帶金屬封裝傳感器裝置的熱式質量流量計的原理及設計

今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專利——帶有金屬封裝的傳感器裝置的熱式質量流量計。該專利由ABB技術股份公司申請，并于2016年12月21日獲得授權公告。

內容說明

本發(fā)明涉及一種具有金屬封裝的傳感器裝置的熱式質量流量計。

發(fā)明背景

本發(fā)明的應用領域優(yōu)選延伸到工藝技術上的設備，在所述設備的管道中，通常為了控制技術方面的目的，要測量流動通過所述管道的流體的質量流量。為此，采用分別基于不同的物理原理的質量流量計，例如科氏質量流量計、磁感應質量流量計或熱式質量流量計。本發(fā)明涉及最后所述的熱式質量流量計，這種質量流量計優(yōu)選用于確定管道中的氣體流量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是，實現(xiàn)一種帶有穩(wěn)定地金屬封裝的傳感器裝置的熱式質量流量計，所述傳感器裝置通過簡單的技術措施確保了具有極高精度的最佳的測量效果。

所述目的基于具有如下特征的熱式質量流量計來實現(xiàn)，即，熱式質量流量計具有金屬封裝的傳感器裝置，所述傳感器裝置包括至少一個加熱電阻，所述至少一個加熱電阻具有片狀幾何形狀并由傳感器罩包圍，其特征在于，與加熱電阻的片狀幾何形狀相對應地，至少傳感器罩的遠端的端部區(qū)域構造成具有這樣的矩形橫截面，即，使得該端部區(qū)域配合精確地緊密包圍所述加熱電阻。

本發(fā)明包括這樣的技術教導，即與加熱電阻的片狀幾何形狀相對應地將傳感器罩的至少一個遠端的端部區(qū)域構造成具有一這樣的矩形橫截面，即，使得該端部區(qū)域配合精確地緊密包圍所述加熱電阻。

根據本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點在于，僅通過這種特殊的幾何關系就明顯改善了從傳感器裝置到流動的介質中的熱傳遞，同時僅發(fā)生極小的向傳感器接頭中的熱量散失，因為傳感器罩相應配合精確地優(yōu)選只包圍加熱電阻的遠端的端部區(qū)域。通過根據本發(fā)明的解決方案使傳感器裝置和其包裝的熱質量最小化。

優(yōu)選對于傳感器裝置可以采用薄膜電阻，所述薄膜電阻設置在同樣薄的基體上，所述基體具有片狀幾何形狀，以便實現(xiàn)加熱面與觸點接頭在位置上的分離。由于通過根據本發(fā)明的解決方案使傳感器裝置和其高耐抗性的傳感器罩的熱質量最小化，可以實現(xiàn)有利地短的響應時間。相對于傳統(tǒng)的圓柱形的殼體幾何形狀，通過根據本發(fā)明的矩形的輪廓代表周長與橫截面比值的質量指標加倍。特別是矩形輪廓大的冷卻面與其體積相比實現(xiàn)了期望的短的響應時間以及在靈敏度方面最佳的測量效果。試驗證明，根據本發(fā)明的傳感器裝置的響應時間與傳統(tǒng)的解決方案相比從1-3s降低到約0 .6s。由于傳感器罩的矩形橫截面，殼體的表面的大部分構造成相同的結構，從而這里也可以形成均勻的流動結構。此外，流體從后棱邊區(qū)域的表面上的分離發(fā)生了推移。由于本發(fā)明的特殊的形狀該表面較小并且因此對于總的熱傳遞只有很小的影響。因此在這個區(qū)域內的不穩(wěn)定只對測量特性產生微小的影響。

由于這個原因，根據本發(fā)明構成的傳感器裝置可以以簡單的解析公式只用很少的要校正的參數來描述。因此，為了校正只需要少數幾個測量點，這同樣對于測量精度起有利的作用。

根據傳感器罩的一個優(yōu)選的實施形式，傳感器罩的扁平長方體狀的遠端的端部區(qū)域由0 .1至0 .3mm厚的金屬板制成，所述金屬板在保持最大0 .1mm的間隙的情況下包圍加熱電阻。在金屬板的這個厚度范圍內，對于大多數應用場合，傳感器罩對位于內部的傳感器裝置充分地滿足了保護功能，并且所述傳感器裝置由于到傳感器罩非常窄的間隙獲得向流動的介質中高的熱傳遞。總體上實現(xiàn)了引起前面給出的短的響應時間的配合精度。

根據一個改進本發(fā)明的措施建議，傳感器罩的扁平長方體狀的遠端的端部區(qū)域的棱邊構造成特別鋒利的/尖棱的（ scharfkantig ），優(yōu)選具有最大為傳感器罩的寬度b的1/3的半徑或倒角。為了實現(xiàn)高效的熱傳遞，由此特別避免了傳感器罩的圓形的迎流面。通過傳感器罩在遠端的端部區(qū)域內的特別鋒利的構型在所述棱邊上基本上與相應的環(huán)境參數無關地形成流轉變并且不會因此改變其在表面上的位置。由此可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)的傳感器罩明顯更穩(wěn)定的流動狀態(tài)，這附加地簡化了校正并提高了質量流量測量的精度。

根據另一個改進本發(fā)明的措施建議，傳感器罩的扁平長方體狀的、優(yōu)選鋒利的遠端的端部區(qū)域沿軸向方向延長到一相對于該端部區(qū)域擴展的連接區(qū)域，以便在其中設置加熱電阻的電連接元件。