流量传感器组件

申请号 CN201620740341.7 申请日 2016-07-14 公开(公告)号 CN206488824U 公开(公告)日 2017-09-12
申请人 霍尼韦尔国际公司; 发明人 J.斯佩尔德里奇; R.C.索伦森;
摘要 本实用新型涉及流量 传感器 组件,公开了一种流量传感器组件,包括限定入口端口、出口端口、主要通道和旁路通道的 外壳 。入流通道将所述流量传感器组件的所述入口端口 流体 连接到所述主要通道,并且出流通道将所述主要通道流体连接到所述出口端口。旁路馈流输入通道将所述主要通道流体连接到所述旁路通道,并且旁路馈流输出通道将所述旁路通道流体连接到所述主要通道。在一些情形中,穿过所述入流通道和所述出流通道总共下降施加在所述流量传感器组件的所述入口端口和所述出口端口之间的输入压差的至少百分之四十。传感器暴露于所述旁路通道中的流体并且感测与流动通过所述旁路通道的流体的流动速率有关的测量。
权利要求

1.一种流量传感器组件,包括:
外壳,其限定:
入口端口;
出口端口;
具有主要通道输入和主要通道输出的主要通道;
具有旁路通道输入和旁路通道输出的旁路通道;
将所述流量传感器组件的所述入口端口流体连接到所述主要通道输入的入流通道;
将所述主要通道输出流体连接到所述流量传感器组件的所述出口端口的出流通道;
将所述主要通道输入流体连接到所述旁路通道输入的旁路馈流输入通道;
将所述旁路通道输出流体连接到所述主要通道输出的旁路馈流输出通道;
其中,所述外壳构造成使得穿过所述入流通道和所述出流通道总共下降施加在所述流量传感器组件的所述入口端口和所述出口端口之间的输入压差的至少百分之四十;
传感器,其暴露于所述旁路通道中的流体并且构造成感测与流动通过所述旁路通道的所述流体的流动速率有关的测量。
2.根据权利要求1所述的流量传感器组件,其中,所述旁路馈流输入通道具有构造成使通过所述旁路馈流输入通道的流动层流化的长度。
3.根据权利要求1所述的流量传感器组件,其中,所述旁路馈流输入通道的大部分沿笔直路径延伸。
4.根据权利要求2中所述的流量传感器组件,其中,所述旁路馈流输入通道的大部分沿笔直路径延伸。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述入流通道沿循带有两个或更多个不同弯曲部的迂回路径。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述主要通道具有最小通道宽度并且所述旁路通道具有最小通道宽度,其中,所述旁路通道的最小通道宽度大于所述主要通道的最小通道宽度。
7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述主要通道具有最小通道宽度并且所述旁路通道具有最小通道宽度,其中,所述旁路通道的最小通道宽度是所述主要通道的最小通道宽度的至少两倍。
8.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述旁路馈流输入通道具有最小通道宽度,并且其中,所述旁路通道的最小通道宽度是所述旁路馈流输入通道的最小通道宽度的至少三倍,并且其中,所述旁路通道的有效液直径在所述旁路馈流输入通道的有效液力直径的百分之三十以内。
9.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述入流通道具有最小通道宽度并且所述主要通道具有最小通道宽度,并且其中,所述入流通道的最小通道宽度在所述主要通道的所述最小通道宽度的百分之二十以内。
10.根据权利要求9所述的流量传感器组件,其中,所述旁路馈流输入通道具有最小通道宽度,并且其中,所述旁路馈流输入通道的最小通道宽度在所述主要通道的最小通道宽度的百分之二十以内。
11.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述主要通道和所述旁路通道模制于所述外壳的第一侧内。
12.根据权利要求1至4中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述主要通道模制于所述外壳的第一侧内,并且所述旁路通道模制于所述外壳的第二相对侧内。
13.一种流量传感器组件,包括:
具有入口端口、出口端口以及与所述入口端口和所述出口端口流体连通的感测通道的外壳;
所述外壳具有小于200 mm2的安装占用面积;并且
所述外壳构造成接受穿过所述入口端口和所述出口端口的1000 Pa的输入差压,同时在所述感测通道中提供小于每分钟200标准立方厘米且以小于150的雷诺数层流化的流动。
14.根据权利要求13所述的流量传感器组件,还包括构造成感测与在所述感测通道中流动的流体的流动速率有关的测量的流量传感器。
15.根据权利要求13或14中的任意一项所述的流量传感器组件,其中,所述外壳构造成接受穿过所述入口端口和所述出口端口的1200 Pa的输入差压,同时在所述感测通道中提供小于每分钟150标准立方厘米且以小于150的雷诺数层流化的流动。
16.一种流量传感器组件,包括:
具有入口端口和出口端口的外壳;
所述外壳限定在所述入口端口和所述出口端口之间延伸的更高流量的路径,所述更高流量的路径包括:
在所述入口端口和上游接头之间延伸的入流通道;
在下游接头和所述出口端口之间延伸的出流通道;
在所述上游接头和所述下游接头之间延伸的主要通道;
其中,所述入流通道具有在所述主要通道的最小横截面面积的百分之三十以内的最小横截面面积,并且所述入流通道具有大于所述主要通道的长度的长度;
所述外壳还限定与所述更高流量的路径的所述主要通道平行地放置且在所述更高流量的路径的所述上游接头和所述下游接头之间延伸的更低流量的路径;以及传感器,其暴露于所述更低流量的路径中的流体并且构造成感测与流动通过所述更低流量的路径的流体的流动速率有关的测量。
17.根据权利要求16所述的流量传感器组件,其中,所述外壳构造成使得通过所述更低流量的路径的流动速率小于通过所述更高流量的路径的流动速率的百分之五十。

说明书全文

流量传感器组件

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2015年7月15日提交的名称为“Flow Sensor(流量传感器)”的美国专利申请序列号14/800,492的优先权,其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本公开总体上涉及传感器,并且更具体地涉及流量传感器。

背景技术

[0004] 传感器被用于多种多样的应用中,包括住宅、工业、汽车、军事、医学、航空、空间以及无数其它应用。一种具体的传感器类型是用于测量流体的流动速率的流量传感器。期望的是能够在相对大的压降上操作且同时保持小占用面积的流量传感器。实用新型内容
[0005] 本公开总体上涉及诸如流量传感器的传感器。说明性流量传感器组件可以包括限定入口端口和出口端口的外壳。外壳可以限定具有主要通道输入和主要通道输出的主要通道,以及具有旁路通道输入和旁路通道输出的旁路通道。入流通道可以将流量传感器组件的入口端口流体连接到主要通道输入,并且出流通道可以将主要通道输出流体连接到流量传感器组件的出口端口。旁路馈流输入通道可以将主要通道输入流体连接到旁路通道输入,并且旁路馈流输出通道可以将旁路通道输出流体连接到主要通道输出。在一些情形中,外壳可以被构造成使得施加在流量传感器组件的入口端口和出口端口之间的输入压差的至少百分之四十在入流通道和出流通道上共同下降。流量传感器组件可以包括暴露于旁路通道中的流体流动的传感器,并且可以被构造成感测与流动通过旁路通道的流体的流动速率有关的测量。
[0006] 在一些情形中,本公开涉及一种流量传感器,其包括具有入口端口、出口端口以及与入口端口和出口端口流体连通的感测通道的外壳。外壳可以具有小于200 mm2的安装占用面积。在一些情况下,外壳可以构造成接受穿过入口端口和出口端口的至少1000 Pa的输入差压,同时在感测通道中提供小于每分钟200标准立方厘米(SCCM)且以小于150的雷诺数层流化的流动。
[0007] 提供前述实用新型内容以促进理解本公开的一些特征,并且该实用新型内容不旨在是完整的描述。通过作为整体参考整个说明书权利要求附图摘要能够获得对于本公开的完全理解。

附图说明

[0008] 考虑到结合附图的本公开的各种说明性实施例的下述描述,可以更完整地理解本公开,附图中:
[0009] 图1是说明性流量传感器的透视图;
[0010] 图2是图1的说明性流量传感器的分解透视图;
[0011] 图3是图1的说明性流量传感器中所使用的外壳的平面图;
[0012] 图4是图1的说明性流量传感器中所使用的外壳的透视图;
[0013] 图5是图1的说明性流量传感器中可用的另一外壳的平面图;
[0014] 图6是图1的说明性流量传感器中可用的另一外壳的平面图;
[0015] 图7是说明性流量传感器的透视图;
[0016] 图8是图7的说明性流量传感器的分解透视图;
[0017] 图9是图7的说明性流量传感器中所使用的外壳的第一侧的平面图;
[0018] 图10是图9的外壳的第二侧的平面图;
[0019] 图11是图1和图7的传感器中可用的传感器芯片的平面图;
[0020] 图12是包括主要通道的类似于图1中所示的流量传感器的流量传感器的模拟数据的图形表示;以及
[0021] 图13是没有主要通道的类似于图1中所示的流量传感器的流量传感器的模拟数据的图形表示。
[0022] 虽然本公开能够修改成各种改型和替代性形式,但是其详情已经在附图中以示例的方式示出并且将详细地描述。然而,应该理解的是,预期的不是将本公开限制于本文所描述的具体说明性实施例。与此不同,预期在于覆盖落入本公开的精神和范围内的所有改型、等价物和替代物。

具体实施方式

[0023] 应该参考附图阅读以下描述,附图中同样的附图标记贯穿若干视图指代同样的元件。提到“之上”、“之下”、“顶”和“底”等,是相对性术语,并且在本文中关于附图提出,并且不必要对应于实际物理空间中的任意具体取向。说明书和附图示出意在本质是说明性的若干示例。
[0024] 图1是说明性传感器10的透视图。虽然传感器10将在本文中被描述为流量传感器,但是将认识到的是,传感器10可以是任意合适类型的传感器,包括传感器、热传导性传感器、温度传感器、湿度传感器、化学传感器和/或这些或其它传感器的任意组合。如图1所示,说明性传感器10包括外壳12和电路板14。外壳12限定流体入口16和流体出口18。将认识到的是,在一些情况下,哪个开口形成流体入口16和哪个开口形成流体出口18的限定是随意的,因为在一些情况下,待讨论的外壳12内的流体通道可以是对称的,并且流量传感器能够同等良好地测量沿任一流动方向的流速。
[0025] 图2是说明性传感器10的分解图,其中已经从电路板14移除外壳12。能够看到的是,电路板14包括感测芯片21和电路20。电路20可以包括适于从感测芯片21接收电信号并且输出代表传感器10所构造成感测、检测或测量的任何事物的信号的任何电路。虽然电路20以黑箱形式图示为单个组(block),但是将认识到,电路20可以根据需要包括一个或多个不同的IC或者其它电气部件。而且,预想到的是电路板14可以具有迹线(未明确示出)以便将电路板14上的各种部件互连。
[0026] 图3是外壳12的内部的平面图并且图4是外壳12的内部的透视图,当外壳12组装成说明性传感器10时,所述外壳12的内部面向电路板14。如图示的那样,流体通过流体入口16进入并且通过流体出口18离开。外壳12限定具有主要通道输入24和主要通道输出26的主要通道22。旁路通道28具有旁路通道输入30和旁路通道输出32。入流通道34具有入流通道入口36和入流通道出口38。如图示的那样,入流通道34经由入流通道入口36流体连接到入口流体端口16并且经由入流通道出口38流体连接到主要通道输入24,从而将入口端口16流体连接到主要通道输入24。出流通道40具有出流通道入口42和出流通道出口44。如图示的那样,出流通道40经由出流通道入口42流体连接到主要通道输出26并且经由出流通道出口44流体连接到出口端口18,从而将主要通道输出26流体连接到出口端口18。
[0027] 说明性外壳12进一步限定旁路馈流输入通道46,其包括旁路馈流输入通道入口48和旁路馈流输入通道出口50。旁路馈流输入通道46经由旁路馈流输入通道入口48流体连接到主要通道输入24,并且经由旁路馈流输入通道出口50流体连接到旁路通道输入30,并且因此将主要通道输入24流体连接到旁路通道输入30。旁路馈流出口通道52包括旁路馈流输出通道输入54和旁路馈流输出通道输出56。旁路馈流出口通道52经由旁路馈流输出通道输入54流体连接到旁路通道输出32并且经由旁路馈流输出通道输出56流体连接到主要通道输出26,从而将旁路通道输出32流体连接到主要通道输出26。
[0028] 将认识到的是,经由流体入口端口16进入的流体将穿过入流通道34。进入的流体的一部分将进入主要通道22并且流体的其余部分将进入旁路馈流输入通道46并且因此通过旁路通道28。经过主要通道22的流体将经过出流通道40并且通过流体出口端口18离开。经过旁路通道28的流体将经过旁路馈流出口通道52并且通过出流通道40并通过流体出口端口18离开。在一些情形中,进入流体入口端口16的流体的至少百分之五十将经过主要通道22。在一些情况下,进入流体入口端口16的流体的至少百分之六十将经过主要通道22。在一些情形中,进入流体入口端口16的流体的至少百分之七十将经过主要通道22。在一些情况下,进入流体入口端口16的流体的至少百分之八十将经过主要通道22。
[0029] 在一些情况下,旁路通道28与旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52的组合可以看作是旁路回路(或者感测通道)。在一些情况下,主要通道22和旁路回路的相对大小和/或形状可以构造成促进或者控制通过主要通道22和旁路通道28的相对流体流动。在一些情形中,旁路馈流输入通道46和/或旁路馈流出口通道52可以构造成帮助确定通过主要通道22相对于通过旁路通道28的相对流量。在一些情况下,旁路回路可以出现是主要通道的气动阻力的至少三倍的气动阻力。而且,在一些情况下,入流通道34和出流通道40的共同气动阻力可以是主要通道22的气动阻力的至少两倍。
[0030] 而且,在一些情形中,旁路馈流输入通道46、旁路馈流出口通道52和/或旁路通道28可以构造成帮助使邻近传感器的旁路通道28中的流体流动层流化。例如,旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52中的每一个均可以具有其液力直径的至少三倍至其液力直径的大约十倍的长度。在一些情况下,旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52中的每一个均可以沿其长度的至少大部分沿笔直路径延伸。在一些情况下,旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52中的每一个的至少60%沿笔直路径延伸。在一些情况下,旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52中的每一个的至少70%沿笔直路径延伸。在一些情况下,旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52中的每一个的至少80%沿笔直路径延伸。在一些情况下,旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52中的每一个的至少90%沿笔直路径延伸。
[0031] 入流通道34和/或出流通道40可以构造成帮助在流体入口端口16和流体出口端口18之间产生压降。在一些情形中,入流通道34和/或出流通道40中的每一个均可以具有迂回路径,该迂回路径能够在给定占用面积的条件下实现更长的有效长度,或更长的路径以便流体流动通过。在一些情况下,如图示的那样,入流通道34和出流通道40可以相对于彼此对称。在一些情况下,如图3所示,入流通道34和出流通道40可以具有相对于另一者对称的路径形状和相同的液力直径。在其它情况下,入流通道34和出流通道40中的一者可以相对更长,同时入流通道34和出流通道40中的另一者可以相对更短。在一些情况下,入流通道34和出流通道40可以具有相对于另一者不对称的路径形状和/或不同的液力直径。当这样设置时,流量传感器10可以不是独立于通过流体入口端口16和流体出口端口18的流动方向的“双向”流量传感器。
[0032] 在一些情况下,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之二十。在一些情形中,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之三十。在一些情况下,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之四十。在一些情形中,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之五十。在一些情况下,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之六十。在一些情形中,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之七十。在一些情况下,穿过入流通道34和出流通道40总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之八十。
[0033] 在一些情况下,入流通道34具有在主要通道22的最小横截面面积的百分之二十以内的最小横截面面积,并且入流通道34具有大于主要通道22的长度的长度。在一些情况下,出流通道40具有在主要通道22的最小横截面面积的百分之三十以内的最小横截面面积,并且出流通道40具有大于主要通道22的长度的长度。在一些情况下,旁路馈流输入通道46具有最小通道宽度,并且旁路馈流输入通道46的最小通道宽度在主要通道22的最小通道宽度的百分之二十以内。在一些情况下,旁路馈流出口通道52具有最小通道宽度,并且旁路馈流输入通道46的最小通道宽度在主要通道22的最小通道宽度的百分之二十以内。在一些情况下,入流通道34具有最小通道宽度,并且入流通道34的最小通道宽度在主要通道22的最小通道宽度的百分之二十以内。在一些情况下,出流通道40具有最小通道宽度,并且出流通道40的最小通道宽度在主要通道22的最小通道宽度的百分之二十以内。
[0034] 如注意到的那样,旁路通道28与旁路馈流输入通道46和旁路馈流出口通道52的组合可以看作形成旁路回路。在一些情形中,旁路回路的各个部件中的每一个均可以具有在其它部件的液力直径的大约百分之二十以内或更少的液力直径。在一些情况下,旁路回路的每个部件的液力直径可以在所有其它部件的液力直径的大约百分之三十以内。在这种情况下,液力直径可以看作指示出该部件的流体流动容量,并且可以由每个流动路径的横截面面积表示。短语液力“直径”不旨在暗示或者将流动路径的横截面形状限制为环形形状,尽管其可以具有环形横截面形状。在图3中所示的示例中,流动路径的横截面形状不是环形的。
[0035] 旁路回路可以构造成帮助控制和调节流体流动。例如,旁路通道28本身具有宽度29,该宽度29是旁路馈流输入通道46和/或旁路馈流出口通道52的宽度47的至少两倍。旁路通道28可以具有宽度29,该宽度29是旁路馈流输入通道46和/或旁路馈流出口通道52的宽度的至少三倍。将认识到的是,旁路通道28的底部表面可以具有阶梯轮廓。如图示的那样,旁路通道28的底部表面包括第一平坦部分28a、阶梯上升部分28b、相对于第一平坦部分28a具有减小的通道高度的第二平坦部分28c、阶梯下降部分28d和处于与第一平坦部分28a相同高度的第二平坦部分28e。如能够认识到的那样,图示的实施例是对称的,使得哪个端口用作流体入口端口16以及哪个端口用作流体出口端口18无关紧要。在一些情况下,旁路通道28的中心部分可以具有被进一步扩大以容纳感测芯片21的宽度29(图2)。
[0036] 在一些情况下,外壳12可以包括凹槽58,该凹槽58的尺寸和构造适合于容纳电路板14上的结构,诸如电路20。在一些情形中,外壳12可以模制成包括图3和图4中所示的流体通道。在一些情况下,外壳12可以由实心材料块体形成,并且所示的每个流体通道均可以在实心材料块体中钻取或以其它方式铣削。在一些情况下,外壳12由聚合材料形成,使得其成本低且易于制造。
[0037] 在一些情况下,外壳12可以包括帮助控制和调节相对流体流动、压降、流体速度等等的附加结构。例如,旁路通道28可以包括布置成邻近第一平坦部分28a的圆化高度阶梯上升部60和/或布置成邻近第二平坦部分28d的圆化高度阶梯下降部62。类似地,可以存在布置在主要通道22和旁路馈流输入通道46之间的圆化高度阶梯下降部64和/或布置在主要通道22和旁路馈流出口通道52之间的圆化高度阶梯下降部66。
[0038] 图3和图4中所示的外壳12可以构造成适应流体入口端口16和流体出口端口18之间的相对大压降,同时仍提供在相对低的噪声和相对小的安装占用面积条件下的良好流动测量。在一种示例中,流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降可以是大约1200帕斯卡(Pa),或者大约1000 Pa。在其它实施例中,可以针对更低的压降设计传感器。图5图示针对大约500 Pa的压降设计的外壳112,同时图6示出针对大约250 Pa的压降设计的外壳212。能够由图3中所示的外壳12的平面图的最外侧范围表示的安装占用面积可以是200 mm2或更小,不过这仅是一个示例。在一些情况下,安装占用面积可以是例如180 mm2或更小的、
150 mm2或更小、140 mm2或更小、120 mm2或更小、100 mm2或更小、80 mm2或更小、50 mm2或更小。在一些情况下,安装占用面积可以是12 mm或更小乘以9 mm或更小。在一些情况下,外壳
12可以安装于组件中的基底,并且在图3中外壳12的背侧面向基底。
[0039] 在一些情况下,外壳12构造成接受穿过入口端口16和出口端口18的至少1000 Pa的输入差压,同时在邻近传感器的旁路通道28中提供小于每分钟200标准立方厘米(SCCM)且在旁路馈流通道46中以小于150的雷诺数层流化的流动。在一些情况下,外壳12构造成接受穿过入口端口16和出口端口18的至少1200 Pa的输入差压,同时在邻近传感器的旁路通道28中提供小于每分钟150标准立方厘米(SCCM)且在旁路馈流通道46中以小于150的雷诺数层流化的流动。这些仅是示例。
[0040] 图5示出针对流体入口端口16和流体出口端口18之间大约500 Pa的压降所构造的外壳112。外壳112可以例如与先前描述的电路板14组合使用。许多部件类似于关于图3和图4所描述的那些部件。说明性外壳112限定具有主要通道输入124和主要通道输出126的主要通道122。旁路通道128具有旁路通道输入130和旁路通道输出132。入流通道134流体连接到入口流体端口16和主要通道输入124。出流通道140流体连接到主要通道输出126和出口端口18。外壳112限定流体连接到主要通道输入124和旁路通道输入130的旁路馈流入口通道
146。旁路馈流出口通道152流体连接到旁路通道输出132和主要通道输出126。
[0041] 入流通道134和/或出流通道140可以构造成帮助在流体入口端口16和流体出口端口18之间产生压降。如图示的那样,入流通道134包括单个弯曲部134a和高度阶梯上升部134b,其帮助减少在高度阶梯上升部134b处入流通道134的液力直径。类似地,出流通道140包括单个弯曲部140a和高度阶梯上升部140b。在一些情况下,如所示的那样,主要通道122和旁路馈流入口通道146之间存在高度阶梯下降部146a。同样地,主要通道122和旁路馈流出口通道152之间可以存在高度阶梯下降部152a。
[0042] 图6图示针对流体入口端口16和流体出口端口18之间大约250 Pa的压降所构造的外壳212。说明性外壳212可以例如与先前描述的电路板14组合使用。许多部件类似于关于图3和图4所描述的那些部件。外壳212限定具有主要通道输入224和主要通道输出226的主要通道222。旁路通道228具有旁路通道输入230和旁路通道输出232。入流通道234流体连接到入口流体端口16和主要通道输入224。出流通道240流体连接到主要通道输出226和出口端口18。外壳212限定流体连接到主要通道输入224和旁路通道输入230的旁路馈流入口通道246。旁路馈流出口通道252流体连接到旁路通道输出232和主要通道输出226。在一些实施例中,根据流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降,可能可以不包括主要通道222。
[0043] 入流通道234和/或出流通道240可以构造成帮助在流体入口端口16和流体出口端口18之间产生压降。如图示的那样,入流通道234包括减小入流通道234的深度的高度阶梯上升部234a以及帮助使通过入流通道234的流动层流化的分隔件234b。类似地,出流通道240包括高度阶梯上升部240a和分隔件240b。在一些情况下,如所示的那样,主要通道222和旁路馈流入口通道246之间存在高度阶梯下降部246a。同样地,主要通道222和旁路馈流出口通道252之间可以存在高度阶梯下降部252a。
[0044] 图3至图6已经图示整体式或单件式外壳12、112和212的特征。在一些情形中,流体传感器可以包括两件式外壳,其通过将主要流动通道和旁路流动通道放置在模制外壳的相对侧上来提供更小的安装占用面积。图7是说明性流体传感器310的透视图,其包括电路板14、外壳312和外壳盖312a。在该说明性实施例中,外壳盖提供流体入口端口16和流体出口端口18。图8是图7的流体传感器310的分解示图。参考图9和图10描述外壳312的细节,其中图9示出外壳312的第一侧312b,图10示出外壳312的第二侧312c。图7-10中所示的传感器可以是针对流体入口端口16和流体出口端口18之间的例如1000至约1200 Pa的相对大压降所构造的。
[0045] 如图9中能够看到的那样,说明性外壳312限定具有主要通道输入324和主要通道输出326的主要通道322。入流通道334流体连接到入口流体端口16和主要通道输入324。出流通道340流体连接到主要通道输出226和出口端口18。外壳312限定流体连接到主要通道输入324并延伸到旁路通道328的旁路馈流入口通道346。旁路馈流出口通道352流体连接到旁路通道328和主要通道输出326。在一些情况下,旁路馈流入口通道346比主要通道322和入流通道334更深,并且可以包括高度阶梯下降部346a和346b。在一些情况下,旁路馈流出口通道352比主要通道322和出流通道340更深,并且可以包括高度阶梯下降部352a和352b。
[0046] 在这种说明性设计中,部分旁路通道328布置在第一侧312b上(图9)并且部分旁路通道328布置在第二侧312c上(图10)。如图9中能够看到的那样,旁路通道328包括第一凸起部分374和第二凸起部分376。旁路通道328包括在第一凸起部分374的任一侧上的阶梯上升曲线部374a和374b,以及凸起部分376的任一侧上的阶梯上升曲线部376a和376b。进入旁路馈流入口通道346的流体将经过第一凸起部分374并且穿过第一孔370以到达旁路通道328的第二侧(见图10)。穿过旁路通道328的第二侧的流体将在流过第二凸起部分376并进入旁路馈流出口通道352之前穿过第二孔372以返回旁路通道328的第一侧。
[0047] 如图10中能够看到的那样,流体通过第一孔370进入旁路通道328的第二侧。说明性旁路通道328包括邻近第一孔370的曲线阶梯上升部分370a。旁路通道328包括邻近曲线阶梯上升部分370a的第一平坦部分328a、阶梯上升部分328b、相对于第一平坦部分328a具有减小的通道高度的第二平坦部分328c、阶梯下降部分328d和处于与第一平坦部分328a相同高度的第二平坦部分328e。曲线阶梯下降部分372a邻近第二孔372,流体通过该第二孔372返回旁路通道328的第一侧。如能够认识到的,图示的实施例是对称的,使得哪个端口用作流体入口端口16以及哪个端口用作流体出口端口18无关紧要。在一些情况中,旁路通道
28的中心部分可以具有进一步扩大以容纳感测芯片21(图2)的宽度。
[0048] 在一些情形中,进入流体入口端口16的流体的至少百分之五十将经过主要通道322。在一些情况下,进入流体入口端口16的流体的至少百分之六十将经过主要通道422。在一些情形中,进入流体入口端口16的流体的至少百分之七十将经过主要通道422。在一些情况下,进入流体入口端口16的流体的至少百分之八十将经过主要通道422。
[0049] 在一些情况下,穿过入流通道334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之二十。在一些情形中,穿过入流通道334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之三十。在一些情况下,穿过入流通道334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之四十。在一些情形中,穿过入流通道334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之五十。在一些情况下,穿过入流通道
334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之六十。在一些情形中,穿过入流通道334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之七十。在一些情况下,穿过入流通道334和出流通道340总共发生流体入口端口16和流体出口端口18之间的压降的至少百分之八十。
[0050] 本文图示的传感器包括感测芯片21,如图2和图8中所标注。在一些情况下,感测芯片21是流量感测芯片。图11示出说明性感测芯片21。在一些情况下,感测芯片21可以包括基底,尽管这不是必须的。在一些情况下,如所示的那样,感测芯片21可以包括凹槽402,其从第一凹槽端404延伸到第二凹槽端406,从而形成安置在凹槽402上方的桥408。可以利用任意合适的技术形成凹槽402,包括但不限于机加工、激光切割或者蚀刻。将认识到的是,经过旁路通道28、128、228、328的流体的至少一部分将经过桥408下。在一些情况下,流体可以溢出桥408的两侧。
[0051] 总体上在410处示出的感测元件可以布置在桥408上。在这种构造中,桥408和感测元件410可以热耦合到流体。而且,桥408和感测元件410可以与感测芯片21的其余部分相对地热绝缘。这种构造可以特别适合于热式速计型流量传感器。根据预期用途,感测元件410可以采取多种形式,并且任何种类的结构均可以形成在或以其它方式布置在桥408上。
在一些情形中,诸如对于流量传感器,感测元件可以包括加热器412、在加热器412上游(相对于流体流动方向)的第一温度传感器414和在加热器416下游的第二温度传感器。在一些情形中,第一温度传感器和/或第二温度传感器可以是电阻器,尽管这不是必须的。将认识到的是,提及上游和下游时是相对的。
[0052] 在一些情况下,可以经由薄膜沉积或者溅射形成第一温度传感器414和第二温度传感器416。在一些情况下,第一温度传感器414和第二温度传感器416可以是硅化物(Pt、Au、Pd、Mo、Ti、W、Hf、Zr、Cr或其组合)电阻器,不过这不是必须的。第一温度传感器414和第二温度传感器416可以由诸如硅、坡莫合金、铂和/或镍铬合金的材料形成。在一些情况下,第一温度传感器414和第二温度传感器416可以沿曲折路径设置以针对给定空间延伸有效长度。
[0053] 感测芯片21可以包括第一数量的接合焊盘(bond pad)418和第二数量的接合焊盘420。在一些情况下,接合焊盘418和420可以由诸如硅、金、TiW、、铝-、铜和/或的材料形成。在所示示例中,所述第一数量的接合焊盘418和所述第二数量的接合焊盘420可以电气地联接至形成在桥408上、中或下的一个或多个结构(诸如加热器412以及第一传感器414和第二温度传感器415)。附图中省略了一些布线迹线以便不使附图模糊。所述第一数量的接合焊盘418和所述第二数量的接合焊盘420可以用于将感测芯片21电气地联接到电路板
14上的其它部件。在一些情形中,感测芯片21的第一数量的接合焊盘418和第二数量的接合焊盘420可以丝焊至电路板14上的对应接合焊盘。
[0054] 图12和图13是带有主要通道(图12)和不带有主要通道(图13)的类似于图1中所示的流量传感器的模拟数据的图形表示。这些模拟结果将包括主要通道的设计与已经去除主要通道但任何其它都一样的设计进行了对比。在模拟中,在流体入口端口16和流体出口端口18之间施加1200 Pa的压降。模拟模型用近似5百万个元(element)来构建并且求解器设置成层流。多种能够商业地获得的计算流体动力学(CFD)模拟软件包中的任意模拟软件包都可以用于这种类型的分析。一些示例是Ansys Fluent、Autodesk Simulation CFD和COMSOL Multiphysics。
[0055] 图12示出流体速度分布,其中更浅的灰色表示更高的流体速度,并且更深的灰色至黑色表示更低的流体速度。能够看到的是,通过流体入口进入的流体正以相对高的速度运动,这种情况将持续到流动通过主要通道的流体。能够看到进入旁路馈流输入通道的流体正以更低的速度运动。这些线也指示出各种通道中的相对层流流动。在旁路通道中,层流流动使期望的,以便降低传感器处的信号噪声。在示出了已去除图12的主要通道的设计的图13中,旁路通道内的流体速度远高于图12中所示的旁路通道内的流体速度。而且,在进入旁路通道的上游弯曲部处存在增加的流动涡旋并且穿过传感器的流动更不均匀。能够看到,通过旁路通道且穿过传感器的流动在没有主要通道的设计(图13)中比在带有主要通道的设计(图12)中更快且湍流更多。因而,没有主要通道的设计(图13)导致在感测芯片处显著增加的信号噪声,并且因此导致在传感器的输出处减小的信噪比(SN比)。
[0056] 本公开不应当被视为限制于上文描述的具体示例。当参阅当前说明书时,本领域那些技术人员将容易地显而易见到能够应用本公开的各种改型、等价方法以及大量结构。
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