专利名称：带有湍流诱发器的热流量传感器的制作方法
带有湍流诱发器的热流量传感器
背景技术：
热质量流量传感器通过测量由流动的物质传递的热能值来测量物质的流量。热质 量流量传感器典型地可应用在一个或两个电线设计中，但这两个设计在测量由流动的流体 传递的热能值的相同原理下操作。在一个电线设计中，单一的加热元件被放置在流体流中。 流体流将热从加热元件中带走。调节器将加热元件保持在恒定温度。用于维持恒定温度的 加热元件的功耗为流体的质量流量的测量。当前的流量传感器可能需要湍流平息器，其包 括管道长度达管道直径的10倍以建立平稳流动。这增大了流量传感器的整体长度。
发明内容
本发明的范围仅仅由所附权利要求限定，且在任何程度上均不受本发明内容内的 叙述的影响。在本发明的一个实施例中，一种流量传感器包括主体，其被提供有第一开口和 第二开口、以及将所述第一开口耦接到所述第二开口的流动通路；至少一个热传感器，其 被定位在所述第一开口与所述第二开口之间的所述流动通路中；以及第一湍流诱发器 (turbulenceinducer)，其被定位在所述第一开口与所述至少一个热传感器之间。在本发明的另一实施例中，一种操作流量传感器的方法，包括步骤将流体流从第 一方向引入所述流量传感器；在沿所述第一方向流动的所述流体中产生湍流；以及使用传 感器测量沿所述第一方向流动的所述流体的流速，其中所述传感器在所述湍流已经产生之 后被定位在沿所述第一方向流动的所述流体中。在本发明的又一实施例中，一种流量传感器包括主体，其被提供有第一开口和第 二开口、以及将所述第一开口耦接到所述第二开口的流体通路；至少一个热传感器，其被定 位在所述第一开口与所述第二开口之间的所述流动通路中；以及用于在从所述第一开口流 动到所述至少一个热传感器的流体中引发湍流的装置。技术方案根据本发明的一个方案，一种流量传感器包括主体，其被提供有第一开口和第二 开口、以及将所述第一开口耦接到所述第二开口的流动通路；至少一个热传感器，其被定位 在所述第一开口与所述第二开口之间的所述流动通路中；以及第一湍流诱发器，其被定位 在所述第一开口与所述至少一个热传感器之间。优选地，所述第一开口和所述第二开口具有第一横截面面积，所述流动通路具有 第二横截面面积，且其中，所述第一横截面面积小于所述第二横截面面积。优选地，所述第一湍流诱发器为具有大致矩形横截面形状的联结桁条网格。优选地，所述第一湍流诱发器形成有限定多个空隙的多个桁条，其中所述空隙具 有大致正方形、大致三角形、大致矩形、大致六边形或大致平行四边形的形状。优选地，第二湍流诱发器被定位在所述第二开口(130)与所述至少一个热传感器 之间。优选地，所述第二湍流诱发器为具有大致矩形横截面形状的联结桁条网格。
优选地，第二和第三湍流诱发器被定位在所述第一湍流诱发器与所述热传感器之 间。优选地，在所述第一、第二与第三湍流诱发器之间存在不相等的距离。优选地，在所述第一、第二与第三湍流诱发器之间存在相等的距离。优选地，所述第一与第二湍流诱发器之间的距离选自如下的组5mm，10mm, 15mm, 20mm,25mm。优选地，所述第一、第二和第三湍流诱发器均具有网格图案，所述第一、第二和第 三湍流诱发器中的至少一个的网格图案被取向为相对于至少一个其他湍流诱发器的网格 图案成一角度。优选地，所述角度为120度。根据本发明的另一方案，一种操作流量传感器的方法包括步骤将流体流从第一 方向引入所述流量传感器；在沿所述第一方向流动的所述流体中产生湍流；以及使用传感 器测量沿所述第一方向流动的所述流体的流速，其中所述传感器在所述湍流已经产生之后 被定位在沿所述第一方向流动的所述流体中。优选地，该方法包括步骤将流体流从第二方向引入所述流量传感器；在沿所述 第二方向流动的所述流体中产生湍流；以及使用传感器测量沿所述第二方向流动的所述流 体的流速，其中所述传感器在所述湍流已经产生之后被定位在沿所述第二方向流动的所述 流体中。优选地，使用多个湍流诱发器产生所述湍流。优选地，所述多个湍流诱发器沿流动路径均勻地间隔开。优选地，所述多个湍流诱发器具有网格图案，至少两个湍流诱发器的网格图案被 取向为相对于彼此成一角度。优选地，所述多个湍流诱发器由联结桁条网格形成，其中所述桁条具有大致矩形 横截面形状。根据本发明的又一方案，一种流量传感器包括主体，其被提供有第一开口和第二 开口、以及将所述第一开口耦接到所述第二开口的流体通路；至少一个热传感器，其被定位 在所述第一开口与所述第二开口之间的流体通路中；以及用于在从所述第一开口流动到所 述至少一个热传感器的流体中引发湍流的装置。
现在将参照附图仅通过示例对本发明进行描述，附图中图1为本发明的示例性实施例中的流量传感器的剖视图。图2A为本发明的示例性实施例中的主体的前向立体图。图2B为本发明的示例性实施例中的主体的俯视立体图。图3A为本发明的示例性实施例中的湍流诱发器组件之一的立体图。图3B为本发明的示例性实施例中的支架的立体图。图3C为本发明的示例性实施例中的湍流诱发器的前视图。图3D为本发明的示例性实施例中的垫圈的立体图。图3E为被取向为彼此成一角度的多个湍流诱发器组件的分解图。
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图4为本发明的示例性实施例中的热传感器组件的侧视立体图。图5A示出了由本发明实施例的湍流诱发器限定的平行四边形的空隙。图5B示出了由本发明实施例的湍流诱发器限定的矩形的空隙。图5C示出了由本发明实施例的湍流诱发器限定的三角形的空隙。图5D示出了由本发明实施例的湍流诱发器限定的六边形的空隙。图5E示出了由本发明实施例的湍流诱发器限定的平行四边形的空隙。
图6A示出了本发明实施例的矩形桁条。图6B示出了本发明实施例的正方形桁条。图6C示出了本发明实施例的三角形桁条。图6D示出了本发明实施例的圆柱形桁条。图6E示出了本发明实施例的卵形桁条。图6F示出了本发明实施例的平行四边形桁条。图6G示出了本发明实施例的平行四边形桁条。图6H示出了本发明实施例的六边形桁条。图61示出了本发明实施例的T形桁条。图7为在流体流通过本发明示例性实施例中的湍流诱发器时流体流的剖视图。图8A为示出通过没有任何湍流诱发器的管道的流体流的流动示意图。图8B为示出通过具有本发明示例性实施例中的沿流动通路的长度间隔开的三个 湍流诱发器的管道的流体流的流动示意图。
具体实施例方式图1至图8B以及以下说明描绘出一些具体示例，以教示本领域技术人员如何构造 和使用本发明的最佳模式。出于教示本发明原理的目的，一些常规的方面被简化或省略。本 领域技术人员将意识到，这些示例的变型落入本发明的范围内。本领域技术人员将意识到， 以下描述的特征可以各种方式被组合以形成本发明的多种变型。因此，本发明不限于以下 描述的具体示例，而是仅由权利要求及其等同替换限定。图1为本发明的示例性实施例中的流量传感器100的剖视图。流量传感器100包 括主体102、湍流诱发器组件114、116、118、122、124和126、电子组件112、盖120、管道安装 塞104和136、0形圈134以及管道配件132和108。主体102具有沿主体102的长度延展 的管形通路，以及形成在优选大致管形流动通路103的顶部上的电子隔间。安装在流动通 路103的一端的是第一组三个湍流诱发器组件114、116和118。安装在流动通路103的另 一端的是第二组三个湍流诱发器组件122、124和126。电子组件112被安装到主体102顶 侧的电子隔间中，并具有优选延伸到两组湍流诱发器之间的流动通路103的中间的热传感 器140。盖120被安装在电子隔间的顶部，并将电子组件112密封到电子隔间中。管道安装 塞104被安装到形成在主体102中的流动通路103的一端，并将湍流诱发器组件114、116和 118保持在流动通路103内侧的适当位置。管道安装塞136被安装到形成在主体102中的 流动通路103的另一端，并将湍流诱发器组件122、124和126保持在流动通路103内侧的 适当位置。管道106被安装到管道安装塞104中并通过管道固定件132保持在适当位置。 管道110被安装到管道安装塞136中并通过管道固定件108保持在适当位置。0形圈134
6帮助在管道106和110与管道安装塞104和136之间形成密封。管道安装塞104和136分 别具有与管道106和110的内直径相同的直径的开口 128和130。在操作中，管道106中流动的流体通过管道安装塞104中的开口 128进入流量传 感器100。流动的流体然后冲击并穿过第一组三个湍流诱发组件114、116和118。湍流诱 发器在流动的流体中产生湍流。流体流然后经过浸没在流体的流动路径中的热传感器140。 三个湍流诱发组件114、116和118用于在流体经过浸没的热传感器140时产生平稳的流体 流。流动的流体然后穿过第二组三个湍流诱发器组件122、124和126，并通过开口 130离开 流量传感器且进入管道110。图2A为本发明的示例性实施例中的主体102的前向立体图。主体102具有内部 地形成在主体102内侧的优选大致管形或圆柱形的流动通路103。对准特征部250优选形 成在流动通路103的每一端，并用于使湍流诱发器组件对准。在本发明的一个示例中，对准 特征部为六边形开口，其允许湍流诱发器组件被安装在三个不同的方位。如图3E所示，每 个湍流诱发器384具有相同的网格图案，且每个湍流诱发器384的网格图案被取向为相对 于一个或更多个相邻的湍流诱发器384的网格图案成120度。本领域普通技术人员将意识 到，在本发明的范围内可以利用除120度以外的角度。用于管道安装塞的开口 254形成到 主体102的每一端中在两个对准特征部250的端部处。开口 252形成到电子隔间256中并 用于安装电子组件的输出端口。图2B为本发明的示例性实施例中的主体102的俯视立体图。形成在电子隔间256 的底部的开口 268允许热传感器被插入流动通过主体102中的流动通路103的流体。安装 柱260用于将电子组件112安装到电子隔间256中。密封槽262形成到电子隔间256的底 部。插入在密封槽262中的衬垫用于帮助在电子组件112与流动通路103之间形成密封。图3A为本发明的示例性实施例中的湍流诱发器组件379之一的立体图。每个湍 流诱发器组件379优选包括支架380、湍流诱发器384和垫圈382。图3B为本发明的示例 性实施例中的支架380的立体图。支架380具有圆柱形内膛孔和大致六边形外表面。六 边形外表面被配置为与形成在主体102中的对准特征部250匹配。支架380具有长度L， 当三个湍流诱发器组件被堆叠到对准特征部250中时，该长度被配置为使湍流诱发器间隔 开。在本发明的一个示例性实施例中，每个湍流诱发器组件使用具有相同长度L的支架380 以在湍流诱发器384之间产生均勻的间隔。在本发明的一个示例性实施例中，长度L被设 定为10mm，但可设定为其他长度，例如5mm，20mm，等。选择长度L为流量传感器的整体长度 与优化流动轮廓之间的平衡。在本发明的其他示例性实施例中，具有不同长度L的支架可 用于三个湍流诱发器组件以在湍流诱发器384之间产生不均勻的间隔。通道386形成在支 架380的边缘。图3C为本发明的示例性实施例中的湍流诱发器384的前视图。湍流诱发 器384在尺寸上适于装配在形成在支架380中的通道384中。图3D为本发明的示例性实 施例中的垫圈382的立体图。垫圈382也在尺寸上适于装配在通道386中并被配置为将湍 流诱发器384保持在通道386内侧的适当位置。尽管本实施例包括带有支架380、湍流诱发器384和垫圈382的一个或更多个湍流 诱发器组件379，但利用其他设置也处于本发明的范围内。作为示例而非限制，支架380可 被提供有两个通道386，其位于支架380的相对端部，分别用于容纳垫圈382和/或湍流诱 发器384。在可替换实施例中，垫圈382可被省去。在另外的实施例中，支架380可被一个
7或更多个间隔件(未示出)所替代，这些间隔件被制成为没有通道386并使湍流诱发器384 彼此分隔或者将一个或更多个湍流诱发器384定位。在另外的实施例中，支架380或间隔 件可与塞(104)或(136)整体式制成。此外，将主体102制成为没有对准特征部250以提供具有不同形状的对准特征部 350并提供具有除六边形外表面以外的形状的支架380也在本发明的范围内。作为示例而 非限制，主体102可被提供有容纳支架的大致圆柱形表面，且支架250可被提供有大致圆柱 形外表面。作为示例而非限制，支架250的外表面可被提供有一个或更多个凸起表面，其装 配到形成在主体102的开口的内直径中的一个或更多个槽中。图4为本发明的示例性实施例中的热传感器组件490的侧视立体图。热传感器组 件490为电子组件112的一部分，并安装在形成在主体102中的电子隔间256的底表面上。 在本发明的一个示例性实施例中，热传感器组件490具有两个热传感器140，两个热传感器 140向下延伸并被配置为装配通过电子隔间256的底部的开口 268并至流动通路103的流 体流中。在本发明的其他示例性实施例中，仅有一个热传感器可向下延伸至流体流中。如图3C所示，湍流诱发器384包括限定空隙385的网格图案的联结桁条383。在 图3C所示的实施例中，湍流诱发器384处于切到装配到支架380中的六边形零件中的平 面。在图3C所示的实施例中，空隙385优选具有大致正方形形状；然而，如图5A至5(所 示，具有其他形状的空隙385也在本发明的范围内。例如而非限制，空隙385可具有大致平 行四边形、大致矩形、大致三角形、大致六边形、或其他大致非正方形的形状。在图3C所示的实施例中，桁条385优选具有矩形形状，如图6A所示。然而，在可 替换实施例中，如图6B至61所示，桁条385可具有其他形状，举例而言例如而非限制，大致 正方形、大致三角形、大致圆柱形、大致卵形、大致平行四边形、大致六边形、大致T形或大 致非矩形的形状。图7为当流体流通过本发明示例性实施例中的湍流诱发器时的流体流的剖视图。 如所示，在此当流体流经过桁条386并通过空隙385时，漩涡流产生。优选地，漩涡流的产 生致使流体以更均勻的速度行进通过主体102的流动通路103。图8A为示出通过没有任何 湍流诱发器的管道的流体流的流动示意图。由此可以看出，流体的流动路径103仍然蜿蜒 曲折并在接近管道的端部具有较大变化的速度轮廓。图8B为示出通过具有本发明示例性 实施例中的沿管道的长度间隔开的三个湍流诱发器的管道的流体流的流动示意图。流体的 流动通路103在三个湍流诱发器之后以均勻分布的速度轮廓平稳地流动。即使仅经过第一 湍流诱发器，流动路径103与图8A所示的流动路径相比得到改善。湍流诱发器384可被制 成为由压印金属板形成的筛、塑料制的模制零件、编织电线网格，等。流量传感器100被示出为具有两组湍流诱发器组件，热传感器120的两侧各有一 组，从而允许流量传感器100用作双向流量计，且流体流通过管道106或管道110进入流量 传感器。在本发明的其他示例性实施例中，流量传感器100可仅仅具有位于热传感器120 一侧的一组湍流诱发器组件，从而使流量传感器被限制成仅仅测量一个方向上的流动。在本发明的一个示例性实施例中，流量传感器100被示出为具有一组三个湍流诱 发器，其在流到达热传感器之前放置在流中。湍流诱发器的数量、湍流诱发器之间的间隔、 湍流诱发器之间的方位以及湍流诱发器的横截面轮廓是可变的，其可用于流量传感器100 的整体长度、流在热传感器处的平稳性以及制造流量传感器100的成本之间的平衡。在本
8发明的一个示例性实施例中，对于低成本的流量传感器100，仅有一个湍流诱发器在热传感 器和湍流诱发器由电线网筛或网格制成之前放置在流中。
权利要求
一种流量传感器，包括主体(102)，其被提供有第一开口(128)和第二开口(130)、以及将所述第一开口耦接到所述第二开口的流动通路(103)；至少一个热传感器(140)，其被定位在所述第一开口(128)与所述第二开口(130)之间的所述流动通路中；以及第一湍流诱发器(114)，其被定位在所述第一开口(128)与所述至少一个热传感器(140)之间。
2.根据权利要求1所述的流量传感器(100)，其中，所述第一开口(128)和所述第二开 口(130)具有第一横截面面积，所述流动通路(103)具有第二横截面面积，并且其中，所述 第一横截面面积小于所述第二横截面面积。
3.根据权利要求1所述的流量传感器(100)，其中，所述第一湍流诱发器(114)为具有 大致矩形横截面形状的联结桁条(383)网格。
4.根据权利要求1所述的流量传感器(100)，其中，所述第一湍流诱发器(114)形成有 限定了多个空隙(385)的多个桁条(383)，其中所述空隙(385)具有大致正方形、大致三角 形、大致矩形、大致六边形或大致平行四边形的形状。
5.根据权利要求1所述的流量传感器(100)，进一步包括第二湍流(122)诱发器，其被定位在所述第二开口(130)与所述至少一个热传感器 (140)之间。
6.根据权利要求5所述的流量传感器(100)，其中，所述第二湍流诱发器(122)为具有 大致矩形横截面形状的联结桁条(383)网格。
7.根据权利要求1所述的流量传感器(100)，进一步包括第二湍流诱发器(116)和第三湍流诱发器(118)，其中所述第二和第三湍流诱发器 (116，118)被定位在所述第一湍流诱发器(114)与所述热传感器(140)之间。
8.根据权利要求7所述的流量传感器(100)，其中，在所述第一、第二与第三湍流诱发 器(114，116，118)之间存在不相等的距离。
9.根据权利要求7所述的流量传感器(100)，其中，在所述第一、第二与第三湍流诱发 器(114，116，118)之间存在相等的距离。
10.根据权利要求7所述的流量传感器，其中，所述第一与第二湍流诱发器(114，116) 之间的距离选自如下的组5mm，10mm, 15mm，20mm，25mm。
11.根据权利要求7所述的流量传感器(100)，其中，所述第一、第二和第三湍流诱发器 (114，116，118)均具有网格图案，所述第一、第二和第三湍流诱发器(114，116，118)中至少 一个湍流诱发器的网格图案被取向为相对于至少一个其他湍流诱发器(114，116，118)的 网格图案成一角度。
12.根据权利要求11所述的流量传感器(100)，其中，所述角度为120度。
13.一种操作流量传感器(100)的方法，包括将流体流从第一方向引入所述流量传感器(100)；在沿所述第一方向流动的所述流体中产生湍流；以及用传感器(140)测量沿所述第一方向流动的流体的流速，其中所述传感器(140)在已 经产生了所述湍流之后被定位在沿所述第一方向流动的所述流体中。
14.根据权利要求13所述的操作流量传感器(100)的方法，进一步包括将流体流从第二方向引入所述流量传感器(100)；在沿所述第二方向流动的所述流体中产生湍流；以及用传感器(140)测量沿所述第二方向流动的流体的流速，其中所述传感器(140)在所 述湍流已经产生之后被定位在沿所述第二方向流动的所述流体中。
15.根据权利要求13所述的操作流量传感器(100)的方法，其中，所述湍流是利用多个 湍流诱发器(114，116，118，122，124，或126)产生的。
16.根据权利要求15所述的操作流量传感器(100)的方法，其中，所述多个湍流诱发器 (114，116，118，122，124，或126)沿流动路径(103)均勻地间隔开。
17.根据权利要求15所述的操作流量传感器(100)的方法，其中，所述多个湍流诱发器 (114，116，118，122，124，或126)具有网格图案，至少两个湍流诱发器(114，116，118，122， 124，或126)的网格图案被取向为相对于彼此成一角度。
18.根据权利要求15所述的操作流量传感器(100)的方法，其中，所述多个湍流诱发 器(114，116，118，122，124，或126)中的每一个均由联结桁条(383)网格形成，其中所述桁 条(383)具有大致矩形横截面形状。
19.一种流量传感器(100)，包括主体(102)，其被提供有第一开口(128)和第二开口(130)、以及将所述第一开口(128) 耦接到所述第二开口(130)的流体通路(103)；至少一个热传感器(140)，其被定位在所述第一开口(128)与所述第二开口(130)之间 的流体通路中；以及用于在从所述第一开口(128)流动到所述至少一个热传感器(140)的流体中引发湍流 的装置(114，116，或 118)。
全文摘要
本发明公开了一种流量传感器(100)，其被提供有主体(102)，该主体具有第一开口(128)和第二开口(130)以及将所述第一开口(128)耦接到所述第二开口(130)的流动通路(103)。至少一个热传感器(140)被定位在所述第一开口(128)与所述第二开口(130)之间的流动通路(103)中。第一湍流诱发器(114，116，或118)被定位在所述第一开口(128)与所述至少一个热传感器(140)之间。所述湍流诱发器包括限定多个空隙的联结桁条网格。
文档编号G01F1/684GK101939624SQ200780102041
公开日2011年1月5日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者F·施努尔, H·施奈德-克尼希 申请人:诺格伦有限责任公司