TWI391635B - 流量感測器 - Google Patents

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TWI391635B TW098110074A TW98110074A TWI391635B TW I391635 B TWI391635 B TW I391635B TW 098110074 A TW098110074 A TW 098110074A TW 98110074 A TW98110074 A TW 98110074A TW I391635 B TWI391635 B TW I391635B
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Ken Gunji
Yuta Oshima
Hironori Sakaguchi
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Description

流量感測器
本發明係有關一種流量感測器，其可測量流體之流率，本發明尤其是關於此種流量感測器的流道結構。
迄今，使用具有供流體流通的流道與面對該流道設置之感測器的流體感測器，以測量例如空氣等流體之流率已為眾所週知。此種流體感測器，例如日本公開第2003-149017號公報所揭露者，其在主塊之中具有供流體流通的流道。該主塊配置有上游側感測器流道連接於該流道之上游側、以及下游側感測器流道連接於該流道之下游側。另外，感測器管道交互連接該上游側感測器流道與該下游側感測器流道，而感測器元件係設置於該感測器管道中。
然而，前述習知技術中，該流體中包含於濕氣等有可能穿過該等流體通道之內壁面而侵入該上游側感測器流道、該感測器渠道與該下游側感測器流道之虞。因而，面向該感測器管道設置的該感測器元件可能因為入侵的濕氣等而失效，以致於該感測器元件無法可靠的測量流體流率。
本發明的主要目的在於提供一種流量感測器，其可防止濕氣入侵其感測器，以增進該感測器之耐久性，並且可避免因為濕氣等的附著而使偵測精度下降。
本發明的流量感測器係包括：本體，具有設置於流體流通路徑的上游側的第一通道、設置於相對於該第一通道的下游側的第二通道、與設置於該第一通道和該第二通道之間的節流部；設置於該本體內的偵測器，其可以偵測從該第一通道流向該第二通道的流體流率；偵測通道，面向該偵測器，並且分別與該第一通道與該第二通道連通，其中，係使該流體流經該等偵測通道且流向該偵測器；以及一對凸部，分別從該第一與第二通道的內壁面凸起，該等偵測通道係設置於該等凸部的內部，其中，該等偵測通道係經過該等凸部而開口於該等第一與第二通道。
茲配合藉由解說性範例顯示本發明較佳實施形態的附圖說明如下，使本發明之該等上述與其他目的、特性與優點更為顯而易見。
於第1圖，參照數字10表示根據本發明一實施形態的流量感測器。
如第1至4圖所示，該流量感測器包含：本體14，具有例如空氣、氮氣等供流體流通的洗道12；偵測器16，安裝於本體14上部，用以偵測流體流率；導入通道18，來自流體通道12的流體經由其導向該偵測器16；以及整流元件20，設置於流道12中，用以整流(rectify)(也就是矯直(straighten))流體之流動，且從流體移除碎屑等。
本體14係例如用金屬材料形成為管狀，而其供應流體之一端具有第一埠22，其供流體排放之另一端具有第二埠24。各螺紋22a、24a分別刻設在第一、第二埠22、24的內周面上，可以螺合、連接裝配件(fitting member)(圖未示)以連接管件等。此處，先描述當流體流通流量感測器10時，在上游側利用第一埠22，而在流量感測器10的下游測使用第二埠24的情形。
本體14中，流道12係沿著連接第一埠22與第二埠24直線的設置。流道12包含：鄰近第一埠22的第一通道26、鄰近第二埠24的第二通道28、與設置於第一通道26和第二通道28之間的連通通道(節流部)30。第一通道26從第一埠22之端部向第二埠24之側(以箭頭A的方向)延伸超過預定長度，而且，相對於第一埠22沿著徑向朝內的方向形成縮小的直徑。
同樣的，第二通道28從第二埠24之端部向第一埠22之側(以箭頭B的方向)延伸超過預定長度，而且，相對於第二埠24沿著徑向朝內的方向形成縮小的直徑。
連通通道30係設置於第一通道之該端部與26第二通道28之該端部之間，而於其內部，該連通通道30形成有相對第一與第二通道26、28之內周面凸起的環形壁部32。更詳言之，因為連通通道30係相對於第一與第二通道26、28以縮小的直徑形成，故流體從第一通道26流向第二通道28時，連通通道30的功用像節流閥，用以節流流體流率。
再者，一對第一、第二感測器通道(偵測通道)34、36形成於本體14中，其係以垂直於本體14軸向的徑向方向延伸。第一與第二感測器通道34、36係於第一通道26、第二通道28與本體14外部之間彼此連通。第一感測器通道34於環形壁部32附近形成開口進入第一通道26，並延伸至第一凸部38的內部，第一凸部38係相對於第一通道26的內周面徑向朝內凸起，而於其端部形成開口。
第二感測器通道36於環形壁部32附近形成開口進入第二通道28，並延伸至第二凸部40的內部。第二凸部40係相對於第二通道28的內周面徑向朝內凸起，而於其端部形成開口。第一與第二感測器通道34、36係設置於分別與環形壁部32分隔相同間距的位置(L1=L2，如第2圖所示)。如第4圖所示，第一與第二凸部38、40係以圓形剖面形成，而第一與第二感測器通道34、36分別形成於其中心。再者，第一與第二凸部38、40大致上以彼此相同之高度形成(T1=T2，如第2圖所示)。
詳言之，第一與第二感測器通道34、36之端部係於各別的部位形成開口，該等部位係在徑向朝內方向以預定高度(T1、T2)和第一與第二通道26、28的內周面分開。
另一方面，第一與第二感測器通道34、36的另一端部在本體14側面形成開口，偵測器16安裝於本體14上，俾覆蓋第一與第二感測器通道34、36的另一端部(見第1圖)。
偵測器16包含：中空殼體42、容置於殼體42內的基板44、設置於基板44的偵測元件46、開口於殼體42側面而用以供流體從第一感測器通道34導入的導入通道18、及電性連接基板44的導線48。
殼體42係以未圖示的螺栓鎖固於本體14，而且其中形成有導入通道18，導入通道18具有大致上為U形的剖 面，且形成於面對本體14的殼體42的底部。導入通道18之一端部連接於第一感測器通道34，而其另一端部連接於第二感測器通道36。因此，導入通道18係通過第一與第二感測器通道34、36而與第一與第二通道26、28連通。
密封環50經由圍繞導入通道18之開口的環形溝槽而分別配設於安裝在本體14的殼體42之側面，而夾置於殼體42與本體14之間。因此，可防止流體從第一與第二感測器通道34、36和導入通道18之間洩漏到外部。
基板44係平行於本體14的軸而設置，且設置於其底面的中心部，偵測元件46係面向導入通道18而配置。偵測元件46，能偵測例如導入通道18中的流體流率，其中偵測元件46的偵測結果係通過基板44與導線48而輸出到未圖示的控制器或顯示裝置。
整流元件20係以其中具有複數個開孔的薄板製成，該等開孔係形成使流體在通過其該等開孔時能穿透整流元件20。整流元件20係形成為圓形剖面，且呈複數個(例如六個)元件沿著本體14的軸向(箭頭A與B的方向)設置且嵌入第一通道26的擴徑部26a，並以相等間距分隔。此外，整流元件20係以環形隔片52夾置而彼此固定，該等環形隔片52係嵌入擴徑部26a。
另一方面，整流元件20也夾置在擴徑部28a之一端部與嵌入第二通道28的擴徑部28a的環形隔片52之間，藉以固定整流元件20於其中。
另外，設置有O型環54，使其頂抵(abut against)於 第一與第二擴徑部26a、28a開放端的整流元件20與環形隔片52，且該O型環54係以卡合於本體14內周面的閉鎖環58固定，且其間夾置有環形壓板56。因此，整流元件20與環形隔片52得以牢固的固定在第一與第二通道26、28內側，以防止該等構件的配合鬆動(loose fitting)及發出聲響。
以此方式，藉由在第一通道26與第二通道28內設置整流元件20，流經本體14以內部的流體通過其開孔而穿過整流元件20，藉以使流體獲得整流，俾流體可於穩定狀況導入第一與第二感測器通道34、36。因此，流體流率可以偵測器16偵測。
再者，藉由配設複數個整流元件20於第一通道26內，流體流通其間時，大量的碎屑等可以從上游側的第一通道26內側移除。另一方面，藉配設單一整流元件20於下游側的第二通道28內，流體雖僅有些微的機會逆流，但也可用整流元件20移除碎屑等。
流量感測器100中，如第5圖所示，複數個(例如六個)整流元件20可與第一通道26的方式相同地設置於第二通道28側。藉由設置如此結構，例如，就算是第二通道28側係配置於上游側，使流體從第二通道28流到第一通道26側，也可用複數個整流元件20可靠的移除碎屑物。另外，流體流經其間時，因為可以得到雙向整流的效果，流體感測器100在兩個方向都可以使用，因此包含本體14的流體感測器100不限使用於單向。
基本上，根據本發明之該實施形態的流體感測器10係如上所述構成。接下來，參照第1圖，解釋關於本發明的操作與效用。
首先，連接於管路的裝配件(未圖示)係連接至第一與第二埠22、24，而流體(如空氣)係供應至第一埠22。供應至第一埠22的空氣穿過複數個整流元件20，並流經其中而進入第一通道26。此時，流體中包含的碎屑等會被第一通道26內的該複數個整流元件20捕捉並移除。
此外，流體流經直徑縮小的連通通道30而進入第二通道28，而部分的流體流入第一感測器通道34且流經其間進入到導入通道18。導到導入通道18內的流體，流過導入通道18並通過第二感測器通道36之後，係導引進入第二通道28，然後流體匯流入從第一通道26流經連通通道30的的流體，接著一起流向第二埠24之側(以箭頭A的方向)。同時，在導入通道18內的流體流率係以偵測元件46偵測。流率係作為偵測訊號經基板44與導線48輸出給控制器、顯示裝置等。
此時，流體中含有濕氣、油類(oils)等W的情形常常會發生，如第2圖所示。此類濕氣、油類等W會附著於第一通道26之內周壁而隨著流體的流動逐漸向下游側移動(以箭頭A的方向)。例如，第6圖所示的習知流體感測器10a中，濕氣、油類等W已經過本體14之流道12之內周面，且侵入開口在該內周面的第一感測器通道34，而且毫無窒礙的移動經過第一感測器通道34到偵測器16側，附著於偵測元件46上。此類型的偵測元件46多半容易受到濕氣、油類等W的傷害，而因此有偵測元件46會因為如此濕氣、油類等W的附著而受損或故障的顧慮。
相對於習知技術，根據本發明，如第2圖所示，因為第一與第二感測器通道34、36分別用從第一與第二通道26、28的內周面凸起的第一與第二凸部38、40形成開口進入第一與第二通道26、28，向本體14的下游側移動而穿越第一與第二通道26、28的內周面的濕氣、油類等W會受到阻擋得以防止其直接進入、侵入第一與第二感測器通道34、36。
以前述方式，根據該第一實施形態，開口於第一與第二通道26、28側之第一與第二感測器通道34、36的端部，係在從第一與第二通道26、28的內周面以徑向朝內方向凸起的第一與第二凸部38、40形成開口。藉此結構，就算在流體含有的濕氣、油類等W附著於第一與第二通道26、28的內周面的情形下，此種濕氣、油類等W亦會受到阻擋而無法直接進入、侵入第一與第二感測器通道34、36。
更詳言之，導引一部分流體流到偵測器16的第一感測器通道34的開口端部，與導引已通過偵測器16後的流體離開的第二感測器通道36的開口端部，並非直接分別開口於第一與第二通道26、28的內壁面。反而是利用簡單的結構，藉著在從第一與第二通道26、28凸起的第一與第二凸部38、40上形成開口的第一與第二感測器通道34、36，可以防止濕氣、油類等W侵入第一與第二感測器通道34、36。
結果，構成偵測器16的偵測元件46不會受到濕氣、油類等W附著其上的損害，從而偵測器16的耐久性增強，而且也使偵測器16的維護週期得以延長。
再者，偵測器16被濕氣、油類等W附著的隱憂，也就是偵測精度的下降，不會發生，所以偵測流率的精度總是很高。
接著，參考第7至9圖根據改良例說明具有第一凸部110、122、132、142與第二凸部112、124、134、144之流量感測器。
首先，說明關於第7圖所示的流量感測器114的第一與第二凸部110、112。配置在第一通道26的第一凸部110被設置成其與環形壁部32的分隔距離係大於配置於第二通道28的第二凸部112。具體而言，第一凸部110與環形壁部32之間的距離L3係設定成大於第二凸部112與環形壁部32之間的距離L4(L3>L4)。
以此方式，由於具有連通通道30當作節流閥的流體感測器114，當與具有連通通道30的環形壁部32的距離確保，而使上游側的第一凸部110與環形壁部32之距離比設置於下游側的第二凸部112更遠時，會導致較佳狀況。例如，第一凸部110的距離L3設定為大致上等於第一通道26的內徑，而第二凸部112的距離L4設定為第二通道28內徑的一半。
再者，如第8圖所示的流體感測器120，當第一凸部122相對於第一通道26的內周面的高度T3與第二凸部124相對於第二通道28的內周面的高度T4不同時，也會產生較佳的狀況。於此情形中，相較於第一凸部122的高度T3，第二凸部124的高度T4係被設成比較大(T3>T4)。
以此方式，藉由改變第二凸部124之高度T4相對於第一凸部122之高度T3，可以控制本體14內流動的流體產生的壓差。例如，如上所述，藉設定第二凸部124的高度T4使其大於第一凸部122的高度T3，相較於第一與第二凸部122、124的高度相等的情形，壓差可以減低。
再者，如第9圖所示的流體感測器130中，可分別於第一與第二凸部132、134之外周側的周圍設置環形凹部136a、136b。環形凹部136a、136b係相對於第一與第二通道26、28之內周面以預定深度凹設，而且以大致上與第一、第二感測器通道34、36的徑向外側方向(radial outer direction)同軸地形成。
具體而言，藉由對第一與第二通道26、28的內周面設置凹部136a、136b，附著於第一與第二通道26、28的內周面的濕氣、油類等W會在到達第一與第二感測器通道34、36之前被困在或保持在凹部136a、136b內，因此，可更確實可靠的防止此種濕氣、油類等W侵入設置於凹部136a、136b中心的第一與第二感測器通道34、36。
另一方面，從本體14的內壁面凸起的第一與第二凸部38、40並非限於如上所述以圓形剖面形成。例如，第10圖所示的流體感測器140的第一與第二凸部142、144的情形中，第一與第二凸部142、144可以橢圓形剖面形成，其長軸係沿著本體14的軸向(箭頭A與B的方向)，而短軸(minor axis)垂直該軸向。以此方式，藉由形成剖面為橢圓形的第一與第二凸部142、144，流體流經第一與第二通道26、28時，流道阻力下降，而可以使流體以所需流速流動得更為順暢。又，即使在濕氣、油類等W附著第一與第二凸部142、144的外壁面的情況下，因為流體的流動，此種濕氣、油類等W會沿著該外壁面向下游側(以箭頭A的方向)移動，而可以移除之。
再者，藉由於本體14內部設置整流元件20，因為可以快速的將流體的流動施以整流而產生穩定的層流(laminar flow)，不需將連接本體14的上游側的第一埠22的未圖示裝配件、管件等之直線部分加長以穩定流體的流動。所以，可以增加此種裝配件、管件等的布置自由度。
再者，例如，即使在相對於第一通道26具有縮小之通道直徑的裝配件係與第一埠22連接的情形中，來自該裝配件的流體流動可在以徑向朝外方向擴散的同時以整流元件20施以整流以穩定的沿著擴徑部26a流動。結果，即使在從直徑小於第一通道26的裝配件供應流體的情形中，仍可以使流體碰撞環形壁部32而確實、適當的在連通通道30產生壓差。
本發明的流量感測器並非限定於上述實施形態。理所當然地，可以採用其各種其他結構或變形，而不偏離附後申請專利範圍所闡述的本發明的技術思想與目的。
10、100、114、120、130、140‧‧‧流量感測器
10a‧‧‧流體感測器
12‧‧‧流道
14‧‧‧本體
16‧‧‧偵測器
18‧‧‧導入通道
20‧‧‧整流元件
22‧‧‧第一埠
22a、24a‧‧‧螺紋
24‧‧‧第二埠
26‧‧‧第一通道
26a‧‧‧擴徑部
28‧‧‧第二通道
28a‧‧‧擴徑部
30‧‧‧連通通道(節流部)
32‧‧‧環形壁部
34‧‧‧第一感測器通道
36‧‧‧第二感測器通道
38、110、122、132、142‧‧‧第一凸部
40、112、124、134、144‧‧‧第二凸部
42‧‧‧殼體
44‧‧‧基板
46‧‧‧偵測元件
48‧‧‧導線
50‧‧‧密封環
52‧‧‧環形隔片
54‧‧‧O型環
56‧‧‧環形壓板
58‧‧‧閉鎖環
136a、136b‧‧‧環形凹部
L3、L4‧‧‧距離
T1、T2、T3、T4‧‧‧高度
第1圖係根據本發明一實施形態的流量感測器的整體結構視圖；第2圖係顯示第1圖的流量感測器中的感測器附近的放大剖視圖；第3圖係沿著第1圖線的剖視圖；第4圖係第1圖的流量感測器的放大橫剖視圖，其中，係從本體的徑向朝內方向觀察第一與第二感測器通道；第5圖係根據改良例的流量感測器整體結構視圖，其中，複數個過濾器係設置於其第二通道；第6圖係顯示一個依據比較例的習知流量感測器的放大剖面視圖，其中未設置第一與第二凸部；第7圖係根據改良例的流量感測器的放大垂直剖視圖，其中，第一與第二凸部相對於環形壁部的距離彼此不同；第8圖係根據改良例的流量感測器的放大垂直剖視圖，其中，第一與第二凸部的凸起高度彼此不同；第9圖係根據改良例的流量感測器的放大垂直剖視圖，其中，具有圍繞第一與第二凸部的環形凹部；以及第10圖係顯示改良的流量感測器例的橫剖視圖，其中，係以橢圓形剖面形成第一與第二凸部。
10‧‧‧流量感測器
12‧‧‧流道
14‧‧‧本體
16‧‧‧偵測器
18‧‧‧導入通道
20‧‧‧整流元件
22‧‧‧第一埠
22a、24a‧‧‧螺紋
24‧‧‧第二埠
26‧‧‧第一通道
26a‧‧‧擴徑部
28‧‧‧第二通道
28a‧‧‧擴徑部
30‧‧‧連通通道(節流部)
32‧‧‧環形壁部
34‧‧‧第一感測器通道
36‧‧‧第二感測器通道
38‧‧‧第一凸部
40‧‧‧第二凸部
42‧‧‧殼體
44‧‧‧基板
46‧‧‧偵測元件
48‧‧‧導線
52‧‧‧環形隔片
54‧‧‧O型環
56‧‧‧環形壓板
58‧‧‧閉鎖環

Claims (10)

  1. 一種流量感測器，包括：本體(14)，具有：設置於流體流通路徑的上游側的第一通道(26)、設置於相對於該第一通道(26)的下游側的第二通道(28)、與設置於該第一通道(26)和該第二通道(28)之間的節流部(30)；偵測器(16)，設置於該本體(14)，而且可以偵測從該第一通道(26)流向該第二通道(28)的流體之流率；偵測通道(34、36)，面向該偵測器(16)，並且分別與該第一通道(26)與該第二通道(28)連通，其中係使該流體流經該等偵測通道(34、36)且流向該偵測器(16)；以及一對凸部(38、40、110、122、124、132、134、142、144)，分別從該第一與第二通道(26、28)的內壁面凸起，該等偵測通道(34、36)係設置於該等凸部(38、40、110、122、124、132、134、142、144)的內部，其中，該等偵測通道(34、36)係經過該等凸部(38、40、110、122、124、132、134、142、144)而開口於該等第一與第二通道(26、28)。
  2. 如申請專利範圍第1項的流量感測器，其中，該等凸部(38、40、110、112、132、134)相對於該等第一與第二通道(26、28)的內壁面的高度係設成相同。
  3. 如申請專利範圍第1項的流量感測器，其中，設置於該第二通道(28)的凸部(124)的高度係設成高於設置於該 第一通道(26)的凸部(122)的高度。
  4. 如申請專利範圍第2項的流量感測器，其中，沿著該本體(14)的軸方向，設置於該第一通道(26)的該等凸部(110)之一與該節流部(30)的距離，係設成大於設置於該第二通道(28)的該等凸部(112)之另一者與該節流部(30)的距離。
  5. 如申請專利範圍第2項的流量感測器，其中，該本體(14)包含設置於該等偵測通道(34、36)的外周側的環形凹部(136a、136b)，而該等環形凹部(136a、136b)係相對於該內壁面朝徑向向外的方向凹設。
  6. 如申請專利範圍第2項的流量感測器，其中，該偵測器(16)包括具有U形剖面的導入通道(18)，該導入通道係與該等偵測通道(34、36)連通，而流體係通過該等偵測通道(34、36)導入其中。
  7. 如申請專利範圍第2項的流量感測器，其中，該偵測器(16)係輸出該偵測器(16)偵測到的該流體流率給控制器或顯示裝置。
  8. 如申請專利範圍第2項的流量感測器，其中，於該偵測器(16)內及該等偵測通道(34、36)周圍分別設有環形密封件(50)，該等環形密封件(50)係保持於該偵測器(16)及該本體(14)之間。
  9. 如申請專利範圍第1項的流量感測器，其中，該第一通道(26)內安裝有整流元件(20)，該整流元件(20)以其中具有複數個孔洞的薄板製成，而且可以移除流體中的碎 屑。
  10. 如申請專利範圍第1項的流量感測器，其中，該等第一與第二凸部(142、144)係以橢圓形剖面形成，該等橢圓形之長軸係沿著該本體(14)的軸向，而短軸垂直於長軸。
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