專(zhuān)利名稱：基于mems傳感器的插入式流量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體流量測(cè)量裝置，尤其涉及基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝覽。
背景技術(shù)：
'插入式流量計(jì)工作原理是，當(dāng)流體流過(guò)探頭時(shí)，在其前部產(chǎn)生--個(gè)高壓分布區(qū)，高壓分 布區(qū)略高于管道的靜壓；根據(jù)伯努利方程原理，流體流過(guò)探頭時(shí)速度加快，在探頭后部產(chǎn)生 —個(gè)低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓；通過(guò)測(cè)取探頭前后的壓力差，迸而 得出管路流量。
此類(lèi)流量計(jì)通常體積較大，給管路帶來(lái)的能量損失較多，差壓發(fā)生裝置與差壓變送裝置 分離，需要專(zhuān)門(mén)管路將壓力差引到管外進(jìn)行比較。這一方面容易積聚氣體和臟街，影響流量 計(jì)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量精度，而增加維修維護(hù)成本；另一方面由于普通差壓變送器的響應(yīng)頻率限制， 使得流量計(jì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)很差，往往不能滿足一些工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的需要，并且此類(lèi)差壓變送器 加工成本較高。
因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題來(lái)研制—種結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)性能好、成本低、能量損 耗低的新型流量測(cè)量裝梵是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝覽，解決傳統(tǒng)插入式 流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性差，誤差大，損耗高等問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝覽，該裝置由測(cè)量管l、 探頭2、固定裝置3、 二次儀表4、高壓取壓口8、低壓取壓口9及傳感器部分的MEMS敏感 芯體6、封裝結(jié)構(gòu)5、信號(hào)線7構(gòu)成探頭2通過(guò)畫(huà)定裝置3固定在測(cè)量管1內(nèi)部；MEMS 敏感芯體6被封裝在封裝結(jié)構(gòu)5中，置于探頭2內(nèi)部；封裝結(jié)構(gòu)5固定在探頭2內(nèi)部，開(kāi)口 處分別與高壓取壓口 8和低壓取壓口 9相通；高壓取壓口 8與低壓取壓口 9均設(shè)在探頭2上, 位于測(cè)量管1內(nèi)部MEMS敏感芯體6的兩個(gè)取壓管分別通過(guò)高壓取壓口 8與低壓取壓口 9 接觸高壓和低壓流體；信號(hào)線7與MEMS敏感芯體6連接后引出測(cè)量管1至二次儀表4。所 述的MEMS敏感芯體6為硅微壓阻式、壓電式或電容式微型壓力瓶差敏感芯體。
本發(fā)明的原理是根據(jù)伯努利方程可知，流體流過(guò)探頭2時(shí)會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于流量大小的壓 力差信號(hào),該壓力差信號(hào)被MEMS敏感芯體6測(cè)得并通過(guò)信號(hào)7線引出管外送至二次儀表4。 根據(jù)流量一壓差數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)測(cè)量。
其流量方程為 Q=CAP 式中q-流量，邁3/8
C~~流量系數(shù) A "~~壓差pa
本發(fā)明所述的基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝置，將MEMS傳感器植入測(cè)量管1 內(nèi)部測(cè)量壓差，不霈要把壓力引出管外進(jìn)行比較，不存在引壓管沿程壓力損失，因此只需要 很弱的節(jié)流作用即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量，永久壓力損耗低；采用探頭2獲取壓差，重復(fù)型好，量程比 寬，抗臟污能力強(qiáng)，信號(hào)穩(wěn)定性好，不需要上游直管段，并能在較小的空聞距離甩實(shí)現(xiàn)更高 的信號(hào)水平；取消了傳統(tǒng)的布引壓管線工程，減少了制造成本以及維護(hù)維修工作量，具有較 高的測(cè)量精度；并應(yīng)用質(zhì)量和慣性都非常小的MEMS傳感器，壓差測(cè)取的時(shí)間常數(shù)很小，因 此動(dòng)態(tài)測(cè)量頻率得到較大程度的提高只需要很小的壓差就能齊到準(zhǔn)確的測(cè)量效果，因此大 大減小了插入式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)體積。本發(fā)明既能應(yīng)用到一般的流體介質(zhì)輸送方面，也能有 效完成對(duì)低靜壓、低流速流體的測(cè)量。
本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)緊湊合理，使用方便，便于維護(hù)，不需要引壓管路便可實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)場(chǎng)流量的低壓損、微壓差、高精度測(cè)量。 附圉說(shuō)明


圖1為本發(fā)明基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝置實(shí)施例1的示意圖； 圖2為本發(fā)明基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝置實(shí)施例2的示意衝。 圖中1、測(cè)量管，2、探頭，3、圃定裝.覽，4、 二次儀表，5、封裝結(jié)構(gòu)，6、 MEMS敏 感芯體，7、信號(hào)線，8、高壓取uai， 9、低壓取lli口。
具體實(shí)肪式
實(shí)施例l
如圖1所示，探頭2通過(guò)固定裝置3畫(huà)定在測(cè)量管l內(nèi)部，探頭2甜后分別有高壓取壓 口 8和低壓取壓口 9; MEMS敏感芯體6在封裝結(jié)構(gòu)5內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量；信號(hào)線7與MEMS敏 感芯體6連接后引出測(cè)量管1至二次儀表4。測(cè)量管i中的流體流經(jīng)探頭2時(shí)，在探頭2前 部產(chǎn)生高壓區(qū)域，探頭2后部產(chǎn)生低壓區(qū)域，根據(jù)伯努力原理可知，該探頭2前后產(chǎn)生對(duì)應(yīng) 于流量大小的壓力差，該壓力差被MEMS敏感芯體6測(cè)得并通過(guò)信號(hào)線7引出測(cè)量管1送至 二次儀表4。根裾流量一差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài) 測(cè)量。
實(shí)施例2
如圖2所示，探頭2通過(guò)固定裝置3固定在測(cè)量管1內(nèi)部，探頭2前部和下部分別有高
壓取壓口 8和低壓取壓口 9:MEMS敏感芯體6在封裝結(jié)構(gòu)5內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量;信號(hào)線7與MEMS 敏感芯體6連接后引出測(cè)量管1至二次儀表4。測(cè)量管1中的流體流經(jīng)探頭2時(shí)，在探頭2 前部產(chǎn)生高壓區(qū)域，探頭2下部產(chǎn)生低壓區(qū)域，根據(jù)伯努力原理可知，該探頭2前部和下部 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于流量大小的壓力差，該壓力差被MEMS敏感芯體6測(cè)得并通過(guò)信號(hào)線7引出測(cè)量 管1送至二次儀表4。根據(jù)流暈一差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的動(dòng) 態(tài)和穩(wěn)態(tài)測(cè)量。
權(quán)利要求
1、基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置由測(cè)量管(1)、探頭(2)、固定裝置(3)、二次儀表(4)、高壓取壓口(8)、低壓取壓口(9)及傳感器部分的MEMS敏感芯體(6)、封裝結(jié)構(gòu)(5)、信號(hào)線(7)構(gòu)成；探頭(2)通過(guò)固定裝置(3)固定在測(cè)量管(1)內(nèi)部；MEMS敏感芯體(6)被封裝在封裝結(jié)構(gòu)(5)中，置于探頭2內(nèi)部；封裝結(jié)構(gòu)(5)固定在探頭(2)內(nèi)部，開(kāi)口處分別與高壓取壓口(8)和低壓取壓口(9)相通；高壓取壓口(8)與低壓取壓口(9)均設(shè)在探頭(2)上，位于測(cè)量管(1)內(nèi)部；MEMS敏感芯體(6)的兩個(gè)取壓管分別通過(guò)高壓取壓口(8)與低壓取壓口(9)接觸高壓和低壓流體；信號(hào)線(7)與MEMS敏感芯體(6)連接后引出測(cè)量管(1)至二次儀表(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝置，其特征在于，所 述的MEMS敏感芯體(6)為硅微壓阻式、壓電式或電容式微型壓力/壓差敏感芯體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流量測(cè)量裝置，尤其是基于MEMS傳感器的插入式流量測(cè)量裝置。該裝置由測(cè)量管、探頭、固定裝置、二次儀表、高壓取壓口、低壓取壓口及傳感器部分的MEMS敏感芯體、封裝結(jié)構(gòu)、信號(hào)線構(gòu)成。該裝置將MEMS敏感芯體置于探頭內(nèi)部，取壓口也位于測(cè)量管內(nèi)，取消了傳統(tǒng)插入式流量計(jì)需要引壓到管外的結(jié)構(gòu)。根據(jù)流量-差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)測(cè)量。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)插入式流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性差，誤差大，損耗高等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01F1/34GK101349581SQ200810012819
公開(kāi)日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者孫玉清, 張興彪, 張洪朋, 濤 梅, 陳海泉, 顧長(zhǎng)智 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)