一种热式质量流量计探头的制作方法

本发明涉及计量设备技术领域，尤其涉及一种热式质量流量计探头。

背景技术：

现有的热式流量计都有一个具有温度检测功能的加热元件和一个温度检测元件，温度检测元件用来测量流体的温度t1，加热元件自动加热到高于流体温度的温度t2，现有的热式流量计大体分为两种：

第一种是恒功率热式流量计，其工作原理是：温度检测元件测量流体的温度t1，加热元件自动加热到温度t2，当有流体流过温度检测元件和加热元件时，加热元件的一部分的热量将被流体带走，使加热元件的温度下降，因加热元件的加热功率恒定不变，流体流动速度越快，带走的热量也就越多，加热元件的温度下降越大，从而可以通过流体的流速和加热元件的温度下降值的函数关系测量流体质量流量。

第二种是恒温差热式流量计，其工作原理是：温度检测元件测量流体的温度t1，加热元件自动加热到温度t2，当有流体流过温度检测元件和加热元件时，加热元件的一部分的热量将被流体带走，使加热元件的温度下降，通过自动调整加热元件的加热功率，使温度检测元件与加热元件的温差保持不变，流体流动速度越快，带走的热量也就越多，加热元件的加热功率越大，从而可以通过流体的流速和加热元件的功率增加的函数关系测量流体质量流量。

在测量流体质量流量的过程中，加热元件和温度检测元件被插入到管道中以测量流体流量。为了保护加热元件和温度检测元件在安装和操作过程中不受损坏，在加热元件和温度检测元件周围设置了机械保护装置。然而，增设的机械保护装置对流体动力学有负面影响，会导致跟随流体速度和压力变化而变化的湍流，进而导致的测量不确定性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可提高测量精度的热式质量流量计探头。

为解决上述技术问题，本发明提供一种热式质量流量计探头，其包括有一中空的外壳、一具有温度检测功能的加热元件和一温度检测元件；所述外壳连接在热式质量流量计的连接轴的末端，用于安装所述热式质量流量计探头；所述加热元件设置于所述外壳的内部下端，其下端面与所述外壳的下端面处于同一平面且与所述连接轴轴向垂直；所述温度检测元件设置于所述外壳的内部，且与所述加热元件热隔离。

其进一步技术方案为：所述温度检测元件设置于所述外壳的内部下端，其下端面与所述外壳的下端面处于同一平面。

其进一步技术方案为：所述加热元件与所述温度检测元件之间填充有隔热材料，所述隔热材料的导热系数＜1.0w/m·k。

其进一步技术方案为：所述加热元件包括有一第一基板及一贴合于所述第一基板背面处的加热器，所述第一基板的正面构成所述加热元件的下端面。

其进一步技术方案为：所述温度检测元件设置于所述外壳内部位于所述加热元件的上方处，且与所述外壳热接触。

其进一步技术方案为：所述外壳包括有上壳和与连接于上壳下端的下壳，所述温度检测元件设置于所述上壳内部且与所述上壳热接触，所述上壳的导热系数＞1.0w/m·k，所述加热元件设置于所述下壳的内部下端，所述下壳的下端面构成外壳的下端面，所述下壳的导热系数＜1.0w/m·k。

其进一步技术方案为：所述温度检测元件包括有一第二基板及一贴合于所述第二基板背面处的温度传感器，所述第二基板的正面构成所述温度检测元件的下端面。

其进一步技术方案为：所述加热器为电阻温度传感器。

其进一步技术方案为：所述电阻温度传感器为铂电阻。

其进一步技术方案为：所述温度传感器为电阻温度传感器或数字温度传感器。

与现有技术相比，本发明的热式质量流量计探头中的加热元件设置于外壳的内部下端且其下端面与连接轴轴向垂直，当热式质量流量计探头垂直插入流体管道时，加热元件所处的下端面与被测介质的流动方向平行，流体可在加热元件的下端面流动，因此，加热元件在受到良好保护的同时，也可以与流体良好热接触，从而提高热式质量流量计探头的测量精度。此外，所述加热元件和温度检测元件热隔离，减小了加热元件对温度检测元件的影响，使得流体温度测量更为精准，因此流量测量更为精准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明热式质量流量计探头第一实施例的立体结构示意图；

图2为本发明热式质量流量计探头第一实施例的分解结构示意图；

图3为本发明热式质量流量计探头第一实施例的剖视示意图；

图4为本发明热式质量流量计探头第二实施例的立体结构示意图；

图5为本发明热式质量流量计探头第二实施例的分解结构示意图；

图6为本发明热式质量流量计探头第二实施例的剖视示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

参照图1至图3，图1至图3展示了本发明热式质量流量计探头的第一实施例。在附图所示的实施例中，热式质量流量计探头100设置在可插入流体管道的连接轴200的末端，所述热式质量流量计探头100包括有一中空的外壳30、一具有温度检测功能的加热元件10和一与所述加热元件10热隔离的温度检测元件20。所述外壳30连接在热式质量流量计的连接轴200的末端，用于安装所述热式质量流量计探头；所述加热元件10设置于所述外壳30的内部下端，其下端面与所述外壳30的下端面处于同一平面且与所述连接轴200轴向垂直；所述温度检测元件20设置于所述外壳30的内部下端，其下端面与所述外壳30的下端面处于同一平面且与所述连接轴200轴向垂直。

所述热式质量流量计探头100与控制器的连接以及如何实现流量检测的技术方案均属于现有技术，这里不再赘述。所述加热元件10的下端面及所述温度检测元件20的下端面均与所述连接轴200轴向垂直，表示所述加热元件10的下端面及所述温度检测元件20的下端面均与连接轴200的中心轴线101垂直。

基于上述设计，本发明中的热式质量流量计探头的加热元件10及温度检测元件20均设置于外壳30的内部下端且下端面与连接轴200轴向垂直，当热式质量流量计探头垂直插入流体管道时，加热元件10所处的下端面与被测介质的流动方向平行，流体可在加热元件10及温度检测元件20的下端面流动，因此，加热元件10和温度检测元件20在受到良好保护的同时，也可以与流体良好热接触，从而提高热式质量流量计探头100的测量精度。此外，所述加热元件10和温度检测元件20热隔离，减小了加热元件10对温度检测元件20的影响，使得流体温度测量更为精准，因此流量测量更为精准。

所述加热元件10和温度检测元件20并排设置在外壳30的下端，所述加热元件10包括有一第一基板11及一贴合于所述第一基板11背面处的加热器12，所述加热器12可采用现有技术的具有温度检测功能的加热器，此类加热器可以在商业市场上获得，于此对其不再赘述，所述第一基板11的正面构成所述加热元件10的下端面；所述温度检测元件20包括有一第二基板21及一贴合于所述第二基板21背面处的温度传感器22，所述第二基板21的正面构成所述温度检测元件20的下端面。优选地，所述第一基板11、第二基板21的导热系数＞1.0w/m·k，即可选用具有高导热系数的载体材料制备，例如陶瓷(例如氧化铝或氮化铝陶瓷)或铝等材料。

在某些实施例中，所述加热器12为电阻温度传感器，所述温度传感器22为电阻温度传感器或数字温度传感器。优选地，所述电阻温度传感器为铂电阻，而该铂电阻可以为贴片式铂电阻、厚膜铂电阻或薄膜铂电阻。

在某些实施例中，所述加热元件10、温度检测元件20之间填充有隔热材料，所述隔热材料的导热系数＜1.0w/m·k，本实施例中，所述隔热材料选用环氧树脂。

在某些实施例中，所述连接轴200、外壳30均由导热系数＞1.0w/m·k的高热导系数的材料制备，例如，由金属材料制备。所述加热元件10、温度检测元件20均与所述外壳30热隔离。具体地，可以通过灌封的方法实现外壳30与加热元件10、温度检测元件20热隔离，或者在外壳30与加热元件10、温度检测元件20之间设置隔热部件，该隔热部件的导热系数＜1.0w/m·k。优选地，所述连接轴200与外壳30一体成型。

继续参照图2和图3，在本实施例中，所述外壳30内设置有转接板40，该转接板40上插接有若干导电引脚41，所述若干导电引脚41一端与所述加热器12或/和温度传感器22连接，另一端通过引线与控制器连接。可理解地，当所述加热器12和温度传感器22均为电阻温度传感器时，导电引脚41与该加热器12和温度传感器22连接，导电引脚41再通过引线与控制器电连接；而当温度传感器22为数字温度传感器时，数字温度传感器直接通过引线与控制器电连接。本实施例中，通过转接板40焊接固定加热器12和温度传感器22，且通过导电引脚41将加热器12或温度传感器22检测到的信息传送至控制器。本实施例中的转接板40，方便了控制器与加热器12、温度传感器22之间的电路连接。

参照图4至图6，图4至图6展示了本发明热式质量流量计探头的第二实施例。在附图所示的实施例中，热式质量流量计探头100设置在可插入流体管道的连接轴200的末端，所述热式质量流量计探头100包括有一中空的外壳30、一具有温度检测功能的加热元件10和一与所述加热元件10热隔离的温度检测元件20，所述外壳30连接在热式质量流量计的连接轴200的末端，用于安装所述热式质量流量计探头；所述加热元件10设置于所述外壳30的内部下端，其下端面与所述外壳30的下端面处于同一平面且与所述连接轴200轴向垂直；而所述温度检测元件20设置于所述外壳30内部位于所述加热元件10的上方处，且与所述外壳30热接触。

所述外壳30包括有上壳31和与连接于上壳31下端的下壳32。所述温度检测元件20设置于所述上壳31内部且与所述上壳31热接触，所述上壳31由导热系数＞1.0w/m·k的高导热系数的材料制备，例如，由金属材料制备。所述下壳32由导热系数＜1.0w/m·k的材料制备，所述加热元件10设置于所述下壳32的内部下端，其下端面与所述下壳32的下端面处于同一平面且与所述下壳32轴向垂直，所述下壳32的下端面构成外壳30的下端面。

所述热式质量流量计探头100与控制器的连接以及如何实现流量检测的技术方案均属于现有技术，这里不再赘述。所述加热元件10的下端面与连接轴200轴向垂直，表示所述加热元件10的下端面与连接轴200的中心轴线101垂直。

基于上述设计，本发明中的热式质量流量计探头的加热元件10设置于所述外壳30的内部下端且下端面与连接轴200轴向垂直，当热式质量流量计探头垂直插入流体管道时，加热元件10所处的下端面与被测介质的流动方向平行，流体可在加热元件10的下端面流动，因此，加热元件10在受到良好保护的同时，也可以与流体良好热接触，从而提高热式质量流量计探头100的测量精度。此外，所述温度检测元件20设置于加热元件10的上方处而实现二者热隔离，减小了加热元件10对温度检测元件20的影响，使得流体温度测量更为精准，因此流量测量更为精准。

所述加热元件10包括有一第一基板11及一贴合于所述第一基板11背面处的加热器12，所述加热器12可采用现有技术的具有温度检测功能的加热器，此类加热器可以在商业市场上获得，于此对其不再赘述，所述第一基板11的正面构成所述加热元件10的下端面；所述温度检测元件20包括有一第二基板21及一贴合于所述第二基板21背面处的温度传感器22，所述第二基板21的正面构成所述温度检测元件20的下端面。优选地，所述第一基板11、第二基板21的导热系数＞1.0w/m·k，即第一基板11、第二基板21可选用具有高导热系数的载体材料制备，例如陶瓷(例如氧化铝或氮化铝陶瓷)或铝等材料。

在某些实施例中，所述加热器12为电阻温度传感器，所述温度传感器22为电阻温度传感器或数字温度传感器。优选地，所述电阻温度传感器为铂电阻，而该铂电阻可以为贴片式铂电阻、厚膜铂电阻或薄膜铂电阻。

在某些实施例中，所述连接轴200、上壳31的材质为金属材质，所述连接轴200与上壳31一体成型，所述上壳31与下壳32螺纹连接。

在某些实施例中，所述第一基板11的形状为中心对称图形(比如矩形、菱形、正方形或圆等)，那么就可以消除或者很大程度上减小安装旋转角度造成的测量误差，便于安装以及提高测量重复性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。