專利名稱：用于測量流體的體積流速或質(zhì)量流速的器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體流速測量系統(tǒng)。更加具體地，本發(fā)明涉及用于測量流體的體積流速或質(zhì)量流速的器具及使用該器具的方法，尤其是當(dāng)流體以非連續(xù)方式流動(dòng)時(shí)。
背景技術(shù)：
在許多領(lǐng)域中流體管理非常重要，比如家用領(lǐng)域、科學(xué)領(lǐng)域、種植以及醫(yī)療領(lǐng)域。特別在醫(yī)療領(lǐng)域中，流體管理以及流體流速測量的精確性可能是必要的。當(dāng)流動(dòng)為連續(xù)流動(dòng)時(shí)，有許多用于測量流體流速的方法和裝置，然而，當(dāng)處于非連續(xù)的流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，比如滴落，則明顯地缺少精確的測量技術(shù)。
通常地，使用收集裝置或光學(xué)計(jì)數(shù)器(用于液滴)對流體的體積滴落流動(dòng)或其他非連續(xù)的流動(dòng)進(jìn)行測量。鮑曼在1979年申請的名稱為“用于測量流體的體積流速的自補(bǔ)償光學(xué)液滴計(jì)數(shù)裝置”的美國專利第4,314,484號中揭示了光學(xué)計(jì)數(shù)器的一個(gè)例子。該專利揭示了一種通過光學(xué)方式對經(jīng)過滴落腔室的液滴的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)而對流體的體積流速進(jìn)行測量的自補(bǔ)償式光學(xué)液滴計(jì)數(shù)器具。將光學(xué)計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)成對每一液滴僅計(jì)數(shù)一次。帕茨等人在名稱為“用于低流動(dòng)速率的液滴計(jì)數(shù)器”的美國專利第6,640,649號中揭示了另外一種計(jì)數(shù)器。該低流速測量裝置用于測量流體量超過0.05ml的流動(dòng)，在該測量裝置中，第一腔室具有與第二腔室流體連通的一個(gè)入口和一個(gè)出口，第一腔室包含形成層流的元件。電子系統(tǒng)定位在第二腔室中，位于液滴產(chǎn)生器的下方，用于對每一來自所述液滴產(chǎn)生器的液滴的通過進(jìn)行計(jì)數(shù)，此外，一個(gè)信息處理單元連接到電子系統(tǒng)上，用于接收和記錄信息。
這些流體管理的裝置以及其他裝置帶有固有質(zhì)量誤差，所述誤差通過積累可在測量結(jié)果中產(chǎn)生巨大的差錯(cuò)。此類進(jìn)行非連續(xù)測量的流體管理系統(tǒng)用在許多學(xué)科上，比如如上所述的科學(xué)或醫(yī)療領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中，差錯(cuò)可能造成嚴(yán)重及危險(xiǎn)的后果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的為提供一種用于精確測量流體的體積流速或質(zhì)量流速的器具和方法，尤其當(dāng)流體以非連續(xù)方式流動(dòng)時(shí)，例如滴落方式。
本發(fā)明的另一個(gè)目的為提供一種器具和一種方法，用于在醫(yī)療和流體管理應(yīng)用中可靠地測量流體的體積流速或質(zhì)量流速，其中所述應(yīng)用比如尿液測量裝置、輸液或輸血裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的為提供一種器具和方法，用于在不需要對液滴進(jìn)行計(jì)數(shù)的情況下，對流體的體積流速或質(zhì)量流速進(jìn)行測量，以消除產(chǎn)生于計(jì)算單個(gè)液滴的固有誤差。
因此，依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于測量流體的質(zhì)量流速的器具，所述器具包括具有上部開口和底部開口的囊體；具有上端和底端的殼體，其中所述囊體適于在所述殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)；設(shè)置在預(yù)定位置上的施力裝置，其中所述施力裝置適于施加力到所述囊體上，所述力與所述囊體在所述殼體內(nèi)的位置成比例；設(shè)置在所述殼體的所述上端中的管，其中流體經(jīng)過所述管流進(jìn)所述囊體內(nèi)；適于測量所述力的測量裝置；
適于控制所述施力裝置的控制器；設(shè)置在所述底部開口上的密封件，其中所述密封件適于流體阻塞所述底部開口；設(shè)置在所述殼體的所述底端上的打開裝置，其中所述打開裝置適于在所述囊體向下定位時(shí)，打開所述密封件；由此，囊體在所述殼體內(nèi)的位置取決于囊體中所積存的流體的質(zhì)量以及施加于其上的力，隨著所述囊體內(nèi)流體的積存，囊體朝著所述底端向下移動(dòng)，在所述底端上，由于所述打開裝置打開密封件，因而流體得以排放，因此，可以測量通過器具的流體的數(shù)量及其流速。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)所述囊體充滿流體并且所述測量裝置測量出一個(gè)指示所述囊體中的流體的已知質(zhì)量的預(yù)定力時(shí)，所述控制器適于暫時(shí)允許所述囊體向下移動(dòng)，從而通過所述底部開口排放流體，并且可以計(jì)算預(yù)定期限內(nèi)囊體排放的次數(shù)，以獲得流體的質(zhì)量流動(dòng)速率。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，流體從所述管以液滴方式滴進(jìn)所述囊體內(nèi)。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，流體從所述管以連續(xù)方式流到所述囊體內(nèi)。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述殼體的所述上端設(shè)置有適于對積存在所述囊體中的流體進(jìn)行過濾的過濾器。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述囊體設(shè)置有將所述密封件壓迫在所述底部開口上的裝置。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述裝置為附著到所述囊體的內(nèi)圓周上的彈簧。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述打開裝置為一個(gè)銷，所述銷適于在所述囊體向下定位時(shí)，將所述密封件推向一旁。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，如果囊體發(fā)生阻塞，流體以溢流方式流經(jīng)殼體。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述力可以是任何力，例如磁性力、彈性力、電氣力。
依據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步提供了一種用于測量流體的體積流速的器具，包括具有上部開口和底部開口的囊體；具有上端和底端的殼體，其中所述囊體適于在所述殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)；設(shè)置成相對而言靠近所述上端的磁性裝置，所述磁性裝置適于施加磁性力到所述囊體上，其中所述力與所述囊體在所述殼體內(nèi)的位置成比例，并且當(dāng)所述囊體接近所述磁性裝置時(shí)，所述力處于最小狀態(tài)；設(shè)置在所述殼體的所述上端中的管，其中流體經(jīng)過所述管流進(jìn)所述囊體內(nèi)；適于測量所述磁性力的測量裝置；適于控制所述磁性裝置的控制器；設(shè)置在所述底部開口上的密封件，其中所述密封件適于流體阻塞所述底部開口；設(shè)置在所述殼體的所述底端上的銷，其中所述銷適于在所述囊體向下定位時(shí)，將所述密封件推向一旁；由此，囊體在所述殼體內(nèi)的位置取決于囊體中所積存的流體的質(zhì)量，隨著囊體內(nèi)流體的積存，囊體朝著所述底端向下移動(dòng)，在所述底端上，由于所述打開裝置將密封件推向一旁，因而流體得以排放，因此，可以測量通過器具的流體的數(shù)量及其流速。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)所述囊體充滿流體并且所述測量裝置測量出一個(gè)指示所述囊體中的流體的已知體積的預(yù)定磁性力時(shí)，所述控制器適于暫時(shí)斷開所述磁性裝置，以允許所述囊體向下移動(dòng)，從而通過所述底部開口排放流體，并且可以計(jì)算預(yù)定時(shí)間內(nèi)囊體排放的次數(shù)，以獲得流體的體積流動(dòng)速率。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述磁性裝置為DC線圈而所述測量裝置為差接變壓器。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述差接變壓器包括一個(gè)AC輸入線圈和一個(gè)AC輸出線圈。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述DC線圈和所述差接變壓器外接于所述殼體。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述殼體設(shè)置有第二磁性裝置，其中所述第二磁性裝置被定位成大體上接近所述底部開口。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述流體以液滴方式從所述管滴進(jìn)所述囊體。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，流體以連續(xù)方式從所述管流動(dòng)到所述囊體。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述殼體的所述上端設(shè)置有適于對所述囊體中所積存的流體進(jìn)行過濾的過濾器。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述囊體設(shè)置有將所述密封件壓迫在所述底部開口上的裝置。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述裝置為附著到所述囊體的內(nèi)圓周上的彈簧。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述控制器設(shè)置有所述囊體的校準(zhǔn)基準(zhǔn)，并且其中所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)將所述囊體的位置與施加在所述囊體上的所述磁性力聯(lián)系起來。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述控制器適于在達(dá)不到所述囊體的初始位置時(shí)，對所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)進(jìn)行重新校準(zhǔn)。
另外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種用于測量流體的體積流速的方法，包括提供具有上部開口和底部開口的囊體；提供具有上端和底端的殼體，其中所述囊體適于在所述殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)；提供相對而言靠近所述上端的磁性裝置，其中所述磁性裝置適于施加磁性力到所述囊體上，其中所述力與所述囊體在所述殼體中的位置成比例，并且當(dāng)所述囊體接近所述磁性裝置時(shí)，所述力處于最小狀態(tài)；提供位于所述殼體的所述上端上的管；提供適于測量所述磁性力的測量裝置；提供適于控制所述磁性裝置的控制器；提供位于所述底部開口上的密封件，其中所述密封件適于流體阻塞所述底部開口；提供位于所述殼體的所述底端上的銷，其中所述銷適于在所述囊體向下定位時(shí)，將所述密封件推向一旁；使流體通過所述管流進(jìn)所述囊體；當(dāng)所述測量裝置測量出一個(gè)施加在所述囊體上的預(yù)定磁性力時(shí)，將所述磁性裝置斷開，從而允許排放所述囊體；當(dāng)所述囊體排空流體時(shí)，接通所述磁性裝置。
由此，可以通過所述囊體在預(yù)定時(shí)間內(nèi)排放的次數(shù)計(jì)算出體積流動(dòng)速率。
此外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括對施加在所述囊體上的力進(jìn)行自校準(zhǔn)。
另外，依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述方法進(jìn)一步包括將一個(gè)第二磁性裝置定位在接近所述底端的位置上。


為了更好理解本發(fā)明以及掌握其實(shí)際應(yīng)用，附上下列附圖以供參考。圖中相同部件由相同附圖標(biāo)號表示。
應(yīng)注意到，附圖只是作為例子和優(yōu)選實(shí)施方式示出，而非限制由說明書和權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的、用于測量流體液滴的質(zhì)量流速的器具的剖視圖；圖2示出了圖1所示的器具處于排放狀態(tài)時(shí)的剖視圖；圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的、用于測量流體液滴的質(zhì)量流速的器具的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在流體管理領(lǐng)域，尤其當(dāng)流動(dòng)速率為非連續(xù)并且形成滴落狀態(tài)時(shí)，通常使用光學(xué)液滴計(jì)數(shù)器對體積流速或質(zhì)量流速進(jìn)行測量。這些方法帶有固有誤差，所述固有誤差源于液滴的大小和形狀。本發(fā)明提供一種獨(dú)特新穎的器具，該裝置積累液滴，這樣，由于各種物理性能而形成的液滴自身的特性不會(huì)對測量造成影響。
在當(dāng)今所使用的器具尤其是用于醫(yī)療領(lǐng)域的器具中，由于對液滴進(jìn)行單個(gè)地計(jì)數(shù)，因此，在整個(gè)測量過程中流體的任何移動(dòng)或性能上的變化均可引起大的差錯(cuò)。由于藥物管理取決于測量的結(jié)果，此類差錯(cuò)的后果至關(guān)重要。然而，相似的誤差在科學(xué)領(lǐng)域同樣會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
本發(fā)明提供了一種新的獨(dú)特的用于測量流體的體積流速或質(zhì)量流速的器具。在整個(gè)下文中，術(shù)語體積流速和質(zhì)量流速的使用為隨意使用。從流體體積到流體質(zhì)量的轉(zhuǎn)變簡單，反之亦然，且這種轉(zhuǎn)變可以依照所管理的流體與控制器軟件結(jié)合。器具包括一個(gè)在殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)的囊體?？拷鼩んw設(shè)置有一個(gè)施力裝置，其被定位成相對而言靠近所述上端，其中該施力裝置適于將力施加在囊體上。所施加的力可以是任何力，例如電氣力、磁性力、彈簧力、彈性力、氣動(dòng)力等等。所施加的力與殼體內(nèi)囊體的位置成比例，并且當(dāng)囊體接近施力裝置時(shí)，所述力處于最小狀態(tài)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面中，施力裝置為磁性裝置。
器具還設(shè)置有一根管，該管引導(dǎo)流體，以使所述流體流進(jìn)所述囊體內(nèi)，從而使得流體能夠在囊體內(nèi)積累。還設(shè)置有一個(gè)適于對力進(jìn)行測量的裝置以及一個(gè)適于控制施力裝置的控制器。一個(gè)密封件設(shè)置在囊體底部，以流體阻塞囊體的底部開口。一個(gè)打開裝置設(shè)置在殼體的底端，當(dāng)囊體向下定位時(shí)，該打開裝置適于打開密封件，從而在向下位置上對囊體進(jìn)行排放并使囊體保持其初始重量。
當(dāng)囊體充滿流體并且所述測量裝置測量到一個(gè)預(yù)定力時(shí)，該預(yù)定力指示所述囊體中的流體的已知體積，控制器適于暫時(shí)允許囊體向下移動(dòng)，從而通過囊體的底部開口排放流體，并且能夠計(jì)算預(yù)定時(shí)間內(nèi)囊體排放的次數(shù)，以獲得流體的體積流動(dòng)速率。
現(xiàn)參看圖1，圖中示出了依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的、用于測量流體液滴的體積流速的器具的剖視圖。用于測量流體的體積流速的器具10包括具有上部開口14和底部開口16的囊體12。囊體如同一個(gè)柱塞在殼體內(nèi)漂動(dòng)，如下文所說明，然而，囊體實(shí)際上是一個(gè)通道，流體適于在其中交替地積累和排放。術(shù)語“囊體”將在下文中用于形狀為柱塞的囊體。囊體12適于插在管18的下面，液滴從所述管18滴下。底部開口16通過球20而保持封閉，其中所述球20優(yōu)選為由橡膠制成并流體阻塞住開口16。從管18滴下的液滴(在圖1中看不到)積存在作為貯液器的囊體12內(nèi)。
任選地，可使用另一種阻塞件以使液滴能夠積存在囊體中。本發(fā)明的范圍涵蓋其他阻塞件。
當(dāng)流體積存在囊體內(nèi)時(shí)，為了提高球20的密封性能并且防止囊體12的泄漏，優(yōu)選地，為所述球設(shè)置可將力施加到球上的裝置，其中所述力被向下引導(dǎo)，以將球20保持在底部開口16上。
現(xiàn)參看圖3，圖中示出了依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的、用于測量流體液滴的質(zhì)量流速的器具的剖視圖。在球20的頂部設(shè)置有附著到環(huán)52上的彈簧50，其中所述環(huán)52粘附到囊體12的圓周上。彈簧50將球20向下推并使所述球20抵接底部開口16，從而密封住底部開口。
任選地，最好給殼體22設(shè)置過濾器54，該過濾器對滴入或流入囊體12內(nèi)的流體進(jìn)行過濾，從而將不會(huì)存在可能妨礙底部開口16的密封的粗大污物。在該情況下，還提供觀察流體中固態(tài)物的存在并將其送去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)。當(dāng)所述器具應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域中時(shí)，可以附加的醫(yī)療狀況指示。
回到圖1，如前面在本文中所述，囊體12為柱塞，因而適于在具有上端和底端的殼體22內(nèi)垂直地移動(dòng)。囊體12適于在殼體22內(nèi)向上和向下移動(dòng)。通過由磁性裝置、彈性裝置或者任何其它裝置產(chǎn)生的力將囊體12保持在殼體12內(nèi)的一個(gè)預(yù)定位置上，該預(yù)定位置靠近殼體的上端。在任何情況下，將囊體維持在位置上的力必須是可測量的力。依據(jù)在此揭示的實(shí)施例，通過一個(gè)繞著囊體12產(chǎn)生磁場的DC線圈24，如螺線管，將囊體12保持在位置上。顯然，在這種情況下，囊體12包括具有磁性能的元件，如金屬元件，以保持對DC線圈24產(chǎn)生作用。DC線圈24在靠近殼體上端的位置外接殼體22。線圈用作施力裝置使得器具具有更好的精確度和靈敏度。
當(dāng)囊體12是空的時(shí)，通過磁通量，一個(gè)預(yù)定力施加在所述囊體12上，以將囊體保持在位置上。隨著液滴在囊體12中積存，囊體的重量、進(jìn)而囊體所施加的力變大。DC線圈24所施加的力可對殼體22內(nèi)囊體12的位置作出響應(yīng)。
一個(gè)差接變壓器30外接于殼體22。差接變壓器30包括兩個(gè)AC線圈，一個(gè)輸入線圈32和一個(gè)輸出線圈34。輸入線圈32接通交流電，而由輸出線圈所測量的輸出則受到DC線圈和囊體12的定位的影響。這樣，差接變壓器30用于對囊體12的定位進(jìn)行校準(zhǔn)，其中所述囊體12的定位與囊體重量和積存在囊體中的流體成比例。隨著囊體重量由于滴入其內(nèi)的流體的積存而變大，所述囊體向下移動(dòng)。囊體的定位由一個(gè)接收輸出線圈34的數(shù)據(jù)的處理裝置(圖中未示出)記錄并被解譯成流體重量、進(jìn)而流體體積。能夠?qū)δ殷w12向下行進(jìn)的速率進(jìn)行測量使得能夠提供例如流體從管滴下或流下的體積速率或質(zhì)量速率以及流體比重這樣的信息，前提為在體積已知的情況下。
依據(jù)本發(fā)明的方法，在一個(gè)由輸出線圈34所測量的、指示出囊體12被充滿或大體上被充滿的預(yù)定值下，DC線圈24被斷開，以消除作用在囊體12上的磁場。實(shí)際上，能夠在任何預(yù)定的流體填充狀態(tài)下使囊體從磁場上斷開。
現(xiàn)參看圖2，圖中示出了圖1所示器具處于排放狀態(tài)的剖視圖。當(dāng)DC線圈24斷開時(shí)，沒有使囊體12保持在向上位置的力，所述囊體由于重力而下落到殼體22的底部。殼體22的底端設(shè)置有銷36。當(dāng)囊體12向下降落時(shí)，銷36穿過底部開口16并且將球20推向一旁，從而使得囊體12中所積存的流體能夠經(jīng)過排放管38排放。
在囊體12中的流體被排放之后，緊接著DC線圈24再次被接通，迫使囊體12返回到其接近DC線圈24的初始位置。從管18上滴下的流體開始再次進(jìn)行積存。囊體12下落的次數(shù)與經(jīng)過管12滴下或流下的流體的體積成比例。排放管38可連接到流體收集袋(圖中未顯示)。由于囊體12中的流體的體積已知，并且囊體被填滿的時(shí)間同樣已知，因此可測量出管18的體積流動(dòng)速率。囊體12排放的次數(shù)也可以測量，從而使得能夠?qū)α鲃?dòng)速率進(jìn)行連續(xù)的測量。
再次參看圖3，圖中顯示了本發(fā)明的器具的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。為了確保囊體12的排放并克服施加在球20上的提高囊體密封的力，鄰接殼體22的底端或在底端的下面設(shè)置有一個(gè)附加的DC線圈56。當(dāng)DC線圈24斷開時(shí)，附加的DC線圈56被接通，從而迫使囊體12向下抵靠銷36。附加的DC線圈有利于使球20從底部開口16上移開并有利于克服向下推壓球20的彈簧50的力。在囊體排放完畢之后，斷開附加的DC線圈56，再次接通DC線圈24，如前面所述。
由于當(dāng)本發(fā)明的器具與DC和AC線圈一同使用時(shí)具有高精確度，器具要經(jīng)過一個(gè)自校準(zhǔn)過程。如果由于某些原因，比如粘附在囊體上的污物，囊體在DC線圈再次被接通時(shí)沒有返回到其初始位置(其初始重量發(fā)生變化)時(shí)，則進(jìn)行自校準(zhǔn)過程，在該自校準(zhǔn)過程中，對囊體是空的時(shí)囊體被定位的位置進(jìn)行重新確定。因此，DC相對于囊體的定位的標(biāo)度得到重新校準(zhǔn)。供選擇地，可通過測量迫使下沉的囊體到達(dá)預(yù)定位置所需要的電流，而進(jìn)行DC線圈的自校準(zhǔn)。可以連續(xù)或間斷地對電流進(jìn)行測量并對所得到的值進(jìn)行比較。
需要指出的是，本發(fā)明的器具可以測量所有黏性流體流及固體流體流，尤其是粉末形式的固體。粉末可以積存在囊體內(nèi)且可以測量其體積流率的質(zhì)量。
需要提及的是，出于安全原因，一旦囊體中發(fā)生阻塞或者由于某些原因而囊體不起作用，則流體將不經(jīng)過囊體而經(jīng)過殼體流動(dòng)。在該情況下，發(fā)生溢流情形。
需要指出的是，當(dāng)流體以滴落或連續(xù)方式流動(dòng)時(shí)，且對流動(dòng)速率沒有限制時(shí)，可以對流速進(jìn)行測量。流體可以具有任何粘度或密度，然而在任何情況下，均可通過本發(fā)明的器具和方法對流動(dòng)速率進(jìn)行測量。測量相當(dāng)精確，即便在測量期間流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著變化時(shí)；并且速率不會(huì)對測量的精確度造成影響。
顯然，實(shí)施例的描述以及說明書中所示出的附圖只起到更好地理解本發(fā)明的作用，而不是對權(quán)利要求所涵蓋的范圍進(jìn)行限制。
另外，很顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在通讀本說明書后，可對附圖和上述的實(shí)施例進(jìn)行調(diào)整或修改，這些調(diào)整或修改仍將被權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于測量流體的質(zhì)量流速的器具，所述器具包括具有上部開口和底部開口的囊體；具有上端和底端的殼體，其中，所述囊體適于在所述殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)；設(shè)置在預(yù)定位置上的施力裝置，所述施力裝置適于將力施加在所述囊體上，所述力與所述殼體內(nèi)所述囊體的位置成比例；設(shè)置在所述殼體的所述上端中的管，流體經(jīng)過所述管流進(jìn)所述囊體內(nèi)；適于測量所述力的測量裝置；適于控制所述施力裝置的控制器；設(shè)置在所述底部開口上的密封件，所述密封件適于流體阻塞所述底部開口；設(shè)置在所述殼體的所述底端上的打開裝置，所述打開裝置適于在所述囊體向下定位時(shí)，打開所述密封件；由此，所述殼體內(nèi)的囊體的位置取決于囊體中所積存的流體的質(zhì)量以及施加于其上的力，隨著流體在所述囊體內(nèi)的積存，囊體朝著所述底端向下移動(dòng)，在所述底端上，由于所述打開裝置打開密封件，因而流體得以排放，因此，可以測量通過器具的流體的數(shù)量及其流速。
2.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，當(dāng)所述囊體充滿流體并且所述測量裝置測量出一個(gè)指示所述囊體內(nèi)流體的已知質(zhì)量的預(yù)定力時(shí)，所述控制器適于暫時(shí)允許所述囊體向下移動(dòng)，從而通過所述底部開口排放流體，并且可以計(jì)算預(yù)定期限內(nèi)囊體排放的次數(shù)，以獲得流體的質(zhì)量流動(dòng)速率。
3.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，流體從所述管以液滴方式滴進(jìn)所述囊體內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，流體從所述管以連續(xù)方式流到所述囊體內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，所述殼體的所述上端設(shè)置有適于對積存在所述囊體中的流體進(jìn)行過濾的過濾器。
6.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，所述囊體設(shè)置有將所述密封件壓迫在所述底部開口上的裝置。
7.如權(quán)利要求6中所述的器具，其特征在于，所述裝置為附著到所述囊體的內(nèi)圓周上的彈簧。
8.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，所述打開裝置為一個(gè)銷，所述銷適于在所述囊體向下定位時(shí)，將所述密封件推向一旁。
9.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，如果囊體發(fā)生阻塞，則流體以溢流方式流經(jīng)殼體。
10.如權(quán)利要求1中所述的器具，其特征在于，所述力可以是任何力，例如磁性力、彈性力、電氣力。
11.一種用于測量流體的體積流速的器具，包括具有上部開口和底部開口的囊體；具有上端和底端的殼體，所述囊體適于在所述殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)；設(shè)置在相對而言靠近所述上端的磁性裝置，所述磁性裝置適于施加磁性力到所述囊體上，所述力與所述囊體在所述殼體中的位置成比例，并且當(dāng)所述囊體接近所述磁性裝置時(shí)，所述力處于最小狀態(tài)；設(shè)置在所述殼體的所述上端中的管，流體通過所述管流進(jìn)所述囊體內(nèi)；適于測量所述磁性力的測量裝置；適于控制所述磁性裝置的控制器；設(shè)置在所述底部開口上的密封件，所述密封件適于以流體阻塞所述底部開口；設(shè)置在所述殼體的所述底端上的銷，所述銷適于在所述囊體向下定位時(shí)，將所述密封件推向一旁；由此，囊體在所述殼體內(nèi)的位置取決于囊體中所積存的流體的質(zhì)量，隨著流體在所述囊體內(nèi)的積存，囊體朝著所述底端向下移動(dòng)，在所述底端上，由于所述打開裝置將密封件推向一旁，因而流體得以排放，因此，可以測量通過器具的流體的數(shù)量及其流速。
12.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，當(dāng)所述囊體充滿流體并且所述測量裝置測量出一個(gè)指示所述囊體內(nèi)流體的已知體積的預(yù)定磁性力時(shí)，所述控制器適于暫時(shí)斷開所述磁性裝置，以允許所述囊體向下移動(dòng)，從而通過所述底部開口排放流體，并且可以計(jì)算預(yù)定時(shí)間內(nèi)囊體排放的次數(shù)，以獲得流體的體積流動(dòng)速率。
13.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，所述磁性裝置為DC線圈而所述測量裝置為差接變壓器。
14.如權(quán)利要求12中所述的器具，其特征在于，所述差接變壓器包括一個(gè)AC輸入線圈和一個(gè)AC輸出線圈。
15.如權(quán)利要求12中所述的器具，其特征在于，所述DC線圈和所述差接變壓器外接于所述殼體。
16.如權(quán)利要求12中所述的器具，其特征在于，所述殼體設(shè)置有一個(gè)第二磁性裝置，所述第二磁性裝置被定位成大體上接近所述底部開口。
17.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，所述流體以液滴方式從所述管滴進(jìn)所述囊體。
18.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，流體以連續(xù)方式從所述管流動(dòng)到所述囊體。
19.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，所述殼體的所述上端設(shè)置有一個(gè)適于對所述囊體中所積存的流體進(jìn)行過濾的過濾器。
20.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，所述囊體設(shè)置有將所述密封件壓在所述底部開口上的裝置。
21.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，所述裝置為附著到所述囊體的內(nèi)圓周上的彈簧。
22.如權(quán)利要求11中所述的器具，其特征在于，所述控制器設(shè)置有所述囊體的校準(zhǔn)基準(zhǔn)，所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)將所述囊體的位置與施加在所述囊體上的所述磁性力聯(lián)系起來。
23.如權(quán)利要求22中所述的器具，其特征在于，所述控制器適于在達(dá)不到所述囊體的初始位置時(shí)，對所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)進(jìn)行重新校準(zhǔn)。
24.一種用于測量流體的體積流速的方法，包括提供具有上部開口和底部開口的囊體；提供具有上端和底端的殼體，所述囊體適于在所述殼體內(nèi)向上和向下移動(dòng)；提供相對而言靠近所述上端的磁性裝置，所述磁性裝置適于施加磁性力到所述囊體上，所述力與所述囊體在所述殼體中的位置成比例，并且當(dāng)所述囊體接近所述磁性裝置時(shí)，所述力處于最小狀態(tài)；提供位于所述殼體的所述上端的管；提供適于測量所述磁性力的測量裝置；提供適于控制所述磁性裝置的控制器；提供位于所述底部開口上的密封件，所述密封件適于以流體阻塞所述底部開口；提供位于所述殼體的所述底端上的銷，所述銷適于在所述囊體向下定位時(shí)，將所述密封件推向一旁；允許流體通過所述管流進(jìn)所述囊體；當(dāng)所述測量裝置測量出一個(gè)施加在所述囊體上的預(yù)定磁性力時(shí)，將所述磁性裝置斷開，從而允許排放所述囊體；當(dāng)所述囊體排空流體時(shí)，接通所述磁性裝置；由此，可通過所述囊體在預(yù)定時(shí)間內(nèi)排放的次數(shù)計(jì)算出體積流動(dòng)速率。
25.如權(quán)利要求24中所述的器具，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括對施加在所述囊體上的力進(jìn)行自校準(zhǔn)。
26.如權(quán)利要求24中所述的器具，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括將一個(gè)第二磁性裝置定位在接近所述底端的位置上。
全文摘要
提供用于測量流體的體積流速或質(zhì)量流速的器具，該器具包括一個(gè)囊體(12)和一個(gè)磁性力施加裝置(24)，其中所述囊體(12)適于在殼體(22)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)并且接收來自管(18)的流體，而所述磁性力施加裝置(24)適于施加力到囊體(12)上，所述力與囊體(12)位置成比例。在囊體(12)的底部開口設(shè)置有用于流體阻塞的密封件(20)，同時(shí)設(shè)置有一個(gè)當(dāng)囊體(12)向下定位時(shí)推開密封件(20)的銷(36)，以排放囊體。因此，可以連續(xù)地測量流體的體積流速或質(zhì)量流速，并且可以確定體積流速。
文檔編號G01F3/00GK1819864SQ200480018400
公開日2006年8月16日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者阿維雷姆·羅能, 葉切爾·魏因施泰因 申請人:A.L.哈達(dá)斯技術(shù)有限公司