传感器的制作方法

本实用新型涉及气体流量，更具体而言，涉及一种传感器。

背景技术：

天然气以及大多数工业气体中难免会含有粉尘、水汽、重烃油类等物质，随着气体的流动，这些物质会接触到流量芯片表面及流量测量芯片四周的测量敏感区域，进而附着或沉积在其表面，对其造成污染。长期以来，人们只认识到流量芯片表面的污染会对流量的测量造成一定的影响，对流量芯片周围的测量敏感区域的污染对流量测量的影响关注较少。然而，流量测量芯片周围敏感区域污染物的附着和堆积，会影响流经测量芯片气体的热特性以及流体分布状态，从而影响流量芯片测量的准确度。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够对流量测量单元周围进行加热的传感器。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种传感器，包括：流量测量单元，以及至少部分围绕流量测量单元设置的加热装置。

根据本实用新型的一个实施例，沿着被测流体流向，在流量测量单元的上游和下游设置加热装置。

根据本实用新型的一个实施例，加热装置完全围绕流量测量单元。

根据本实用新型的一个实施例加热装置的长度b和流量测量单元的长度h的比例为：1.5≤b/h≤5。

根据本实用新型的一个实施例，流量测量单元和加热装置之间的距离c的范围为0-300um。

根据本实用新型的一个实施例，加热装置的宽度a的范围为1-3mm。

根据本实用新型的一个实施例，流量测量单元和加热装置设置在硅片载体3上。

根据本实用新型的一个实施例，硅片载体还包括对应于流量测量单元设置的第一镂空区域和/或对应于加热装置设置的第二镂空区域6。

根据本实用新型的一个实施例，加热装置的宽度a小于第二镂空区域的宽度d。

根据本实用新型的一个实施例，加热装置为电阻丝或加热膜。

本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型涉及的传感器，在流量测量单元周围设置有加热装置，以对流量测量单元周围进行加热，使得附着在流量测量单元周围的低沸点污染物发生蒸发或沸腾，形成较强烈的向上的对流气流，以带走流量测量单元周围的其他污染物，保持流量测量单元周围洁净，以确保流量测量单元测量的准确性。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例传感器的示意图；

图2是图1所示实施例传感器的剖视图；

图3是根据本实用新型一个实施例传感器镂空区域的示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例加热装置的布置示意图；

图5是根据本实用新型另一个实施例加热装置的布置示意图；

图6是根据本实用新型一个实施例加热装置的结构示意图，其中加热装置为电阻丝。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的实施例进行详细描述。

如图1至图5所示，本实用新型一方面的实施例提供了一种传感器。该传感器包括用于测量流量的流量测量单元1，在流量测量单元1的周围还设置有加热装置8，其中，加热装置8至少部分围绕流量测量单元1。

上述实施例涉及的传感器，在流量测量单元1周围设置有加热装置8，以对流量测量单元1周围进行加热，使得附着在流量测量单元1周围的低沸点污染物发生蒸发或沸腾，形成较强烈的向上的对流气流，以带走流量测量单元1周围的其他污染物，保持流量测量单元周围洁净，以确保流量测量单元1测量的准确性。

根据本实用新型的一个实施例，加装装置8可以由铂或其合金制成。当然，根据具体情况，加热装置8也可以由其他升降温度较快的材料制成。应当理解的是，此处采用的材料可以是任意已知的材料，只需使得加热装置8需要加热时能够较快升高温度至需要的温度，当加热停止时温度能够较快恢复常温即可。

进一步地，加热装置8可以为加热丝。或者，在另一个实施例中，加热装置8也可以是加热膜。当然，可以想到的是，根据具体情况，加热装置8也可以同时包括加热丝和加热膜。例如，如图6所示，加热装置可以为电阻丝。

如图4所示，根据本实用新型的一个实施例，沿着被测流体流向，加热装置8可以设置在流量测量单元1的上游和下游。

应该可以理解，在传感器的使用过程中，污染物容易附着在流量测量单元1的上游和下游位置，一旦污染物在流量测量单元1的上游和/或下游堆积，会影响被测流体的流态，进而导致流量测量单元1测量的准确性。因此，在流量测量单元1的上游和下游设置加热装置8，可以针对污染物容易附着的区域进行加热，有效去除污染物，确保流量测量单元1测量的准确性。

或者，如图5所示，根据本实用新型的一个可选实施例，加热装置8也可以完全围绕流量测量单元1设置。这样，加热装置8不但可以对流量测量单元1的上游和下游加热，而且也能够有效除去其他位置的污染物，进一步确保流量测量单元1测量的准确性。

进一步地，如图1至图5所示，将流量测量单元1的周围较容易沉积污染物并可能对流量测量单元1的测量准确性发生影响的区域称为测量敏感区域2，加热装置8可以有选择地或均匀地分布在测量敏感区域2中，以确保有效除去流量测量单元1周围的污染物。也就是说，加热装置8可以在污染物沉积较多的位置密集布置，或者，加热装置8也可以在整个测量敏感区域2中均匀布置。

如图4所示，参照根据本实用新型的一个实施例，加热装置8的长度b和流量测量单元1的长度h的比例为：1.5≤b/h≤5。

进一步地，再次参照图4，根据本实用新型的一个实施例，流量测量单元1和加热装置8之间的距离c的范围为0-300um。

再次参照图4，根据本实用新型的一个实施例，加热装置8的宽度a的范围为1-3mm。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，流量测量单元1和加热装置8设置在硅片载体3上。硅片载体3为流量测量单元1和加热装置8提供支撑，使其保持在传感器中。

再次参照图2和图3，根据本实用新型的一个实施例，硅片载体3还包括对应于流量测量单元1设置的第一镂空区域5和/或对应于加热装置8设置的第二镂空区域6。这样，可以避免加热装置8对相应区域加热时耗费大量能量对硅片载体3进行加热，能够在消耗较少能量的前提下获得较高的加热温度。并且，由于硅片载体3为固体材料，第一镂空区域5和第二镂空区域6的设置能够减少固体材料热容对温度上升和下降速度的影响，避免加热装置8停止工作后残余的热量对流量测量单元1进行流量测量的影响。

进一步地，在一个可选实施例中，第一镂空区域5与流量测量单元1之间以及第二镂空区域6与加热装置8之间还设置有导热的薄膜7。

在一个可选实施例中，薄膜7可以由微米级的氮化硅或碳化硅材料制成。

如图2所示，根据本实用新型的一个实施例，加热装置8的宽度a小于第二镂空区域6的宽度d。这样，可以确保加热装置8快速升温和降温，具有较好的加热效果。

如图1至图6所示，本实用新型的一个实施例提供一种传感器，由流量测量单元1、加热装置8、硅片载体3和电气引出线4构成。

其中，流量测量单元1在其周围测量敏感区域2保持洁净不被污染的情况下，能够保证测量的准确性和重复性。

加热装置8，设置在流量测量单元四周测量敏感区域2内，利用加热使测量敏感区域2不受污染。可以是加热丝，加热膜等。

加热除污染物的原理是：加热之后，主要利用天然气中含有的微量的低沸点的物质，如戊烷，己烷，水分等，被加热之后发生蒸发或沸腾，形成较强烈的向上的对流气流，在该对流气流与沿着管道方向过来的气流的一同作用下，使得气体中的重烃油类(C6+)、灰尘以及其他固体小颗粒，如铁锈、管道内壁脱落物等，不会沉积或附着在流量测量原件的敏感区域内。

硅片载体3，流量测量单元1和加热装置8均设置在硅片载体3上，硅片载体3为流量测量单元1和加热装置8提供载体，使其设置在流量计中。

硅片载体3在设置流量测量单元1和加热装置8的位置处还可以设置成对应的第一镂空区域5和第二镂空区域6，如图2所示。第一镂空区域5和第二镂空区域6的结构如图3所示。

硅片载体3设置有镂空区域目的是：为了消耗较少的电能获得较高的加热温度，同时减少固体材料热容对温度上升和下降速度的影响，避免加热装置8工作后残余的热量对流量测量的影响。

第一镂空结构5和第二镂空结构6的上方还可以布置一层热稳定好或导热性能高的薄膜7，流量测量单元1和加热装置8设置在镂空区域上方的薄膜上。薄膜7一般材料为微米级的氮化硅或碳化硅。

电气引出线4，设置在硅片载体3上，为流量测量单元1和加热装置8提供电信号接口。

加热装置8的排布方式：一种方式是排布在流量测量元件的左右两侧，如图4所示，即对流量测量元件的左右两侧(上游和下游)进行加热；其中加热装置的尺寸要求为：1.5≤b/h≤5；优选比值为2.0。即，加热装置8的长度b要比流量测量单元1的长度h大，此比值确保气体在传感器流量测量敏感区域2的层流分布不因污染物堆积而改变，从而保证了流量测量的准确性。比值过小，会使防污染区域缩小，不能达到良好的防污染效果；比值过大，防污染效果不会再增加，且会增加加热装置8的成本。

加热装置8和流量测量元件1的距离c，0≤c≤300um，优选100um，加热装置8和流量测量元件1的距离优选为一根加热丝的宽度，距离太大可能会在两个元件之间形成一个温度较低的带隙，这个带隙可能会附着污染物。

其中，加热装置8的长度a，1mm≤a≤3mm，优选1.5mm，加热装置8的长度a值太小，防污染的区域长度不够，防污染区域之外附着或沉积的污染物由于离测量单元太近，会影响流量测量元件的气体流场分布，进而影响测量准确性；长度a太长则没有必要，因超出的部分已不属于流量敏感区域。

第二镂空区域6的长度d优选大于加热装置的长度a，已达到快速升温和降温的目的。

另一种是排布在流量测量元件的四周，如图5所示，即对流量测量元件1的四周进行加热，其加热装置8的尺寸要求同样遵循排布在流量测量元件1的左右两侧时的a、b、c、h尺寸的约束范围，值得注意的是，在流量测量单元1上下方处加热装置的宽度尺寸需满足1.5≤(2b’+2c+h)/h≤5，优选比值为2.0。另外，b和(2b’+2c+h)的大小可以相同也可以不同。

当加热装置8为电阻丝时，如图6所示，电阻丝布置在测量敏感区域2内，加热丝按照均匀的分布构成一个加热面。当然，加热装置8还可以是加热膜。

根据本实用新型另一个实施例，加热装置8的加热温度(即加热装置8的温度)为加热装置所占区域的平均温度。

加热温度与环境温度之和的最小值，不小于40℃，优选60℃；这是因为天然气中沸点最低的气体为戊烷和己烷，其沸点分别是30℃，60℃，加热温度过低，加热源的对流效应不明显，也达不到低沸点气体的沸点，起不到防止杂质、脏污附着在测量敏感区表面的效果。

加热温度与环境温度之和的最大值不做要求，优选不超过287℃。这是因为从安全考虑，天然气中燃点最低的微量丁烷气体的引燃温度为287℃；另一方面，温度太高的话，会影响温度上升和降低的速度，加热装置工作后残余的热量会对流量测量造成影响。

加热装置8优选在流量测量单元不工作的时候进行加热。即，在进行测量流量时，加热装置8不进行加热；不进行流量测量的情况下，才使加热装置8进行加热。以避免加热装置8的加热影响流经气体的流态及热特性，从而影响流量的测量准确性。

流量测量单元1周围的加热装置8可以同时加热，也可以交替工作。

对于有功耗限制的情况下，采用间歇式定周期对加热装置进行供电加热，加热时间不低于加热周期的5％。这是因为：加热时间太短的话，加热温度恒定时间太短，加热效果不理想；加热时间太长，增加功耗。

对于没有功耗限制的情况，加热装置8的工作时间在不影响流量测量的情况下，不受限制。

加热装置8加热材料的要求：升温降温速度快，为了避免加热装置工作后残余的热量对流量测量的影响。优选铂或其合金制成。加热装置8通电加热到温度达到稳定值的时间优选小于50ms。

根据一个实施例，启动流量测量单元1对流量进行定周期的一次或多次测量，测量完成后关闭流量测量单元电源。在不进行流量测量时，使加热装置开始加热，优选在下一次流量测量开始前的300ms给加热装置断电，为下一次流量测量做准备。这里的300ms需结合实际的传感器参数通过测试或仿真分析所得。时间太短的话，可能热量会对流量测量造成影响，时间太长的话，会影响防污染的效果。重复上述两个过程。

当检测到流量为零时，可适当降低加热装置的工作频率。需要对加热装置的工作状态进行监测，通过检测加热装置的电气参数作为其故障或损坏的检测时段。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。