利用局部接觸力的可變孔口流量傳感器的製作方法

2023-09-22 08:23:45 3

本發明通常涉及流量傳感器，並且更特別地，涉及可變孔口流體流量傳感器。

背景技術：

孔口流量傳感器用於測量流體的流速，該流體包括液體和氣體。典型的孔口流量傳感器包含固定的孔口，使流體流動通過該固定的孔口。在處於孔口上遊的流體和正流動通過孔口的流體之間建立壓力差。該壓力差能夠用於測量流體的流速。為了該目的，壓力傳感器測量越過孔口建立的壓力差，並且被標定從而從該壓力差中計算流體的流速。

可變孔口流量傳感器提供了足夠的壓力差用於越過流速的寬闊的範圍的測量目的。這通過將彎曲部件引入到流體流動通道中而實現。彎曲部件安裝到用於流體流動通道的罩殼並且包括越過流體流動通道安置的舌形片(flapper)並且由於與流體流的接觸而在流體流的方向上彎曲或折曲，並且因此在流體流動通道內創造了可變的孔口。在可變孔口流量傳感器中測量流速類似於在固定孔口流量傳感器中測量流速。也就是說，壓力傳感器測量越過可變孔口的壓力差並且從壓力差中計算流體的流速。

美國專利號4,989,456；5,033,312；5,038,621；6,722,211和7,270,143示出了可變孔口流量傳感器。

通過將包括舌形片的彎曲部件連接到限定流體流動通道的罩殼將能夠直接影響傳感器的性能。在彎曲部件剛性地固定到罩殼的情況中，與罩殼的這種牢固的接合能夠使舌形片的運動畸變以不利地影響該舌形片的運行。此外，在彎曲部件過松地固定到罩殼的情況中，流體可能在彎曲部件周圍流動通過位於罩殼和彎曲部件之間的洩漏部。

在任一情況中，通過彎曲部件連接到罩殼影響舌形片的運動和運行，並且因此越過由舌形片限定的可變的孔口的測量的壓力差發生改變，例如通過不佳的低流量解析度以及舌形片的非線性運動。這繼而導致流體的流速的不準確的測量。

技術實現要素：

在本發明中提供了一種可變孔口流體流量傳感器，該可變孔口流體流量傳感器具有彼此接合的兩個埠部分，該兩個埠部分形成了通過傳感器的流體流動通道。在兩個埠部分之間提供帶有包括流體流動限制舌形片的彎曲部件的可變孔口裝置。可變孔口裝置還包括偏壓部件(biasing member)，該偏壓部件布置在兩個埠部分之間並且該偏壓部件在氣體流動通道周圍接合彎曲部件。偏壓部件包括多個偏壓元件，該多個偏壓元件從偏壓部件向外延伸到與彎曲部件接觸。偏壓元件與彎曲部件的接合提供了抵靠彎曲部件的恆定的接觸和/或偏壓力用於以這樣的方式相對於兩個埠部分保持彎曲部件，即該方式在確定流體流動壓力差並且測量對應的流體流速時不會不利地影響舌形片的運行。

附圖說明

圖1是根據本發明的一種示例性的實施例的可變孔口流體流量傳感器的等軸視圖。

圖2是根據本發明的另一示例性的實施例的可變孔口流體流量傳感器的分解等軸視圖。

圖3是根據本發明的一種示例性的實施例的可變孔口流體流量傳感器的偏壓部件和彎曲部件的等軸視圖。

圖4是根據本發明的再另一示例性的實施例的可變孔口流體流量傳感器的橫截面視圖。

圖5是根據本發明的再另一示例性的實施例的可變孔口流體流量傳感器的部分剖切橫截面視圖。

圖6是根據本發明的再另一示例性的實施例的可變孔口流體流量傳感器的部分剖切橫截面視圖。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的一種實施例的可變孔口流體流量傳感器100的等軸視圖。可變孔口流體流量傳感器100利用用於測量流動通過流量傳感器100的流體(例如氣體)的流速的壓力差。因此，可變孔口流體流量傳感器100也能夠稱為差壓可變孔口氣體流量傳感器。可變孔口氣體流量傳感器100具有通常圓柱形的構造。然而，可變孔口氣體流量傳感器100可以各種各樣的形狀和尺寸形成並且仍然處於本發明的範圍內。

圖2-4示出了包含罩殼102的可變孔口氣體流量傳感器100，該罩殼102包括第一埠部分104和第二埠部分106，該第一埠部分104和該第二埠部分106彼此連接以限定在其中的氣體流動通道108，氣體流動通過該氣體流動通道108。密封部件110布置並且接合在第一埠部分104和第二埠部分106之間以阻止流動通過氣體流動通道108的氣體在第一埠部分104和第二埠部分106之間離開通道108。當可變孔口氣體流量傳感器100用於測量在呼吸裝置中的氣體流速時，流量傳感器100插入在呼吸迴路中的一個或多個期望的位置處。

可變孔口氣體流量傳感器100包括在第一埠部分104和第二埠部分106中間的彎曲部件112。彎曲部件112通常在形狀方面互補於氣體流動通道108的形狀，並且包括外部周緣部件114，該外部周緣部件114的直徑大於氣體流動通道108的直徑，從而當彼此接合時外部周緣部件114的一部分布置在限定在第一埠部分104和第二埠部分106之間的間隙116內。間隙116能夠形成以具有期望的寬度，但在一種示例性的實施例中形成為在寬度方面大約0.005英寸。

為了維持外部周緣部件114和彎曲部件112相對於第一埠部分104和第二埠部分106的位置，外部周緣部件114包括在其中形成的多個缺口118，該多個缺口118可對準且可定位在形成在第一埠部分104和/或第二埠部分106上的安裝凸出部120上。安裝凸出部120運行以關於第一埠部分104和第二埠部分106適當地安置彎曲部件112以阻止彎曲部件112關於第一埠部分104和第二埠部分106旋轉。備選地，在另一示例性的實施例中，缺口118和凸出部分120能夠完全地省略或為此由其他適合的結構代替。

彎曲部件112還包括流體或氣體流動限制舌形片122，該流體或氣體流動限制舌形片122在一個端部處連接到外部周緣部件114並且向內延伸到氣體流動通道108中並且越過氣體流動通道108以分離第一埠部分104和第二埠部分106。因為氣體流動限制舌形片122在一個端部處附接到外部周緣部件114，故當氣體沿氣體流動通道108流動通過可變孔口氣體流量傳感器100時，氣體流動限制舌形片122在氣體的流動的方向上彎曲或折曲。為了該目的，氣體流動限制舌形片122以及外部周緣部件114(當該外部周緣部件114整體地連同舌形片122形成時)由彈性材料製成。例如，氣體流動限制舌形片122能夠由彈性塑料或金屬製成。氣體流動限制舌形片122的彎曲導致在氣體流動通道108中增大的流體或氣體流動開口123的形成。限定在外部周緣部件114和舌形片122之間的氣體流動開口123隨著由於在通道108內的氣體的流速引起的氣體流動限制舌形片122的彎曲而變化。越過氣體流動限制舌形片122建立壓力差。該壓力差藉助於傳統的壓力傳感器(在圖2-4中未示出)被測量。氣體壓力被提供到通過壓力測量埠124和126的壓力傳感器，所述壓力測量埠124和126分別在第一埠部分104和第二埠部分106上在舌形片122上遊和下遊通入到氣體流動通道中。壓力傳感器被標定從而通過可變孔口氣體流量傳感器100的氣體的流速從越過氣體流動限制舌形片122的壓力差中獲得。

圖2-5示出了偏壓部件128，該偏壓部件128在第一埠部分104和第二埠部分106之間定位在間隙116內。偏壓部件128利用任何適當的形狀由任何適當的彈性材料例如彈性塑料或金屬形成。在示出的示例性的實施例中，偏壓部件128形成為環130，該環130在其中限定了中央開口132。環130定位在間隙116內，其中中央開口132布置在氣體流動通道108周圍，從而不阻塞氣體流動穿過通道108或舌形片122的運動。環130還包括缺口134對，該缺口134對類似於在彎曲部件112的外部周緣部件114中的缺口118形成，然而能夠利用任何數量的缺口134，或能夠完全地省略缺口134。缺口134定位在安裝凸出部120之上以關於彎曲部件112以及第一埠部分104和第二埠部分106適當地安置環130，並且阻止環130的旋轉。

偏壓部件128還包含布置在環130上的多個偏壓元件136，該多個偏壓元件136從環130向內延伸到中央開口132中。偏壓元件136能夠從環130的內部邊緣延伸，或能夠通過布置在偏壓元件136的每個側邊上的狹槽138與環130分離，該狹槽138延伸到環130中。偏壓元件136接觸彎曲部件112的外部周緣部件114用於以這樣的方式作用於彎曲部件112，即該方式利用期望量的力使彎曲部件112在第一埠部分104和第二埠部分106之間保持就位，以使在彎曲部件112上的舌形片122的適當的運行成為可能。在繪製圖中的示例性的實施例中，偏壓元件136採用接片140的形式，該接片140至少部分地關於環130的平面以角度彎曲，使偏壓部件128形成為彈性墊圈(spring washer)。接片140提供了在彎曲部件112上的力的局部點，從而在外部周緣部件114上提供恆定的偏壓力以在期望的位置中保持彎曲部件112。接片140的尺寸、數量以及角度連同材料(偏壓部件128由該材料形成)一起能夠與在示出了等距的接片140的本發明的示例性的實施例中示出的構造不同，以在彎曲部件112上提供來自接片140的期望量的力並且使舌形片122能夠恰當地運行，但是不使舌形片122畸變或不允許洩漏部在氣體流動通道108中在彎曲部件112周圍形成。此外，使用偏壓部件128使得在第一埠部分104和第二埠部分106之間的裝配公差較寬鬆的情況下且在不需要任何直接將彎曲部件112和/或偏壓部件128固定到罩殼102上的情況下(包括不需要任何附加的固定器件或部件，例如在第一埠部分104和第二埠部分106上的粘合劑、緊固件或螺紋組件)在氣體流動通道108內固定彎曲部件112。也預期的是在傳感器100中保持彎曲部件112就位的唯一的結構是偏壓部件128，從而彎曲部件112可在偏壓部件128的偏壓下在第一埠部分104和第二埠部分106之間形成的間隙內浮動。

圖6示出了本發明的另一示例性的實施例，在該實施例中偏壓元件136在形成在外部周緣部件112中的凹口142內接觸彎曲部件112的外部周緣部件114。在該構造中，當接片140接合在彎曲部件112中的凹口142的邊緣或表面144時，接片140相對於彎曲部件112的軸線以角度施加力。這此外幫助利用期望量的力在第一埠部分104和第二埠部分106之間保持彎曲部件112就位以使在彎曲部件112上的舌形片122的適當的運行成為可能。

可變孔口氣體流量傳感器100可使用一次，一次性類型或是可使用多次，可重複使用類型。前者將典型地由不昂貴的塑料材料製造。後者通常將由耐高壓加熱的材料例如金屬或一種或多種抗高溫塑料製造。

可變孔口氣體流量傳感器100也能夠可選地包括一個或多個固定的孔口(未示出)以及流動限制部件(未示出)。固定的孔口保證了具有不足以引起氣體流動限制舌形片122的彎曲的速率的氣體流能夠穿過可變孔口氣體流量傳感器100。這能夠通過使氣體流動限制舌形片122成形成存在用於氣體流動穿過的空間而實現。流動限制部件限制了氣體流動限制舌形片122的彎曲以為了高流速提供越過舌形片的合適的壓力差。

本發明的各種實施例提供了可變孔口氣體流量傳感器100，該可變孔口氣體流量傳感器100能夠通過以這樣的方式將彎曲部件112附接到用於可變孔口流體流量傳感器100的罩殼102可複製地測量廣闊範圍的流速，即該方式最小化附接對彎曲部件112的運行的影響。

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