流体流速传感器的制作方法

专利名称:流体流速传感器的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及流体流速传感器，尤其涉及温差式流速计及其操作方法。
技术背景
这一部分的阐述仅提供与本公开相关的背景信息而不构成现有技术。
流体输送系统可以包括流体流量计，用于测量流体输送系统中的流体的流速，并 由此基于该流速来确定要被分发的流体的量。温差式流速计一般被用于针对涡轮和/或桨 轮传感器的不运动部件来测量该涡轮和/或桨轮传感器上的流体流速，其中不运动的部件 对流体的影响敏感。温差式流速计基于热传导原理来工作，其典型地包括桥式电路，该桥式 电路具有经历流体流的电阻加热元件。当流体流经过电阻加热元件时，该流体带走了热量， 这导致电阻加热元件的温度下降。可以通过测量从加热元件到流体的热量损失来确定流体 的流速。
在一种方法中，在桥式电路中发生温度下降之后，增加提供给加热元件的功率以 使得该加热元件恢复其起始温度(恒温型)。增加的功率给出流体流速的指示。另一种方 法包括关联桥式电路上的电压降以确定流速(恒流型)。
在又一种方法中，传统温差式流速计在响应时间上具有局限性。在流体流动前，即 进而用来指示流体流速的信号达到稳态之前，流速不能被准确测量。一些温差式流速计可 能需要相对长的时间来测量流体的流速。
温差式流速计的另一个问题是需要温度补偿和部件对部件的校准。在相同的流速 下，较低温度的流体从电阻加热元件中带走热量的能力比较高温度的流体更强。因此，通常 需要温度补偿。部件对部件的校准可能需要昂贵的软件，并且在制造环境中可能难以实现。
实用新型内容

本公开的若干实施例提供了流体流速传感器，该流体流速传感器可以更加准确和 快速地确定流体流速，并且其是自校准和温度补偿的。在一种形式中，用于检测流体流速的 流体流速传感器包括探测器模块、查询表和控制模块。探测器模块产生与输出电压对应的 第一信号和与流体温度对应的第二信号。查询表包括检测电路的输出电压、流体的温度以 及流体的流速之间的关系的经验数据。控制模块基于第一信号、第二信号和查询表来确定 流体的流速。
在另一种形式中，用于确定流体流速的流体流速传感器包括用于产生输出电压 的桥式电路、用于检测流体温度的温度感测电路、用于加热桥式电路的至少一个热敏电阻 的加热电路以及控制模块。桥式电路、温度感测电路和加热电路并联连接。输出电压是流 体温度和流速的函数。控制模块基于查询表来确定流体的流速，该查询表基于经验数据来 指明流体流速、流体温度和桥式电路的输出电压之间的关系。
在又一种形式中，提供一种用于操作包括检测电路的流体流速传感器的方法，该 方法包括测量流体的温度，测量检测电路的电压输出，以及基于查询表来确定流体流速。查询表指明检测电路的输出电压、流体的温度和流体的流速之间的关系。
具体而言，本发明的一个实施例提供了一种用于检测流体流速的流体流速传感 器，包括探测器模块，其包括检测电路，所述检测电路产生与输出电压对应的第一信号和 与流体温度对应的第二信号；控制模块，其与所述检测电路通信，并包括查询表，所述查询 表将多对电压值和温度值中的一个与多个流体流速值中的一个相关，所述控制模块基于所 述第一信号、所述第二信号从所述查询表中获得流体的流速值。
本发明的另一个实施例提供了一种用于检测流体流速的流体流速传感器，包括 探测器模块，其包括印刷电路板基板、网印在所述基板上的检测电路，以及层压于所述检测 电路和所述基板上的聚对二甲苯涂敷部；其中所述检测电路包括桥式电路，其被设置在 所述基板的第一面上并包括至少一个热敏电阻，所述桥式电路产生表示在所述桥式电路上 的输出电压的第一信号，所述输出电压与流体温度和流体流速有关；温度感测电路，其被设 置在所述基板的与所述第一面相对的第二面上，用于检测流体的温度，并产生表示流体温 度的第二信号；以及加热电路，其被设置在所述基板的第二面上，用于加热至少一个热敏电 阻；其中所述桥式电路、所述温度感测电路和所述加热电路并联连接，并且所述温度感测电 路被设置在所述桥式电路的上游；以及控制模块与所述检测电路通信，并包括用于确定流 体流速的查询表，所述查询表直接将流体流速、流体温度与所述桥式电路的输出电压相关， 所述控制模块基于所述第一信号和所述第二信号从所述查询表中确定流体的流速。
本发明的另一个实施例提供了一种用于检测流体流速的温度补偿的流体流速传 感器，包括探测器模块，其包括检测电路，所述检测电路产生与输出对应的第一信号；以 及控制模块，其与所述检测电路通信，并包括查询表，所述查询表包括将多个电压值中的每 个与多个流速值中的一个进行关联的数据，所述控制模块基于所述第一信号从所述查询表 中确定流体的流速。
本发明的另一个实施例提供了一种用于检测流体流速的温度补偿的流体流速传 感器，包括探测器模块，其包括印刷电路板、网印在基板上的检测电路以及所述基板上的 聚对二甲苯涂敷部，所述检测电路包括桥式电路，其被设置在所述印刷电路板的第一面上 并包括至少一个热敏电阻，所述桥式电路产生表示在所述桥式电路上的输出电压的第一信 号，所述输出电压与流体流速有关；以及加热电路，其被设置在所述基板的第二面上，用于 加热至少一个热敏电阻，其中所述桥式电路和所述加热电路并联连接，控制模块，其与所述 检测电路通信，并包括用于确定流体流速的查询表，所述查询表将多个电压值中的每个与 多个流体流速值中的一个进行关联，所述控制模块仅基于所述第一信号从所述查询表中确 定流体的流速；以及I/O模块，与所述控制模块通信。
本发明的另一个实施例提供了一种用于检测流体流速的流体流速传感器，包括 探测器模块，其包括印刷电路板、网印在基板上的检测电路以及所述基板上的聚对二甲苯 涂敷部，所述检测电路包括第一桥式电路，其被设置在所述印刷电路板的第一面上并包 括至少一个热敏电阻，所述第一桥式电路产生表示在所述桥式电路上的输出电压的第一信 号，所述输出电压与流体流速有关；第二桥式电路，与所述第一桥式电路并联连接，所述第 二桥式电路包括对应于所述至少一个热敏电阻的至少一个固定电阻，所述至少一个固定电 阻为所述至少一个热敏电阻提供温度补偿；加热电路，其被设置在所述基板的第二面上，用 于加热所述至少一个热敏电阻，其中所述加热电路和所述第一桥式电路并联连接，以及控制模块，其与所述第一桥式电路通信，并包括用于确定所述流体流速的查询表，所述查询表 将多个电压值中的一个与多个流体流速值中的一个进行关联，所述控制模块仅基于所述 第一信号从所述查询表中确定流体的流速。
根据这里提供的描述，其它领域的适用性将变得明显。应该理解，该描述和特定示 例只是为了说明的目的，并非旨在限制本公开的范围。


这里描述的附图仅为了说明的目的，并且不欲以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开的流体流速传感器的示意性框图；
图2是根据本公开的流体流速传感器的示例性探测器模块的透视图；
图3是根据本公开的流体流速传感器的示例性探测器模块的正视图；
图4是根据本公开的流体流速传感器的示例性探测器模块的顶视图；
图5是包括根据本公开的流体流速传感器的示例性检测电路的印刷电路板的正 视图；
图6是包括根据本公开的流体流速传感器的示例性检测电路的印刷电路板的后 视图；
图7是用于根据本公开的流体流速传感器的示例性检测电路的示意性电路图；
图8是描述根据本公开的流体流速传感器的操作的流程图；
图9是绘制用于根据本公开的流体流速传感器的关于时间的温度响应的示例性 曲线图；
图10是曲线图，其示出了流速、输出电压和流体温度之间的关系，并说明了在根 据本公开的流体流速传感器的一个实施例中使用的二维查询表的内容；
图11是根据本公开的用于具有温度补偿电路的流体流速传感器的另一种示例性 检测电路的示意性电路图；以及
图12是曲线图，其示出了流速、输出电压和流体温度之间的关系并说明了在根据 本公开的具有温度补偿的流体流速传感器的实施例中使用的一维查询表的内容。
在这些附图中，相似的附图标记指示相似的部件。
具体实施方式
以下描述实际上仅是示例性的，其不对本公开、申请或应用造成限制。
图1总体上描述了根据本公开的流体流速传感器10的主要构件。流体流速传感器 10可以应用于家用电器，如电冰箱、洗衣机、洗碗机、饮水机或自动制冰机，以监视那里的水流。
传感器10总体上包括探测器模块12、控制模块14以及可选地，I/O模块16。探测 器模块12耦合到控制模块14。本说明书中使用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、 电子电路、用于执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组 合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其它合适构件。
当流体流11经过探测器模块12时，该探测器模块12的条件改变，并产生对应于 该改变的电信号13。信号13被连续地发送给控制模块14用于处理，该控制模块14进而产生表示流体流速的输出15。I/O模块16提供了可以将其输出15传送给其它设备或使用者 的装置。
参考图2到图6，探测器模块12包括探测器部17和用于将该探测器部17安装到 流体源的外壳部18。外壳部18包括主体19、在主体19相对端形成的一对管子20、通过螺 钉22固定到主体19的盖21。主体19限定腔体23 (图4中所示)，管子20限定沿管子20 的纵轴延伸的通道对。腔体23以流体方式与通道M相连。管子20的自由端配备有环状 法兰25以便于将管子20连接到流体源，例如如饮水机的柔性供水软管。
探测器部17通过盖21插入到主体19的腔体23中。探测器部17是温差式流速 计，其包括其上设置有检测电路32的基板沈(例如在图5和图6中所示)。基板沈位于腔 体23中，线缆部观连接到该基板26。线缆部观延伸到腔体23外部并且电连接至控制模 块14。
基板沈可以是其上设置有检测电路32的印刷电路板(如图5-7所示的实例)。 要被监视的流体流11经过基板26。薄的真空淀积的聚对二甲苯涂敷部可以被淀积在基板 26的表面以减少基板沈的热量。
探测器模块12可以根据基板沈上的检测电路32的设置而具有各种电特征。通 过旋松螺钉22并将盖21从主体19移除，可以用具有不同电特征的另一个探测器部17来 替换该探测器部17，使得探测器模块12可以更适用于其它流体和/或其它操作条件。此 外，当探测器模块12停止提供需要的功能时，仅需要更换探测器部17。因此，可以想到本 实用新型的探测器模块12可以带来更换和/或构件成本的降低。
图5、6和7中示出了可以用在根据本公开的流体流速传感器中的示例性检测电路 32。在图7中示出了用于检测电路32的示意性电路图。图5和6示出了基板沈上的检测 电路32的实际实施例。
基板沈在其两面包含检测电路32。基板沈具有引线接头P1、P2、P3、P4和P5，线 缆部观在端部30处与这些引线接头连接。检测电路32(图7)包括桥式电路34、加热电路 36和温度感测电路38。桥式电路34包括网印在基板沈的前面40的四个热敏电阻NTC1、 NTC2、NTC3和NTC4。加热电路36包括网印在基板沈的背面42的加热电阻IRl。背面42 上的加热电阻IRl被设置成紧密地靠近前面40上的热敏电阻NTCl和NTC2，以便在工作期 间对热敏电阻NTCl和NTC2进行加热。NTC3和NTC4物理地位于远离加热电阻Rl的位置并 在加热电阻Rl的上游，使得它们在工作期间不会被加热电阻Rl加热。温度感测电路38包 括网印在基板沈的背面42上且与前面40上的热敏电阻NTC3和NTC4相邻的固定电阻R2 和热敏电阻NTC5。热敏电阻NTC1、NTC2、NTC3、NTC4和NTC5具有负的温度系数。热敏电阻 NTC5和固定电阻R2也被设置在加热电阻Rl和受热的热敏电阻NTCl和NTC2的上游。
如图7所示，桥式电路34、加热电路36和温度感测电路38并联连接。桥式电路 34是四线桥式电路，其第一腿部和第二腿部并联连接，并在两个腿部中点测量电压。热敏电 阻NTCl与热敏电阻NTC3串联耦合以形成第一腿部。热敏电阻NTC2与热敏电阻NTC4串联 耦合以形成第二腿部。两个热敏电阻NTC2和NTC4可以被适当地选择成具有小于热敏电阻 NTCl和NTC3的温度系数和室温电阻的温度系数β和室温电阻Ro，使得其功能是测量流体 流速的桥式电路34变得对于流体温度更加不敏感。
基板沈可以由高热传导性陶瓷形成，在该陶瓷上是网印的陶瓷填充的碳糊(carbon paste)材料，该碳糊材料形成热敏电阻NTCl到NTC5。这种材料可以从Heraeus 公司的名为RlOO系列的电路材料部门获得。这种配置完全消除了分散的热敏电阻构件，并 有助于减少探测器模块12上的热量。
加热电路36与桥式电路34的两个腿部并联连接。加热电路Rl具有高如4到6 瓦且低如0.5到1.5瓦的额定值。应该理解的是，在加热电路34中可以提供一个以上的并 联或串联的加热电阻，而不背离本公开的精神。
温度感测电路38包括分压器，且所述分压器由热敏电阻NTC5和固定电阻R2形 成。温度感测电路38与桥式电路34并联连接，用于测量在加热电阻Rl上游的流体的温度， 并输出与流体温度对应的信号。
图7中所示的检测电路32中的各构件的值如下
权利要求
1.一种用于检测流体流速的流体流速传感器，其特征在于，包括探测器模块，其包括检测电路，所述检测电路产生与输出电压对应的第一信号和与流 体温度对应的第二信号；控制模块，其与所述检测电路通信，并包括查询表，所述查询表将多对电压值和温度值 中的一个与多个流体流速值中的一个相关，所述控制模块基于所述第一信号、所述第二信 号从所述查询表中获得流体的流速值。
2.根据权利要求
1所述的流体流速传感器，其特征在于，所述检测电路包括产生所述 第一信号的桥式电路。
3.根据权利要求
2所述的流体流速传感器，其特征在于，所述桥式电路包括并联连接 的两个腿部以及在每个腿部处的两个热敏电阻。
4.根据权利要求
3所述的流体流速传感器，其特征在于，在所述两个腿部的中点测量 所述输出电压。
5.根据权利要求
2所述的流体流速传感器，其特征在于，所述检测电路包括产生所述 第二信号的分压器。
6.根据权利要求
5所述的流体流速传感器，其特征在于，所述分压器与所述桥式电路 并联连接。
7.根据权利要求
6所述的流体流速传感器，其特征在于，所述分压器被设置在所述桥 式电路的上游。
8.根据权利要求
7所述的流体流速传感器，其特征在于，所述分压器包括热敏电阻和 已知电阻值的电阻。
9.根据权利要求
1所述的流体流速传感器，其特征在于，还包括其上被网印了所述检 测电路的基板。
10.根据权利要求
9所述的流体流速传感器，其特征在于，还包括所述基板上的聚对二 甲苯涂敷部。
11.根据权利要求
1所述的流体流速传感器，其特征在于，还包括与所述控制模块通信 的输入/输出模块。
12.一种用于检测流体流速的流体流速传感器，其特征在于，包括探测器模块，其包括印刷电路板基板、网印在所述基板上的检测电路，以及层压于所述 检测电路和所述基板上的聚对二甲苯涂敷部；其中所述检测电路包括桥式电路，其被设置在所述基板的第一面上并包括至少一个热敏电阻，所述桥式电路 产生表示在所述桥式电路上的输出电压的第一信号，所述输出电压与流体温度和流体流速 有关；温度感测电路，其被设置在所述基板的与所述第一面相对的第二面上，用于检测流体 的温度，并产生表示流体温度的第二信号；以及加热电路，其被设置在所述基板的第二面上，用于加热至少一个热敏电阻；其中所述桥式电路、所述温度感测电路和所述加热电路并联连接，并且所述温度感测 电路被设置在所述桥式电路的上游；以及控制模块与所述检测电路通信，并包括用于确定流体流速的查询表，所述查询表直接将流体流速、流体温度与所述桥式电路的输出电压相关，所述控制模块基于所述第一信号 和所述第二信号从所述查询表中确定流体的流速。
13.根据权利要求
12所述的流体流速传感器，其特征在于，还包括与所述控制模块通 信的输入/输出模块。
14.一种用于检测流体流速的温度补偿的流体流速传感器，其特征在于，包括探测器模块，其包括检测电路，所述检测电路产生与输出对应的第一信号；以及控制模块，其与所述检测电路通信，并包括查询表，所述查询表包括将多个电压值中 的每个与多个流速值中的一个进行关联的数据，所述控制模块基于所述第一信号从所述查 询表中确定流体的流速。
15.根据权利要求
14所述的流体流速传感器，其特征在于，所述检测电路包括产生所 述第一信号的桥式电路。
16.根据权利要求
15所述的流体流速传感器，其特征在于，所述桥式电路包括并联连 接的两个腿部以及在每个腿部处的两个热敏电阻，还包括与四个热敏电阻并联连接的四个 温度补偿电阻。
17.根据权利要求
16所述的流体流速传感器，其特征在于，在所述两个腿部的中点测 量所述输出电压。
18.根据权利要求
14所述的流体流速传感器，其特征在于，所述探测器模块还包括其 上被网印了所述检测电路的基板。
19.根据权利要求
18所述的流体流速传感器，其特征在于，所述探测器模块还包括基 板上的聚对二甲苯涂敷部。
20.一种用于检测流体流速的温度补偿的流体流速传感器，其特征在于，包括探测器模块，其包括印刷电路板、网印在基板上的检测电路以及所述基板上的聚对二 甲苯涂敷部，所述检测电路包括桥式电路，其被设置在所述印刷电路板的第一面上并包括至少一个热敏电阻，所述桥 式电路产生表示在所述桥式电路上的输出电压的第一信号，所述输出电压与流体流速有 关；以及加热电路，其被设置在所述基板的第二面上，用于加热至少一个热敏电阻，其中所述桥 式电路和所述加热电路并联连接，控制模块，其与所述检测电路通信，并包括用于确定流体流速的查询表，所述查询表将 多个电压值中的每个与多个流体流速值中的一个进行关联，所述控制模块仅基于所述第一 信号从所述查询表中确定流体的流速；以及I/O模块，与所述控制模块通信。
21.一种用于检测流体流速的流体流速传感器，其特征在于，包括探测器模块，其包括印刷电路板、网印在基板上的检测电路以及所述基板上的聚对二 甲苯涂敷部，所述检测电路包括第一桥式电路，其被设置在所述印刷电路板的第一面上并包括至少一个热敏电阻，所 述第一桥式电路产生表示在所述桥式电路上的输出电压的第一信号，所述输出电压与流体 流速有关；第二桥式电路，与所述第一桥式电路并联连接，所述第二桥式电路包括对应于所述至少一个热敏电阻的至少一个固定电阻，所述至少一个固定电阻为所述至少一个热敏电阻提 供温度补偿；加热电路，其被设置在所述基板的第二面上，用于加热所述至少一个热敏电阻，其中所 述加热电路和所述第一桥式电路并联连接，以及控制模块，其与所述第一桥式电路通信，并包括用于确定所述流体流速的查询表，所述 查询表将多个电压值中的一个与多个流体流速值中的一个进行关联，所述控制模块仅基于 所述第一信号从所述查询表中确定流体的流速。
22.根据权利要求
21所述的流体流速传感器，其特征在于，所述检测模块还包括温度 感测电路，用于测量流体的温度。
专利摘要
一种流体流速传感器包括检测电路，该检测电路产生与桥式电路的输出电压对应的第一信号和与流体温度对应的第二信号。控制模块可以基于第一信号、第二信号和查询表而更加准确并快速地确定流体流速。查询表包括根据数据来绘制的多条曲线，其指示流体温度、输出电压和流体流速之间的关系。该流体流速传感器具有固有的温度补偿，并且具有较短的响应时间。
文档编号G01F1/68GKCN201837422SQ200890100166
公开日2011年5月18日 申请日期2008年10月21日
发明者唐纳德·G·库尼茨, 大卫·W·雷诺兹, 菲利普·S·扬, 贝恩德·D·齐默尔曼 申请人:热敏碟公司