今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——帶有金屬封裝的傳感器裝置的熱式質(zhì)量流量計(jì)。該專利由ABB技術(shù)股份公司申請(qǐng)，并于2016年12月21日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說(shuō)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(zhì)量流量計(jì)。

發(fā)明背景

本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)選延伸到工藝技術(shù)上的設(shè)備，在所述設(shè)備的管道中，通常為了控制技術(shù)方面的目的，要測(cè)量流動(dòng)通過(guò)所述管道的流體的質(zhì)量流量。為此，采用分別基于不同的物理原理的質(zhì)量流量計(jì)，例如科氏質(zhì)量流量計(jì)、磁感應(yīng)質(zhì)量流量計(jì)或熱式質(zhì)量流量計(jì)。本發(fā)明涉及最后所述的熱式質(zhì)量流量計(jì)，這種質(zhì)量流量計(jì)優(yōu)選用于確定管道中的氣體流量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，實(shí)現(xiàn)一種帶有穩(wěn)定地金屬封裝的傳感器裝置的熱式質(zhì)量流量計(jì)，所述傳感器裝置通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)措施確保了具有極高精度的最佳的測(cè)量效果。

所述目的基于具有如下特征的熱式質(zhì)量流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，熱式質(zhì)量流量計(jì)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(gè)加熱電阻，所述至少一個(gè)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(duì)應(yīng)地，至少傳感器罩的遠(yuǎn)端的端部區(qū)域構(gòu)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(shù)教導(dǎo)，即與加熱電阻的片狀幾何形狀相對(duì)應(yīng)地將傳感器罩的至少一個(gè)遠(yuǎn)端的端部區(qū)域構(gòu)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(jù)本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于，僅通過(guò)這種特殊的幾何關(guān)系就明顯改善了從傳感器裝置到流動(dòng)的介質(zhì)中的熱傳遞，同時(shí)僅發(fā)生極小的向傳感器接頭中的熱量散失，因?yàn)閭鞲衅髡窒鄳?yīng)配合精確地優(yōu)選只包圍加熱電阻的遠(yuǎn)端的端部區(qū)域。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的解決方案使傳感器裝置和其包裝的熱質(zhì)量最小化。

優(yōu)選對(duì)于傳感器裝置可以采用薄膜電阻，所述薄膜電阻設(shè)置在同樣薄的基體上，所述基體具有片狀幾何形狀，以便實(shí)現(xiàn)加熱面與觸點(diǎn)接頭在位置上的分離。由于通過(guò)根據(jù)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(zhì)量最小化，可以實(shí)現(xiàn)有利地短的響應(yīng)時(shí)間。相對(duì)于傳統(tǒng)的圓柱形的殼體幾何形狀，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的矩形的輪廓代表周長(zhǎng)與橫截面比值的質(zhì)量指標(biāo)加倍。特別是矩形輪廓大的冷卻面與其體積相比實(shí)現(xiàn)了期望的短的響應(yīng)時(shí)間以及在靈敏度方面最佳的測(cè)量效果。試驗(yàn)證明，根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的響應(yīng)時(shí)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(gòu)造成相同的結(jié)構(gòu)，從而這里也可以形成均勻的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。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(duì)于總的熱傳遞只有很小的影響。因此在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的不穩(wěn)定只對(duì)測(cè)量特性產(chǎn)生微小的影響。

由于這個(gè)原因，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的傳感器裝置可以以簡(jiǎn)單的解析公式只用很少的要校正的參數(shù)來(lái)描述。因此，為了校正只需要少數(shù)幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，這同樣對(duì)于測(cè)量精度起有利的作用。

根據(jù)傳感器罩的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式，傳感器罩的扁平長(zhǎng)方體狀的遠(yuǎn)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(gè)厚度范圍內(nèi)，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器罩對(duì)位于內(nèi)部的傳感器裝置充分地滿足了保護(hù)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(dòng)的介質(zhì)中高的熱傳遞?？傮w上實(shí)現(xiàn)了引起前面給出的短的響應(yīng)時(shí)間的配合精度。

根據(jù)一個(gè)改進(jìn)本發(fā)明的措施建議，傳感器罩的扁平長(zhǎng)方體狀的遠(yuǎn)端的端部區(qū)域的棱邊構(gòu)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(shí)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(guò)傳感器罩在遠(yuǎn)端的端部區(qū)域內(nèi)的特別鋒利的構(gòu)型在所述棱邊上基本上與相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)無(wú)關(guān)地形成流轉(zhuǎn)變并且不會(huì)因此改變其在表面上的位置。由此可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的傳感器罩明顯更穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，這附加地簡(jiǎn)化了校正并提高了質(zhì)量流量測(cè)量的精度。

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