量。
实施例2
如图2所示,探头2通过固定装置3固定在测量管1内部,探头2前部和下部分别有高压取压口8和低压取压口9;MEMS敏感芯体6在封装结构5内部进行测量;信号线7与MEMS敏感芯体6连接后引出测量管1至二次仪表4。测量管1中的流体流经探头2时,在探头2前部产生高压区域,探头2下部产生低压区域,根据伯努力原理可知,该探头2前部和下部产生对应于流量大小的压力差,该压力差被MEMS敏感芯体6测得并通过信号线7引出测量管1送至二次仪表4。根据流量—差压数学关系模型和现场实际标定,可以实现对流量的动态和稳态测量。

Claims (2)

1、一种基于MEMS传感器的插入式流量测量装置,其特征在于,该装置由测量管(1)、探头(2)、固定装置(3)、二次仪表(4)、高压取压口(8)、低压取压口(9)及传感器部分的MEMS敏感芯体(6)、封装结构(5)、信号线(7)构成;探头(2)通过固定装置(3)固定在测量管(1)内部;MEMS敏感芯体(6)被封装在封装结构(5)中,置于探头2内部;封装结构(5)固定在探头(2)内部,开口处分别与高压取压口(8)和低压取压口(9)相通;高压取压口(8)与低压取压口(9)均设在探头(2)上,位于测量管(1)内部;MEMS敏感芯体(6)的两个取压管分别通过高压取压口(8)与低压取压口(9)接触高压和低压流体;信号线(7)与MEMS敏感芯体(6)连接后引出测量管(1)至二次仪表(4)。
2、根据权利要求1所述的一种基于MEMS传感器的插入式流量测量装置,其特征在于,所述的MEMS敏感芯体(6)为硅微压阻式、压电式或电容式微型压力/压差敏感芯体。
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