利用局部接触力的可变孔口流量传感器的制作方法

本发明通常涉及流量传感器，并且更特别地，涉及可变孔口流体流量传感器。

背景技术：

孔口流量传感器用于测量流体的流速，该流体包括液体和气体。典型的孔口流量传感器包含固定的孔口，使流体流动通过该固定的孔口。在处于孔口上游的流体和正流动通过孔口的流体之间建立压力差。该压力差能够用于测量流体的流速。为了该目的，压力传感器测量越过孔口建立的压力差，并且被标定从而从该压力差中计算流体的流速。

可变孔口流量传感器提供了足够的压力差用于越过流速的宽阔的范围的测量目的。这通过将弯曲部件引入到流体流动通道中而实现。弯曲部件安装到用于流体流动通道的罩壳并且包括越过流体流动通道安置的舌形片(flapper)并且由于与流体流的接触而在流体流的方向上弯曲或折曲，并且因此在流体流动通道内创造了可变的孔口。在可变孔口流量传感器中测量流速类似于在固定孔口流量传感器中测量流速。也就是说，压力传感器测量越过可变孔口的压力差并且从压力差中计算流体的流速。

美国专利号4,989,456；5,033,312；5,038,621；6,722,211和7,270,143示出了可变孔口流量传感器。

通过将包括舌形片的弯曲部件连接到限定流体流动通道的罩壳将能够直接影响传感器的性能。在弯曲部件刚性地固定到罩壳的情况中，与罩壳的这种牢固的接合能够使舌形片的运动畸变以不利地影响该舌形片的运行。此外，在弯曲部件过松地固定到罩壳的情况中，流体可能在弯曲部件周围流动通过位于罩壳和弯曲部件之间的泄漏部。

在任一情况中，通过弯曲部件连接到罩壳影响舌形片的运动和运行，并且因此越过由舌形片限定的可变的孔口的测量的压力差发生改变，例如通过不佳的低流量分辨率以及舌形片的非线性运动。这继而导致流体的流速的不准确的测量。

技术实现要素：

在本发明中提供了一种可变孔口流体流量传感器，该可变孔口流体流量传感器具有彼此接合的两个端口部分，该两个端口部分形成了通过传感器的流体流动通道。在两个端口部分之间提供带有包括流体流动限制舌形片的弯曲部件的可变孔口装置。可变孔口装置还包括偏压部件(biasing member)，该偏压部件布置在两个端口部分之间并且该偏压部件在气体流动通道周围接合弯曲部件。偏压部件包括多个偏压元件，该多个偏压元件从偏压部件向外延伸到与弯曲部件接触。偏压元件与弯曲部件的接合提供了抵靠弯曲部件的恒定的接触和/或偏压力用于以这样的方式相对于两个端口部分保持弯曲部件，即该方式在确定流体流动压力差并且测量对应的流体流速时不会不利地影响舌形片的运行。

附图说明

图1是根据本发明的一种示例性的实施例的可变孔口流体流量传感器的等轴视图。

图2是根据本发明的另一示例性的实施例的可变孔口流体流量传感器的分解等轴视图。

图3是根据本发明的一种示例性的实施例的可变孔口流体流量传感器的偏压部件和弯曲部件的等轴视图。

图4是根据本发明的再另一示例性的实施例的可变孔口流体流量传感器的横截面视图。

图5是根据本发明的再另一示例性的实施例的可变孔口流体流量传感器的部分剖切横截面视图。

图6是根据本发明的再另一示例性的实施例的可变孔口流体流量传感器的部分剖切横截面视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种实施例的可变孔口流体流量传感器100的等轴视图。可变孔口流体流量传感器100利用用于测量流动通过流量传感器100的流体(例如气体)的流速的压力差。因此，可变孔口流体流量传感器100也能够称为差压可变孔口气体流量传感器。可变孔口气体流量传感器100具有通常圆柱形的构造。然而，可变孔口气体流量传感器100可以各种各样的形状和尺寸形成并且仍然处于本发明的范围内。

图2-4示出了包含罩壳102的可变孔口气体流量传感器100，该罩壳102包括第一端口部分104和第二端口部分106，该第一端口部分104和该第二端口部分106彼此连接以限定在其中的气体流动通道108，气体流动通过该气体流动通道108。密封部件110布置并且接合在第一端口部分104和第二端口部分106之间以阻止流动通过气体流动通道108的气体在第一端口部分104和第二端口部分106之间离开通道108。当可变孔口气体流量传感器100用于测量在呼吸装置中的气体流速时，流量传感器100插入在呼吸回路中的一个或多个期望的位置处。

可变孔口气体流量传感器100包括在第一端口部分104和第二端口部分106中间的弯曲部件112。弯曲部件112通常在形状方面互补于气体流动通道108的形状，并且包括外部周缘部件114，该外部周缘部件114的直径大于气体流动通道108的直径，从而当彼此接合时外部周缘部件114的一部分布置在限定在第一端口部分104和第二端口部分106之间的间隙116内。间隙116能够形成以具有期望的宽度，但在一种示例性的实施例中形成为在宽度方面大约0.005英寸。

为了维持外部周缘部件114和弯曲部件112相对于第一端口部分104和第二端口部分106的位置，外部周缘部件114包括在其中形成的多个缺口118，该多个缺口118可对准且可定位在形成在第一端口部分104和/或第二端口部分106上的安装凸出部120上。安装凸出部120运行以关于第一端口部分104和第二端口部分106适当地安置弯曲部件112以阻止弯曲部件112关于第一端口部分104和第二端口部分106旋转。备选地，在另一示例性的实施例中，缺口118和凸出部分120能够完全地省略或为此由其他适合的结构代替。

弯曲部件112还包括流体或气体流动限制舌形片122，该流体或气体流动限制舌形片122在一个端部处连接到外部周缘部件114并且向内延伸到气体流动通道108中并且越过气体流动通道108以分离第一端口部分104和第二端口部分106。因为气体流动限制舌形片122在一个端部处附接到外部周缘部件114，故当气体沿气体流动通道108流动通过可变孔口气体流量传感器100时，气体流动限制舌形片122在气体的流动的方向上弯曲或折曲。为了该目的，气体流动限制舌形片122以及外部周缘部件114(当该外部周缘部件114整体地连同舌形片122形成时)由弹性材料制成。例如，气体流动限制舌形片122能够由弹性塑料或金属制成。气体流动限制舌形片122的弯曲导致在气体流动通道108中增大的流体或气体流动开口123的形成。限定在外部周缘部件114和舌形片122之间的气体流动开口123随着由于在通道108内的气体的流速引起的气体流动限制舌形片122的弯曲而变化。越过气体流动限制舌形片122建立压力差。该压力差借助于传统的压力传感器(在图2-4中未示出)被测量。气体压力被提供到通过压力测量端口124和126的压力传感器，所述压力测量端口124和126分别在第一端口部分104和第二端口部分106上在舌形片122上游和下游通入到气体流动通道中。压力传感器被标定从而通过可变孔口气体流量传感器100的气体的流速从越过气体流动限制舌形片122的压力差中获得。

图2-5示出了偏压部件128，该偏压部件128在第一端口部分104和第二端口部分106之间定位在间隙116内。偏压部件128利用任何适当的形状由任何适当的弹性材料例如弹性塑料或金属形成。在示出的示例性的实施例中，偏压部件128形成为环130，该环130在其中限定了中央开口132。环130定位在间隙116内，其中中央开口132布置在气体流动通道108周围，从而不阻塞气体流动穿过通道108或舌形片122的运动。环130还包括缺口134对，该缺口134对类似于在弯曲部件112的外部周缘部件114中的缺口118形成，然而能够利用任何数量的缺口134，或能够完全地省略缺口134。缺口134定位在安装凸出部120之上以关于弯曲部件112以及第一端口部分104和第二端口部分106适当地安置环130，并且阻止环130的旋转。

偏压部件128还包含布置在环130上的多个偏压元件136，该多个偏压元件136从环130向内延伸到中央开口132中。偏压元件136能够从环130的内部边缘延伸，或能够通过布置在偏压元件136的每个侧边上的狭槽138与环130分离，该狭槽138延伸到环130中。偏压元件136接触弯曲部件112的外部周缘部件114用于以这样的方式作用于弯曲部件112，即该方式利用期望量的力使弯曲部件112在第一端口部分104和第二端口部分106之间保持就位，以使在弯曲部件112上的舌形片122的适当的运行成为可能。在绘制图中的示例性的实施例中，偏压元件136采用接片140的形式，该接片140至少部分地关于环130的平面以角度弯曲，使偏压部件128形成为弹性垫圈(spring washer)。接片140提供了在弯曲部件112上的力的局部点，从而在外部周缘部件114上提供恒定的偏压力以在期望的位置中保持弯曲部件112。接片140的尺寸、数量以及角度连同材料(偏压部件128由该材料形成)一起能够与在示出了等距的接片140的本发明的示例性的实施例中示出的构造不同，以在弯曲部件112上提供来自接片140的期望量的力并且使舌形片122能够恰当地运行，但是不使舌形片122畸变或不允许泄漏部在气体流动通道108中在弯曲部件112周围形成。此外，使用偏压部件128使得在第一端口部分104和第二端口部分106之间的装配公差较宽松的情况下且在不需要任何直接将弯曲部件112和/或偏压部件128固定到罩壳102上的情况下(包括不需要任何附加的固定器件或部件，例如在第一端口部分104和第二端口部分106上的粘合剂、紧固件或螺纹组件)在气体流动通道108内固定弯曲部件112。也预期的是在传感器100中保持弯曲部件112就位的唯一的结构是偏压部件128，从而弯曲部件112可在偏压部件128的偏压下在第一端口部分104和第二端口部分106之间形成的间隙内浮动。

图6示出了本发明的另一示例性的实施例，在该实施例中偏压元件136在形成在外部周缘部件112中的凹口142内接触弯曲部件112的外部周缘部件114。在该构造中，当接片140接合在弯曲部件112中的凹口142的边缘或表面144时，接片140相对于弯曲部件112的轴线以角度施加力。这此外帮助利用期望量的力在第一端口部分104和第二端口部分106之间保持弯曲部件112就位以使在弯曲部件112上的舌形片122的适当的运行成为可能。

可变孔口气体流量传感器100可使用一次，一次性类型或是可使用多次，可重复使用类型。前者将典型地由不昂贵的塑料材料制造。后者通常将由耐高压加热的材料例如金属或一种或多种抗高温塑料制造。

可变孔口气体流量传感器100也能够可选地包括一个或多个固定的孔口(未示出)以及流动限制部件(未示出)。固定的孔口保证了具有不足以引起气体流动限制舌形片122的弯曲的速率的气体流能够穿过可变孔口气体流量传感器100。这能够通过使气体流动限制舌形片122成形成存在用于气体流动穿过的空间而实现。流动限制部件限制了气体流动限制舌形片122的弯曲以为了高流速提供越过舌形片的合适的压力差。

本发明的各种实施例提供了可变孔口气体流量传感器100，该可变孔口气体流量传感器100能够通过以这样的方式将弯曲部件112附接到用于可变孔口流体流量传感器100的罩壳102可复制地测量广阔范围的流速，即该方式最小化附接对弯曲部件112的运行的影响。

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