CN105890686B - 热式流量传感器 - Google Patents

Abstract

一种热式流量传感器，测量流动路径(26)形成在组成热式流量传感器(10)的检测器(14)上。温度传感器(30)布置在测量流动路径(26)的流体流动方向的上游侧，加热器(32)布置在测量流动路径(26)的流体流动方向的下游侧。此外，热传导防止壁(40)布置在温度传感器(30)和加热器(32)之间。优选地，诸如节流孔(42)等的整流装置布置在热传导防止壁(40)的下游侧，并且在温度传感器(30)和加热器(32)之间。

Description

热式流量传感器

技术领域

本发明涉及一种具有温度传感器和加热元件的热式流量传感器，该温度传感器配置在流体流动经过的流动路径的上游侧，该加热元件布置在流动路径的下游侧。

背景技术

对于热式流量传感器，温度传感器布置在流体流动经过的流动路径的上游侧，并且加热器(加热元件)布置在流动路径的下游侧。此外，流体由加热器加热，而基于由温度传感器测量的流体的温度，检测流体的流动速度或流动速率。

这类热式传感器用于被附接至本体等的情形中，从而流动路径沿着水平方向延伸。因此，流体在水平方向上流动。

当安装空间过于窄小而不能在水平方向上定向流动路径时，根据这种环境，热式流量传感器将不可避免地必须在使得流动路径沿着竖直方向延伸的姿态下使用。然而，当温度传感器定位在向上的位置并且加热器定位在向下的位置时，在向下位置被加热并且经受温度升高的流体中产生对流，并伴随流体在流动路径内上升。此时，如果温度已经升高的流体与温度传感器接触，温度传感器也会检测向上上升的流体的温度。因此，带来了对于流体的流动速度或流动速率的检测的准确度降低的缺陷。

因此，在日本平开实用新型申请公报No.06-080130中，提出一种质量流量计，其中当本体沿着竖直方向延伸时，一对温度传感器被水平地安置。

发明内容

日本平开实用新型申请公报No.06-080130公开的质量流量计常常在其本体安置为沿着竖直方向延伸的姿态时使用，并且该质量流量计不能在其本体安置为在水平方向上延伸的姿态时使用。这是因为，具有这样的姿态，该质量流量计的流动路径内会产生上述对流。

更具体地说，在根据这种常规技术的质量流量计中，明显的缺陷在于质量流量计在使用过程中的姿态被限制。

本发明的一个主要目的是提供一种热式流量传感器，其无论在何种姿态都能够准确地估算流经流动路径的流体的流动速度或流动速率。

根据本发明的一个实施例，热式流量传感器包括：温度传感器，该温度传感器布置在流体流动经过的流动路径的上游侧；和加热元件，该加热元件布置在流体流动经过的流动路径的下游侧。热传导防止壁布置在温度传感器和加热元件之间，该热传导防止壁用于防止由于加热元件产生的热量而导致温度升高的流体与温度传感器接触。

高温流体具有低于低温流体的相对密度。因此，在流动路径安置在沿着竖直方向的姿态的情况下，随着温度传感器竖直向上定位并且加热元件竖直向下定位，由于加热元件导致而经受温度升高的流体，很容易朝向温度传感器侧上升。换言之，容易发生对流。

在本发明中，如上所述，热传导防止壁布置在温度传感器和加热元件之间。通过热传导防止壁，防止温度升高的的流体与温度传感器接触。此外，来自加热元件的辐射热也被中断。由于这种原因，避免了温度传感器对于除了被加热之前并且与温度传感器接触的流体之外的流体的温度的检测。

在这种情况下，对于温度传感器而言，很容易可靠地检测被加热元件加热之前的流体的准确温度。因此，不考虑热式流量传感器的姿态，能够准确检测到流体的流动速度或流动速率。换言之，热式流量传感器没有姿态限制。

同样，在这种情况下，由于温度传感器和加热元件能够安置在相同的轴线上，能够设置一种降低热式流量传感器尺寸的结构。

在某些情况下，流体有可能在热传导防止壁的影响下经受湍流。为了消除这种忧虑，优选地，调整流体流动的整流装置布置在热传导防止壁的下游侧并且在温度传感器和加热元件之间。通过这一特征，流体获得层流，并且流体能够平稳地向下游流动至加热元件侧。因此，更有效地防止温度升高的流体与温度传感器接触。换言之，进一步增强了检测流体的流动速度或流动速率时的检测准确度。

提出节流孔作为整流装置的一个优选的具体示例。在这种情况下，流动路径的一部分可以被变窄。

整流装置可以是通气元件，其中形成通气孔。提出一种包括多孔构件、格栅、或者蜂窝构造的结构作为壳体的一个具体示例。

此外，热传导防止壁垂直于流动路径的延伸方向的横向尺寸，优选地是温度传感器垂直于流动路径的延伸方向的横向尺寸的两倍或者更大。通过这一特征，更有效地防止上升的流体与温度传感器接触，并且能够更有效地阻断来自加热元件的辐射热。换言之，进一步增强通过温度传感器检测流体温度的准确度。

本发明的上述及其他的目的、特征和优点将通过以下接合附图的描述变得更加明显，其中本发明的优选实施例通过说明性的示例示出。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的热式流量传感器的横截面的局部侧视图；

图2是图1中的热式流量传感器的测量流动路径的主视示意图；

图3是热式流量传感器中的测量流动路径的主视示意图，其中未形成节流孔；

图4是图表，显示只设置热传导防止壁时，通过温度传感器测量的流体温度的振幅宽度，以及当热传导防止壁和节流孔两者都设置时，通过温度传感器测量的流体温度的振幅宽度；

图5是热式流量传感器中的测量流动路径的主视示意图，其中通气元件用作整流装置；

图6是与图1和图2显示的形状不同的热传导防止壁的平面视图；

图7是与图1、图2和图6显示的形状不同的热传导防止壁的平面视图；

图8是与图1、图2、图6和图7显示的形状不同的热传导防止壁的平面视图；

图9是与图1、图2和图6至图8显示的形状不同的热传导防止壁的平面视图；

图10是与图1、图2和图6至图9显示的形状不同的热传导防止壁的平面视图；

图11是与图1、图2和图6至图10显示的形状不同的热传导防止壁的平面视图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述根据本发明的热式流量传感器的优选实施例。

图1是示出根据本实施例的热式流量传感器10的横截面的局部侧视图。热式流量传感器10包括本体12和检测器14，检测器14保持在本体12中。

为了概括地描述本体12，本体12由中空体组成，其中形成主流动路径16并且主流动路径16的两端均开口，并具有基本上长方体的形状。管道构件(均未示出)经由管道配件连接至主流动路径16。

如图1所见，根据本实施例，主流动路径16沿着竖直方向延伸。流体在主流动路径16内部从竖直向上的方向朝向竖直向下的方向流动。更具体地说，竖直向上的方向是流动方向的上游侧，并且竖直向下的方向是流动方向的下游侧。

在管道构件中，形成有与主流动路径16连通的前进通道18和回流通道20。在这种情况下，前进通道18定位在上游侧，并且回流通道20定位在下游侧。

凹部22形成在本体12的一侧表面上。一部分检测器14进入凹部22。此外，组成检测器14的下表面盖24抵接凹部22的底壁。分别与前进通道18和回流通道20的每一个连通的测量流动路径26形成在下表面盖24中。此外，在下表面盖24上，密封构件28围绕测量流动路径布置。本体12和检测器14之间的部位通过密封构件28密封。

温度传感器30和加热器32(加热元件)以这样的顺序从上游侧至下游侧布置在测量流动路径26中。更具体地，温度传感器30定位在上游侧，并且加热器32定位在下游侧。温度传感器30和加热器32布置在支撑在下表面盖24上的传感器基部34上，从而温度传感器30和加热器32在预定的位置被固定。

温度传感器30和加热器32同轴地定位在相同的轴线上(参见图2)。因此，由于不需要加宽测量流动路径26，也没必要增加检测器14的尺寸。

传感器基部34支撑传感器电路板36，而未图示的控制电路被电连接至设置在检测器14上的连接器38。经由传感器电路板36，来自控制电路的指令信号被传输至加热器32，并且来自温度传感器30的信号被传输至控制电路。

如图1和图2所示，热传导防止壁40被布置在温度传感器30和加热器32之间。热传导防止壁40直接定位在温度传感器30下方，或者换言之，热传导防止壁40被设置在相比于加热器32更接近温度传感器30的附近。

如果垂直于X方向(在这种情况下，竖直方向)的Y方向被当作横向方向，其中X方向是温度传感器30和热传导防止壁40的测量流动路径26的延伸方向，那么热传导防止壁40的横向尺寸W1优选地大于温度传感器30的横向尺寸W2。更详细地，W1优选地是W2的两倍或者更大。

热传导防止壁40与测量流动路径26的内壁在横向方向上是分离的。更具体地，在热传导防止壁40和测量流动路径26的内壁之间，形成有足够的间隙以使得流体能够流动经过其中。最终，通过以这种方式布置热传导防止壁40，流体经由测量流动路径26内部的流动没有阻碍。

如图2所示，测量流动路径26布置在温度传感器30和加热器32之间，并且在热传导防止壁40的下游侧变窄。更具体地说，在测量流动路径26中形成节流孔42。如后文将论述的，节流孔42用作整流装置，用以调整经由测量流动路径26的内部流动的流体的连续流动。

未图示的显示单元设置在组成检测器14的上表面盖44上。由检测器14测量的流动速度或流动速率在显示单元上显示。

根据本实施例的热式流量传感器10基本如上所述构造。接下来，将描述热式流量传感器10的操作和优点。

如上文提到的，在本实施例的情况中，热式流量传感器10连同连接至本体12的主流动路径16的管道构件一同使用，并且在使得主流动路径16和测量流动路径26沿着竖直方向延伸的姿态。此时，更具体地，温度传感器30竖直向上地定位(在上游侧)，并且加热器32竖直向下地定位(在下游侧)。与此同时，与主流动路径16和测量流动路径26连通的前进通道18被竖直向上地安置(在上游侧)，而回流通道20被竖直向下地安置(在下游侧)。

在这种情况下，在控制电路的控制作用下，发出指令信号以“使得加热器32产生热量”。加热器32通过传感器电路板36接收指令信号并产生热量。

当流体(例如，预定的压缩气体)被引入管道构件，流体经由主流动路径16流动。一部分经由主流动路径16流动的流体由于前进通道18而分流出来，并且经由前进通道18进入测量流动路径26。此外，测量流动路径26内部的流体温度由温度传感器30测量。测量结果作为信号被传输至控制电路。

测量流动路径26的内部的流体流动经过热传导防止壁40和测量流动路径26的内壁之间的间隙，进一步从该间隙向下游流动，并且与加热器32接触。由于加热器32被预先加热，流体由于加热器32而被加热。通过测量热量消散的变化量，控制电路能够检测流体的流动速度或流动速率的变化。

与加热器32接触的流体经受温度升高并伴随来自加热器的热量传输。另一方面，由于加热器32的上游侧的流体尚未被加热，这些流体的温度相对较低。更具体地，在测量流动路径26的内部，在加热器32附近的流体(被加热之后的流体)和位于比加热器32更上游的流体之间产生温差。由于高温流体具有低于低温流体的相对密度，对于高温流体来说，温度相对容易升高。因此，发生朝向在上游侧的温度传感器30向上上升的被加热流体的上升流，即对流。

在这种情况下，根据本实施例，热传导防止壁40直接布置在温度传感器30的下方。温度被加热之后的流体，上升并且与热传导防止壁40接触。因此，防止了被加热的流体与温度传感器30接触。因此，同样避免了温度传感器30与被加热之前的流体一同检测加热流体的温度。当然，通过热传导防止壁40，来自加热器32的辐射热同样被中断。

假定热传导防止壁40的横向尺寸W1被设置为温度传感器30的横向尺寸W2的两倍或者更大，则能够更有效地防止加热流体与温度传感器30接触，以及来自加热器32的辐射热到达温度传感器30。

更具体地说，在这种情况下，从前进通道18引入的被加热之前的流体与温度传感器30接触。此外，防止来自加热器32的辐射热传输至温度传感器30。由于这原因，温度传感器30能够可靠地测量被加热之前的流体的准确温度。因此，能够准确地检测到流体的流动速度或者流动速率。

当未设置整流装置，并设置了热传导防止壁40时，在这种情况下，如图3所示的测量流动路径26中可能会产生卡曼涡流(湍流)。然而，根据本实施例，在测量流动路径26中布置节流孔42。因此，如图2所示，流体的流动被调整或者矫直。换句话说，形成层流。因此，任何涉及过度产生的湍流能够被分散，并且能够使得流体平稳地流动至回流通道20。这种特征同样有助于通过温度传感器30准确的测量温度，并由此具有良好准确度地检测流体的流动速度或流动速率。

在表1中，显示被传输到温度传感器30的热量的温度，在各自的情况下，模型1，其中热传导防止壁40和节流孔42均未设置；模型2，其中只设置节流孔42；以及模型3，其中热传导防止壁40和节流孔42两者都设置。根据表1，阐明了通过设置热传导防止壁40，能够明显地抑制热量向温度传感器30传导。

表1

此外，在只设置热传导防止壁40的情况下(参见图3)，或者在热传导防止壁40和节流孔42两者都设置的情况下(参见图2)，通过温度传感器30测量的温度的振幅宽度如图4所示。从图4可以理解，由于形成节流孔42，流体的温度的振幅宽度变小，或者换言之，流体的温度变得更稳定。这是因为，通过形成节流孔42，调整了流体在测量流动路径26的内部的流动，避免湍流并且流体的流动为层流。

如上所述，根据本实施例，其中热传导防止壁40和节流孔42两者都设置在测量流动路径26中。主流动路径16和测量流动路径26沿着竖直方向延伸，并且即使在温度传感器30和加热器32设置在相同的轴线上的情况下，也能够准确计算出流体的流动速度或流动速率。更具体地，能够避免热式流量传感器10的尺寸增加，而同时，能够改善对于流体的流动速度或流动速率的检测的准确度。

通过操作者对于在显示单元上显示的流动速度或流动速率的观察，能够辨别流动速度或流动速率。

此外，热式流量传感器10还可以在主流动路径16和测量流动路径26在水平方向上延伸的姿态下使用。在这种情况下，由于不太可能或难于发生对流，能够具有更高准确度地测量流体的流动速度或流动速率。

通过这种方式，无论根据本实施例的热式流量传感器10安置在其主流动路径16和测量流动26在竖直方向上延伸的姿态，或者安置在其主流动路径16和测量流动路径26在水平方向上延伸的姿态，都能够更准确地检测到流体的流动速度或流动速率。因此，可以选择热式流量传感器10的姿态以对应于安装空间的幅度和宽度。

被加热之后的流体经由回流通道20返回至主流动路径16，并且经过管道构件排出至热式流量传感器10的外部。

本发明并不特定地局限于上述实施例，并且可以做出不偏离本发明的基本要点的各种变型。

例如，如果通过温度传感器30测量的温度的振幅宽度比较小，也不妨碍它的实际用途，可以不用设置节流孔42而组成热式流量传感器10。

此外，整流装置并不局限于节流孔42。例如，如图5所示，形成有通气孔46的通气元件48可以被布置在温度传感器30和加热器32之间。作为这类通气元件48的一个详细示例，可以提供一个由多孔构件、格栅、或者蜂窝构造组成的结构构件。

此外，热量传导防止壁40并不局限于平板形状的构件。例如，如图6所示，可以设置热传导防止壁52，其中布置围绕温度传感器30的围绕部分50。在这种情况下，获得了一种优点，其中加热之后的流体更难以与温度传感器30接触，同时使得温度传感器30更不容易受到来自加热器32的辐射热的影响。

此外，可以设置如图7所示的在平面视图中具有三角形形状的热传导防止壁54。在这种情况下，三角形形状的底部侧被设置成面向温度传感器30，或者三角形形状的顶点可以被设置成面向温度传感器30。此外，可以设置如图8所示的在平面视图中具有梯形形状的热传导防止壁56。在这种情况下，梯形形状的下侧可以被设置成面向温度传感器30，或者梯形形状的上侧可以被设置成面向温度传感器30。

此外，可以设置如图9所示的在平面视图中具有正方形形状的热传导防止壁58，或者可以设置如图10所示的在平面视图中具有六边形形状的热传导防止壁60。此外，如图11所示，可以采用形成为在平面视图中具有轨道形状的热传导防止壁62。

Claims (7)

1.一种热式流量传感器(10)，包括：温度传感器(30)，所述温度传感器(30)布置在流体流动经过的测量流动路径(26)的上游侧；和加热元件(32)，所述加热元件(32)布置在流体流动经过的测量流动路径(26)的下游侧；其特征在于，

其中，

所述测量流动路径(26)为没有分支的路径，并且分别连通

前进通道(18)，所述前进通道(18)与主流动路径(16)连通，所述流体经由所述主流动路径(16)流动，其中，一部分流体从所述主流动路径(16)分流进入所述前进通道(18)；以及

回流通道(20)，所述回流通道(20)与所述主流动路径(16)连通，并且将所述流体返回至所述主流动路径(16)；

温度传感器(30)，所述温度传感器(30)在所述测量流动路径(26)中测量由于所述前进通道(18)而从所述主流动路径(16)分流出来的流体的温度；

加热元件(32)，所述加热元件(32)在所述测量流动路径(26)中加热已与所述温度传感器(30)接触的流体；

所述温度传感器(30)和所述加热元件(32)在所述测量流动路径(26)中处于相同的轴线上；

热传导防止壁(40)布置在所述温度传感器(30)和所述加热元件(32)之间，所述温度传感器(30)和所述加热元件(32)布置在所述测量流动路径(26)中，所述热传导防止壁(40)用于防止由于所述加热元件(32)产生的热量而导致温度升高的流体与所述温度传感器(30)接触。

2.如权利要求1所述的热式流量传感器(10)，其特征在于，其中，调整所述流体流动的整流装置布置在所述热传导防止壁(40)的下游侧，并且在所述温度传感器(30)和所述加热元件(32)之间。

3.如权利要求2所述的热式流量传感器(10)，其特征在于，其中，所述整流装置是节流孔(42)。

4.如权利要求2所述的热式流量传感器(10)，其特征在于，其中，所述整流装置是通气元件(48)，所述通气元件(48)中形成通气孔(46)。

5.如权利要求4所述的热式流量传感器(10)，其特征在于，其中，所述通气元件(48)是包括多孔构件、格栅或者蜂窝构造的结构。

6.如权利要求1所述的热式流量传感器(10)，其特征在于，其中，所述热传导防止壁(40)垂直于所述流动路径(26)的延伸方向的横向尺寸(W1)是所述温度传感器(30)垂直于所述流动路径(26)的所述延伸方向的横向尺寸(W2)的两倍或者更大。

7.如权利要求1所述的热式流量传感器(10)，其特征在于，其中，所述热传导防止壁(52)包括围绕所述温度传感器(30)的围绕部分(50)。

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