专利名称：具有集成旁路通道的流量传感器组件的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及流量传感器，并且更具体地涉及构造成感测流过流动通道的流体流量的流量传感器。
背景技术：
流量传感器通常用于感测流过流体通道的流体(例如气体或液体)的流率。这种流量传感器通常使用在广泛的应用中，例如医疗应用、飞行控制应用、エ业过程应用、燃烧控制应用、天气监测应用以及许多其他应用。在一些情况下，流量传感器的质量体积流率可能受到限制，因为流量传感器在暴露于较高质量体积流率时可能会变得饱和。在一些应用中，这是不希望出现的。
发明内容
本公开一般地涉及流量传感器，并且更具体地涉及用于提高可被感测的流率范围的方法和装置。在一个示例性实施例中，ー种流量传感器组件包括外売，其具有入口流端ロ和出口流端ロ以及在入口流端口和出口流端ロ之间延伸的流体通道、以及旁路通道。在一些情况中，所述外壳还可以包括ー个或多个隔板，其定位在流体通道中以帮助促进流体通道中的层流。所述旁路通道可以包括与流体通道流体连通的两个龙头(tap)。上游龙头可以在第一上游位置处(例如在一个或多个隔板(当被提供吋)的上游和所述流体通道的入ロ流端ロ的下游)连接到所述流体通道。下游龙头可以在第二下游位置处(例如在ー个或多个隔板(当被提供吋)的下游和所述流体通道的出口流端ロ的上游)连接到所述流体通道。流量传感器可以与所述旁路通道流体连通，并且可以感测关于流过所述旁路通道以及因此流体通道的流体的流率的測量值。在一些情况中，可以在上游龙头、下游龙头和/或旁路通道中提供一个或多个特征以限制通过旁路通道的流体流率，从而扩展流量传感器组件的有效流率范围。在一些情况中，所述外壳可以是单件模制部件，并且可以限定入口和出ロ流端ロ、流体通道以及旁路通道的至少一部分。在一些情况中，根据需要，可以将盖安装到所述外壳以例如限定流体通道和旁路通道的剰余部分。在一些情况中，单件模制部件也可以限定所述ー个或多个隔板，当被提供时。所提供的前述发明内容有助于理解本公开的ー些特征，并且不意图是完整的描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图以及摘要作为整体可获得对本公开的全面理解。
考虑本公开的各种示例性实施例的以下详细描述并结合附图，可更全面地理解本公开，附图中图I是用于測量流过流体通道的流体的流体流率的示例性流量传感器的示意图；图2是用于測量流过流体通道的流体的流率的示例性热式流量传感器组件的示意图；图3是用于測量流过流体通道的流体的流率的示例性热式流量传感器组件的示意图； 图4是示例性封装热式流量传感器组件的俯视图；图5是具有盖的图4的示例性封装热式流量传感器组件的剖视图；图6是可以用在图4的封装热式流量传感器组件中的示例性限流器的剖视图；图7是可以用在图4的封装热式流量传感器组件中的示例性多孔插入件的剖视图；图8是封装热式流量传感器组件的另ー示例性实施例的分解图；图9是图8的示例性封装热式流量传感器组件的外壳的俯视图；图10是图8的示例性封装热式流量传感器组件的仰视透视图；以及图11是图8的示例性封装热式流量传感器组件的剖视图。
具体实施例方式应该參考附图来阅读下面的描述，其中，在遍及几幅附图中，相同的附图标记指示相同的元件。该描述和附图示出了几个实施例，其g在是示例性的而不是限制性的。 图I是用于测量流过流体通道12的流体流14的流体流率的示例性流量传感器10的示意图。如本文所使用的，术语“流体”根据应用可以指气体流或液体流。在一个示例性实施例中，流量传感器10可暴露于流体通道12和/或设置成与流体通道12流体连通，以測量流体流14的ー个或多个特性。例如，流量传感器10可根据需要利用一个或多个热式传感器(例如參见图2)、压カ传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管、和/或其它适合的传感器或传感器组合来測量流体流14的质量流量和/或速度。在一些情况下，流量传感器10可以是可从本申请的受让人获得的微桥或Microbrick 传感器组件(例如參见图3)，但这不是必需的。一些被认为适合于测量流体流14的质量流量和/或速度的示例性方法和传感器构造已经公开在例如美国专利号4，478，076,4, 478，077,4, 501，144,4, 581，928、4，651，564,4,683，159,5,050，429,6, 169，965,6,223，593,6,234，016,6,502，459、7，278，309,7, 513，149和7，647，842中。所构想的是，根据需要，流量传感器10可包括这些流量传感器构造和方法中的任ー个。然而必须意识到，流量传感器10根据需要可以是任何适合的流量传感器。在该示例性实施例中，流体通道12可经历流体流14的一定范围的流率。例如，流体通道12可包括高体积流体流、中体积流体流或低体积流体流。示例的流体流应用可包括但不限于医疗应用(例如呼吸计、通气机、肺活量计、氧气浓缩器、光谱测定应用、气相色谱应用、睡眠呼吸暂停机、喷雾器、麻醉输送机等)、飞行控制应用、エ业应用(例如空气燃料比、光谱测定、燃料电池、气体泄漏检测、煤气表、HVAC应用)、燃烧控制应用、天气监测应用以及根据需要任何其他适合的流体流应用。转至图2，它是用于测量流过流体通道12的流体流14的流率的示例性热式流量传感器组件的示意图。在图2的示例性实施例中，流量传感器组件包括一个或多个加热器元件(例如加热器元件16)以及ー个或多个传感器元件18和20，用于感测流体通道12中的流体流14的流率。如图2所示，第一传感器元件18可设置在加热器元件16的上游，并且第二传感器元件20可设置在加热器元件16的下游。然而，这并不意味着限制并且所构想的是，在一些实施例中，流体通道12可以是双向的流体通道，使得在一些情况下，第一传感器元件18在加热器元件16的下游且第二传感器元件20在加热器元件16的上游。在一些情况下，可以只提供一个传感器元件，而在其他实施例中，可提供三个或更多个传感器元件。在一些情况下，传感器元件18和20均可设置在加热器元件16的上游(或下游)。在一些情况下，第一传感器元件18和第二传感器元件20可以是热敏感的电阻，其 具有相对大的正或负温度系数，使得电阻值随温度而变化。在一些情况下，第一和第二传感元件18和20可以是热敏电阻器。在一些情况下，第一传感器元件18、第二传感器元件20以及任何附加的传感器元件可布置成惠斯通电桥结构，但这并不是必需的。在所示的例子中，当流体通道12中没有流体流且加热器元件16被加热到高于流体流14中的流体的环境温度的温度时，可形成温度分布，并且该温度分布以围绕加热器元件16的大致对称分布被传递至上游传感器元件18和下游传感器元件20。在该例子中，上游传感器元件18和下游传感器元件20可感测相同或相似的温度(例如在25%、10%、5%、1^,0.001%等之内)。在一些情况中，这样可以在第一传感器元件18和第二传感器元件20中产生相同或相似的输出电压。当流体通道12中存在非零的流体流14并且加热器元件16被加热到高于流体流14中的流体的环境温度的温度时，対称的温度分布会被扰动并且扰动量可与流体通道12中的流体流14的流率有夫。流体流14的流率可导致上游传感器元件18比下游传感器元件20感测到更冷的温度。换句话说，流体流14的流率可导致上游传感器元件18和下游传感器元件20之间的温度差，所述温度差与流体通道12中的流体流14的流率有夫。上游传感器元件18和下游传感器元件20之间的温度差可导致上游传感器元件18和下游传感器元件20之间的输出电压差。在另ー个示例性实施例中，流体流14的质量流量和/或速度可通过在加热器元件16中提供瞬态高温条件来确定，其进而在流体流14中引起瞬态高温条件(例如热脉冲)。当流体流14中存在非零的流率吋，上游传感器元件18可晚于下游传感器元件20接收到瞬态响应。然后，可使用上游传感器元件18和下游传感器元件20之间的时间间隔，或者加热器被激励的时间和相应的高温条件(例如热脉冲)被其中一个传感器(例如下游传感器20)感测到的时间之间的时间间隔来计算流体流14的流率。图3是用于測量流过流体通道12的流体流14的流率的示例性热式流量传感器组件的示意图。在一些情况下，热式流量传感器组件可被表现为图3(或图2)所示的流量传感器组件。如图3所示，流量传感器19可以是热式流量传感器(例如，微桥流量传感器、热风速计传感器、基于MEMS的传感器等)，用来测量流过流体通道12的流体流14的流率。在所述示例性实施例中，流量传感器19包括基底34，其限定传感器通道26，用来接收流过流体通道12的流体中的至少ー些。在一些实施例中，根据需要，基底34可以是硅基底或其它基底。层28可形成在基底上或基底内，其可支撑ー个或多个加热器元件(例如加热器元件22)以及ー个或多个传感器元件(例如传感器元件21和24)，用来感测通道26内的流体流14的流率。如图所示，层28可被制作成包括开ロ 30和32，其用于将传感器通道26流体连接到流体通道12。在其它的实施方式中，(ー个或多个)加热器元件和传感器元件可直接设置在流体通道12的壁(或者直接设置在流体通道12的壁上的其它基底)上，而不需要附加的传感器通道26 (例如，如图4所示)。当流体通道12中存在流体流时，流体流14中的至少ー些可穿过开ロ 30流入传感器通道26，经过ー个或多个加热器元件(例如加热器元件22)以及ー个或多个传感元件(例如传感元件21和24),并且穿过开ロ 32回到流体通道12中。图4和图5是流量传感器组件38的顶视图和剖视图。在该示例性实施例中，流量传感器组件38可构造成具有提高的或增强的流量范围，同时在不经历传感器饱和的情况下仍然具有来自流量传感器的稳定、可靠且可重复的输出信号。在流体动力学中，质量体积流率通常规定为SLPM (标准升每分钟)、SCCM (标准立方厘米每分钟)或者SCFH (标准立方英尺每小吋)，其通常与流动速度和流动通道的截面积有夫。増加流动通道的截面积能够增 加流量传感器组件38的质量体积流率(例如范围和/或灵敏度)。而且，将传感元件(例如流量传感器19)定位在流量传感器组件38的旁路通道中使得传感元件仅暴露于流体流率的一部分(基于旁路通道上的压カ差)可以进ー步提高流量传感器组件38的质量体积流率范围和/或灵敏度。通过将传感器设置在这种旁路通道中，根据流量传感器组件38的具体设计和几何结构，流量传感器组件38的质量体积流率范围可以以例如10或更大的系数、15或更大的系数、20或更大的系数、20或更大的系数、30或更大的系数或其他系数来有效地提闻。在该示例性实施例中，流量传感器组件38可以包括入口端ロ 42和出ロ端ロ 44、在入口端ロ 42和出口端ロ 44之间延伸的流动通道46、以及与流动通道46流体连通的旁路通道62。如图所示，旁路通道62包括将旁路通道62流体连接到流动通道46的上游龙头64和下游龙头66。在一些情况中，上游龙头64和下游龙头66可以定位成大致垂直于流动通道46，但根据需要也可以使用其它朝向。在一些情况下，流体通道的几何结构可影响流体流的稳定性。雷诺数(Re)是涉及流体通道内的湍流的指数，其由下式给出Re = P *V*d/ U其中P是流体密度；V是平均流动速度；d是特征长度(水力半径的直径)；并且U是粘度。通常，层流在低雷诺数时出现，其中，粘性力可占主导且特征在于平稳恒定的流体运动，而湍流在高雷诺数时出现并且由惯性カ主导，其倾向于产生混沌的涡流、漩涡以及其它流动不稳定性。对穿过流体通道的流体流的层流化可通过调整流体次级通路的几何结构(例如水力半径的直径)以降低流体流的雷诺数(Re)来实现。在一些情况中，流量传感器组件38可包括流动通道46中的一个或多个隔板(例如隔板48和50)，以至少部分地限定ー个或多个流体次级通路或腔室，示作为次级通路52，54和56。在所示的例子中，提供了两个隔板48和50。然而所构想的是，根据需要也可以使用其它数量的隔板，例如，零个、一个或更多个隔板、两个或更多个隔板、三个或更多个隔板、四个或更多个隔板、五个或更多个隔板、六个或更多个隔板、七个或更多个隔板、或任何其他数量的隔板。隔板48和50显示为限定三个流体次级通路52、54和56。然而所构想的是，根据需要也可以提供其他数量的流体次级通路，例如两个或更多个次级通路、三个或更多个次级通路、四个或更多个次级通路、五个或更多个次级通路、六个或更多个次级通路、七个或更多个次级通路、八个或更多个次级通路、或任何其他数量的流体次级通路。在该示例性实施例中，每个隔板48和50都可构造成具有沿平行于流动通道46的方向延伸的长度，所述长度可大于沿垂直于流动通道46的方向延伸的宽度。在一些情况下，每个隔板48和50的长度和宽度可相同，但在其他情况下，所构想的是，隔板48和50可具有不同的长度和/或宽度。在所示实施例中，每个次级通路52，54和56均在隔板48和50的上游和下游被流体连接至其它次级通路，但这并不是必需的。而且，隔板48和50可以或可以不构造成使次级通路52，54和56沿着隔板48和50的长度彼此流体隔离。例如，如图5所示，隔板48和50可以是翅片型分隔器，其高度沿垂直于流体流的方向仅部分地延 伸跨过流动通道46。而且，在一些实施例中，流体次级通路52，54和56可构造成具有相同或基本相似的截面积，使得流过每个流体次级通路52，54和56的流体体积可相同或基本相同。然而所构想的是，根据需要也可以使用截面积不同的流体次级通路52，54和56。在该示例性实施例中，隔板48和50可通过降低水力半径的直径并因此降低流体次级通路的雷诺数来帮助減少流过流动通道46的流体的湍流。在一些情况下，ー个或多个隔板48和50可构造成通过生成更一致的流并减轻流体流的湍流效应来帮助层流化流动通道46中的流体流。在一些情况下，层流可以减少流量传感器19所遇到的噪音，提供流量传感器组件38的更一致、可靠、可重复且稳定的输出。如图4所示，流量传感器组件38可以具有在上游龙头64处的第一静态压力P1和在下游龙头66处的第二静态压力P2。在上游龙头64和下游龙头66之间的压力差可以驱动流体流的一部分通过旁路通道62。在一些情况中，流体的该部分可以是进入入口端ロ 42的流体流的例如五分之一、十分之一、十五分之一、二十分之一、或任何其他合适的部分。在一些实施例中，可以设置旁路通道62的尺寸和/或构造以便对于通过流动通道46的给定流率或流率范围提供经过流量传感器19的期望流率或流率范围。通过旁路通道并经过流量传感器19的过大的流体流可导致例如传感器饱和。通过旁路通道的过小流体流可导致传感器输出信号没有足够的动态范围和/或分辨率。在任ー情况下，流量传感器19会不精确地测量流过流量传感器组件38的流体的流率。在一些情况中，可以在旁路通道中提供一个或多个特征以限制通过旁路通道的流体流率。这种特征可以包括例如形成在上游龙头、下游龙头、和/或上游龙头和下游龙头之间的旁路通道自身中的一个或多个限流器。这种特征也可以包括定位在上游龙头、下游龙头、和/或上游龙头和下游龙头之间的旁路通道中的ー个或多个多孔插入件。在一些情况中，可以相对于旁路通道的截面积来设置旁路通道自身的长度，从而对于通过流动通道46的给定流率或流率范围提供经过流量传感器19的期望流率或流率范围。在一些情况中，流量传感器组件38可包括外壳40和盖60(如图5所不)。盖60可安装到外壳40上或者以其他方式密封地接合到外壳40。通过这样的构造，外壳40和盖60可限定流动通道46和/或保护流量传感器19和/或任何相关联的信号处理电路，所述电路可提供在流量传感器组件38中。在一些实施例中，盖60可以是其上安装有流量传感器19的电路板(例如印刷电路板)或其他基底。然而，可使用任何其他适当的盖60。
在一些实施例中，外壳40可限定入口端ロ 42、出口端ロ 44、流动通道46的三个或更多个侧面、旁路通道62的三个或更多个侧面、以及隔板48和50 (当被提供时)，但这不是必需的。在一些情况中，入口端ロ 42、出口端ロ 44、流动通道46的三个或更多个侧面、旁路通道62的三个或更多个侧面、以及隔板48和50 (当被提供吋)可由单个部件形成(例如单个模制部件)形成。在这种实施例中，盖60可限定流动通道46的第四个侧面或顶侧并限定旁路通道62的第四个侧面或顶侧。如图5所示，隔板48和50(当被提供时)可构造成具有一定高度使得隔板48和50不接合盖60。然而所构想的是，如果需要，隔板48和50也可构造成具有一定高度使得隔板48和50接合盖60。在一些情况下，所构想的是，根据需要，盖60可构造成限定入口端ロ 42、出口端ロ 44、流动通道46的三个或更多个侧面、旁路通道62的三个或更多个侧面、和/或隔板48和50中的所有或一部分。在该示例性实施例中，包括外壳40和盖60的外壳可形成为复合件。在一些情况下，这有助于外壳40和盖60的模制。然而所构想的是，根据设计条件，外壳40也可由塑料、陶瓷、金属或任何其它适合的材料模制为单件。还构想的是，外壳可通过注射模制来形成，或根据需要由任何其它合适的方法和材料形成。在一些实施例中，入口端ロ 42和/或出口端ロ 44可以以相对于流动通道46的一定角度进入。如图4所示，例如，入口端ロ 42和出口端ロ 44可大致垂直于(角度=90度)流动通道46。然而，也构想了其它角度，包括零角度(与流动通道46在平面内)。在ー些实施例中，入口端ロ 42和出口端ロ 44可流体地耦合至更大系统(例如呼吸机)的主流动通道(未示出)，但这不是必需的。在一些情况下，入口端ロ 42和/或出口端ロ 44可具有相对于旁路通道62减小的直径或截面积。然而所构想的是，根据需要，入口端ロ 42和/或出口端ロ 44也可具有与旁路通道62大约相同或更大的直径和/或截面积。在该示附性实施例中，流量传感器19设置成与流量传感器组件38的旁路通道62流体连通。当在流动通道46中存在非零流体流时，流体可以流过入口端ロ 42、流动通道46、流体次级通路52、54和56 (当存在时)以及出ロ端ロ 44。该流体流可以在旁路通道62的上游龙头64处建立第一静态压力P1并且在下游龙头66处建立第二静态压力P2。该压カ差(P1-P2)将会导致流体的一部分穿过上游龙头64 (在一些情况中，隔板48和50的上游)、通过旁路通道62、并且经过流量传感器19，并且从下游龙头66流出并回到流动通道46中(在一些情况中，隔板48和50的下游)。在该示例性实施例中，流过旁路通道62的流体中的至少ー些可进入流量传感器开ロ 30，流过上游传感元件21、加热器元件22和下游传感元件24，并且流出流量传感器开ロ 32并回到旁路通道62中。当加热器元件22被加热到高于流体流中的流体的环境温度的温度时，対称的温度分布被扰动并且扰动量可与流过旁路通道62的流体流的流率有夫，其与流过流动通道46的流体流有夫。流体流的流率可导致示例性流量传感器19的上游传感器元件21比下游传感器元件24感测到相对更低的温度。换句话说，流体流的流率可导致上游传感器元件21和下游传感器元件24之间的温度差，其可与旁路通道62中的并因而与流动通道46中的流体流的流率有夫。上游传感器元件21和下游传感器元件24之间的温度差可导致上游传感器元件21和下游传感器元件24之间的输出电压差。在一些情况下，流量传感器19可不包括从旁路通道62分离的独立流动通道。相反，在一些情况下，流量传感器19可将加热器元件22以及ー个或多个传感器元件21和24直接暴露于流体旁路通道62，以直接測量旁路通道62 (而非独立传感器通道)内的流率。在其它情况下，所构想的是，根据需要，流量传感器19可使用热式传感器、压カ传感器、声学传感器、光学传感器、皮托管和/或任何其它适当的流量传感器来測量旁路通道62中的流体流14的质量流量和/或速度。尽管未示出，流量传感器组件38可包括电连接到流量传感器19的一条或多条电引线，其可延伸至外壳的外部。在一些情况下，一条或多条电引线可包括金属，然而根据需要可使用任何合适的导电材料。
在一些实施例中，旁路通道62的上游龙头64和/或下游龙头66可以被确定尺寸或构造为限流器，如图6最佳所示。对于通过流动通道46的给定流率，这些限流器可以帮助降低经过流量传感器19的流体的流率。在图6中，对于旁路通道62上的给定压力降，龙头64可以具有比旁路通道62的直径更小的直径以帮助限制进入旁路通道62的流体流率。通过精确和/或准确地确定龙头64和66和/或旁路通道62的直径和/或长度的大小，更普遍地，流量传感器组件38可以更好地控制和/或平衡流量传感器19处将要被感测的质量流率范围和由流过流动通道46的流体产生的压カ差(P1-P2)之间的关系。虽然图6示出了上游龙头64和下游龙头66两者均被构造为限流器(例如，更普適地，相对于旁路通道的减小的直径)，但是根据需要，上游龙头64或下游龙头66中的仅ー个可构造为限流器(或都不构造为限流器)。此外，所构想的是，如果需要，减小的直径部分的长度可以延伸龙头64和66的整个长度,或者仅延伸龙头64和66的长度的一部分。在一些实施例中，多孔插入件(例如多孔插入件70和72)可以定位在上游龙头64和/或下游龙头66中，如图7所示。多孔插入件70和72可以帮助使流体流层流化和/或控制流量传感器19上的压カ降并因此控制经过流量传感器19的流率。在图7的示例性实施例中，多孔插入件70设置在龙头64中并且多孔插入件72设置在龙头66中。然而所构想的是，如果需要，也可以仅提供多孔插入件70和72中的ー个(或都不提供)。在一些实施例中，多孔插入件70可以被插入、按压、或者以其他方式定位在上游龙头64中或附近。多孔插入件72可以被插入、按压、或者以其他方式定位在下游龙头66中或附近。在一些实施例中，多孔插入件70和72在形状方面可以大体上是圆柱形的。然而所构想的是，根据插入件将要插入的龙头的形状，也可以使用任何合适的形状。在其他情况中，所构想的是，多孔插入件70和72可以是任何形状，并且当被插入龙头64和66时，多孔插入件70和72是可变形的以适应龙头64和66的形状。多孔插入件70和72可以构造成具有一定长度和密度，从而产生期望或预定的压力降，使得对于流动通道46中的给定流率或流量范围，在流量传感器19处经历期望的流率或流率范围。例如，増加多孔插入件70和72的长度和/或増加多孔插入件70和72的密度(例如减小孔径尺寸)可以增大多孔插入件上的压カ降，而减小多孔插入件70和72的长度和/或减小多孔插入件70和72的密度可以降低压カ降。在一些情况中，増加上游多孔插入件70的密度(例如减小孔径尺寸)和/或提供相对均匀的孔径尺寸可以帮助提供流过流量传感器19的更层流化的流体。所构想的是，根据旁路通道62中的流体流的期望的层流化和/或压カ降，多孔插入件70和72可以使用任何适合的长度和/或密度。在一些实施例中，所构想的是，图6所示的实施例可以与图7所示的实施例结合。换句话说，所构想的是，多孔插入件70和/或72可以被插入龙头64和/或66中，其可以构造为具有减小的直径的限流器。图8-11是流量传感器组件80的另ー个示例性实施例的视图。如图所示,流量传感器组件80可包括外壳82和盖84，用于容纳流量传感器114。盖84构造成安装在外壳82上或者以其它方式密封地接合到外壳82。通过这样的构造，外壳82和盖84可限定流动通道86和/或保护流量传感器114和/或任何相关联的信号处理电路，其可被提供在流量传感器组件80中。如图9和图10所示，外壳82包括入口端ロ 88和出口端ロ 90，以便使流动通道86暴露于流体流。流量传感器组件80可包括流量传感器114，其可与流量传感器19相似，放置在流动通道86中或附近且构造成感测通过流动通道86的流体流率。流量传感器组件可以还包括与流动通道86流体连通的旁路通道92。如图所示， 旁路通道92包括将旁路通道92流体地连接到流动通道86的上游龙头100和下游龙头102。在一些情况中，流量传感器组件80可包括流动通道86中的一个或多个隔板(例如隔板94)，以至少部分地限定ー个或多个流体次级通路或腔室，示作为次级通路96和98。在所示的例子中，提供了隔板94。然而可构想的是，根据需要，可以使用其它数量的隔板，例如零个隔板、一个或更多个隔板、两个或更多个隔板、三个或更多个隔板、四个或更多个隔板、五个或更多个隔板、六个或更多个隔板、七个或更多个隔板、或者任何其他数量的隔板。所示的隔板94限定两个流体次级通路96和98。然而所构想的是，根据需要，也可以提供其它数量的流体次级通路，例如两个或更多个次级通路、三个或更多个次级通路、四个或更多个次级通路、五个或更多个次级通路、六个或更多个次级通路、七个或更多个次级通路、八个或更多个次级通路、或者任何其他数量的次级通路。在该示例性实施例中，隔板94可构造成具有沿平行于流动通道86的方向延伸的长度，所述长度可大于沿垂直于流动通道86的方向延伸的宽度。在所示的实施例中，每个次级通路96和98均在隔板94的上游和下游流体地连接到其它次级通路，但这并不是必需的。而且，隔板94可以或可以不构造成使次级通路96和98的每ー个沿着隔板94的长度互相流体地隔离。例如，如图11所示，隔板94可以是翅片型分隔器，其高度在垂直于流体流的方向上仅部分地延伸跨过流体通道46。也就是说，隔板94可以从盖84间隔开。而且，在一些实施例中，流体次级通路96和98可以构造成具有相同或基本相似的截面积，使得流过每个流体次级通路96和98的流体的体积可以相同或基本相同。然而所构想的是，根据需要，流体次级通路96和98也可以使用不同的截面积。在该示例性实施例中，隔板94可通过降低水力半径的直径并因此降低流体次级通路的雷诺数来帮助減少流过流动通道86的流体中的湍流。在一些情况下，ー个或多个隔板94可构造成通过生成更一致的流动并减轻流体流的湍流效应来帮助层流化流动通道86中的流体流。在一些情况下，层流可以减少流量传感器114所遇到的噪音，提供流量传感器组件80的更一致、可靠、可重复且稳定的输出。在该示例性实施例中，流量传感器组件80可以具有在上游龙头100处的第一静态压カP1和在下游龙头102处的第二静态压力P2。上游龙头100和下游龙头102之间的压力差可以驱动流体流的一部分通过旁路通道92。在一些情况中，流体的该部分可以是进入入口端ロ 88的流体流的例如五分之一、十分之一、十五分之一、二十分之一、或任何其他合适的部分。例如，如图9所示，上游龙头100可以定位在隔板94的上游端的下游并且下游龙头102可以定位在隔板94的下游端的上游。也就是说，上游龙头100和下游龙头102可以定位在流体次级通路96中。然而所构想的是，上游龙头100也可以定位在隔板94的上游和/或下游龙头102也可以定位在隔板94的下游。在一些实施例中，可以设置旁路通道92的尺寸和/或构造以便对于通过流动通道86的给定流率或流率范围提供经过流量传感器114的期望流率或流率范围。通过旁路通道并经过流量传感器114的过大的流体流可导致例如传感器饱和。通过旁路通道的过小流体流可导致传感器输出信号没有足够的动态范围和/或分辨率。在任ー情况下，流量传感器114会不精确地测量流过流量传感器组件80的流体的流率。在一些情况下，可以在旁路通 道中提供一个或多个特征以限制通过旁路通道的流体流率。这种特征可以包括例如形成在上游龙头、下游龙头、和/或在上游龙头和下游龙头之间的旁路通道自身中的ー个或多个限流器。这种特征也可以包括定位在上游龙头、下游龙头、和/或在上游龙头和下游龙头之间的旁路通道中的ー个或多个多孔插入件。在一些情况中，可以相对于旁路通道的截面积来设置旁路通道自身的长度，从而对于通过流动通道86的给定流率或流率范围提供经过流量传感器114的期望流率或流率范围。在ー些情况中并且如图9所示，旁路通道92可以构造成具有邻近于上游龙头100和/或下游龙头102的大致S形(或部分S形)弯曲部104和106。例如，邻近于上游龙头100的大致S形弯曲部104可以首先弯曲回来朝向入口端ロ 88并且然后弯曲回去朝向出ロ端ロ 90和流量传感器114。相似地，邻近于下游龙头102的大致S形弯曲部可以首先弯曲朝向出ロ端ロ 90并且然后弯曲回去朝向入口端ロ 88和流量传感器114。在一些实施例中，旁路通道92可包括构造成引导流体通过流量传感器114的凸台(boss) 108或其它特征。例如，凸台108可包括第一锥形部和第二锥形部，第一锥形部减少旁路通道92的截面积，第二锥形部増加旁路通道92的截面积。在一些情况下，流量传感器114可位于第一锥形部和第二锥形部之间，但这不是必需的。在一些实施例中，外壳82可限定入口端ロ 88、出口端ロ 90、流动通道86的三个或更多个侧面、旁路通道92的三个或更多个侧面、以及隔板94，但这不是必需的。在ー些情况下，入口端ロ 88、出口端ロ 90、流动通道86的三个或更多个侧面、旁路通道92的三个或更多个侧面、以及隔板94 (当被提供吋)可由单个部件(例如，单个模制部件)形成。在这种实施例中，盖84可限定流动通道86的第四个侧面或顶侧并限定旁路通道92的第四个侧面或顶侧。如图11所示，隔板94可构造成具有一定高度使得隔板94不接合盖84，或者隔板94从盖84间隔开。然而所构想的是，根据需要，隔板94也可构造成具有一定高度使得隔板94接合盖84。在该示例性实施例中，外壳82和盖84可形成为复合件。在一些情况下，这有助于外壳82和盖84的模制。然而所构想的是，根据设计条件，外壳82和盖84也可由塑料、陶瓷、金属或任何其它适合的材料模制为单件。还可构想的是，外壳可通过注射模制来形成，或者根据需要可由任何其它适当的方法和材料形成。在一些情况下，盖84可以是用于在其上安装流量传感器114的印刷电路板或者其它适当的基底。在一些实施例中，入口端ロ 88和/或出口端ロ 90可以以相对于流动通道86的一定角度进入。如图9所示，例如，入口端ロ 88和出口端ロ 90可大致垂直于流动通道86 (角度=90度)。然而，也可以构想其它角度，包括零角度(与流动通道86在平面内)。在一些实施例中，入口端ロ 88和出ロ端ロ 90可流体地耦合至更大系统(例如呼吸机)的主流动通道(未示出)，但这不是必需的。在该示例性实施例中，流量传感器114可以设置成与流量传感器组件80的旁路通道92流体连通。当在流动通道86中存在非零流体流时，流体可以流过入口端ロ 88、流过流动通道86、流过流体次级通路96和98 (由隔板94限定)以及流过出ロ端ロ 90。该流体流可以在旁路通道86的上游龙头100处建立第一静态压力P1并且在下游龙头102处建立第ニ静态压力P2。该压カ差(P1-P2)将导致流体的一部分通过上游龙头100(在一些情况中，流过次级通路96的流体的一部分)、流过旁路通道92并经过流量传感器114、从下游龙头102流出并且回到流动通道86中(在一些情况中，回到次级通路96中)。 尽管未示出，流量传感器组件80可包括电连接到流量传感器114的一条或多条电引线，其可延伸至外壳的外部。在一些情况下，一条或多条电引线可包括金属，然而根据需要也可使用任何适当的导电材料。已经描述了本公开的几个示例性实施例，本领域技术人员将会容易地领会在本文所附的权利要求的范围内还可制造和使用其它实施例。本文件所覆盖的本公开的众多优点已由前面的描述阐明。然而将会理解的是，本公开在许多方面都仅是示例性的。在不超出 本公开的范围的情况下，可在细节上，特别是形状、尺寸和部件的布置方面作出改变。当然，本公开的范围由所附权利要求中表述的文字来限定。
权利要求
1.ー种流量传感器组件(38)，包括 模制外壳(40),所述模制外壳(40)限定下列中的至少一部分 入口流端ロ (88)； 出口流端ロ(90)； 流体通道(12)，所述流体通道(12)在所述入口流端ロ(88)和所述出口流端ロ(90)之间延伸；和 旁路通道(62)，所述旁路通道￠2)包括上游龙头(100)和下游龙头(102)，所述上游龙头(100)在所述入口流端ロ(88)下游的第一位置处与所述流体通道(12)流体连通，所述下游龙头(102)在所述出口流端ロ(90)上游的第二位置处与所述流体通道(12)流体连 通，其中，所述第二位置位于所述第一位置的下游；以及 流量传感器(10)，所述流量传感器(10)定位成与所述旁路通道￠2)流体连通，并且构造成感测关于流过所述旁路通道￠2)的流体的流率的测量值，其与流过所述流体通道(12)的流体的流率相关。
2.如权利要求I所述的流量传感器组件，还包括 一个或多个隔板(48，50)，其定位在所述流体通道(12)中以帮助促进所述流体通道(12)中的层流。
3.如权利要求I所述的流量传感器组件(38)，其中，通过所述流量传感器组件(38)的流体流(14)产生沿着所述流体通道(12)并沿着所述旁路通道￠2)的压カ差。
4.如权利要求3所述的流量传感器组件(38)，其中，所述压カ差驱动流过所述流体通道(12)的流体的至少一部分通过所述旁路通道(62)。
5.如权利要求I所述的流量传感器组件(38)，其中，所述旁路通道￠2)的上游龙头(100)和下游龙头(102)定位成垂直于所述流体通道(12)。
6.如权利要求I所述的流量传感器组件(38)，其中，所述外壳(40)包括模制部件，其限定所述流体通道(12)的三个或更多个侧面以及所述旁路通道￠2)的三个或更多个侧面。
7.如权利要求6所述的流量传感器组件(38)，还包括盖(60)，其定位在所述模制部件上以限定所述流体通道(12)的第四侧面以及所述旁路通道￠2)的第四侧面。
8.如权利要求I所述的流量传感器组件(38)，其中，所述上游龙头(100)和所述下游龙头(102)中的至少ー个构造为用于所述旁路通道(62)的限流器。
9.如权利要求I所述的流量传感器组件(38)，还包括定位在所述上游龙头(100)和所述下游龙头(102)中的至少ー个中的多孔材料。
10.如权利要求I所述的流量传感器组件(38)，其中，以基本垂直于所述流体通道(12)的角度设置所述入口流端ロ(88)和所述出口流端ロ(90)。
全文摘要
本发明涉及具有集成旁路通道的流量传感器组件，具体公开了具有提高的流量范围能力的流量传感器组件(38)。在一个示例性实施例中，流量传感器组件(38)包括外壳(40)，其具有入口流端口(88)、出口流端口(90)、在入口流端口和出口流端口之间延伸的流体通道(12)、以及旁路通道(62)，旁路通道具有在分开的位置流体地连接到流体通道的一对龙头(64)。流量传感器(10)可以定位在旁路通道中，用于感测关于流过流体通道的流体的流率的测量值。旁路通道的两个龙头之间的压力差驱动流过流体通道的流体的一部分通过旁路通道。流量传感器组件可以构造成实现、控制和/或平衡通过旁路通道和经过流量传感器的流体流的期望部分。
文档编号G01F15/00GK102645249SQ20121008791
公开日2012年8月22日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者C·S·贝克, J·斯佩尔德里奇, L·F·里克斯, W·冯 申请人:霍尼韦尔国际公司