[實用新型]一種基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820015109.2
• 申請日: 2008-08-12
• 公開（公告）號: CN201262559Y
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洪朋;梅濤;張興彪;顧長智;陳海泉;孫玉清
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G01F1/34
• 分類號: G01F1/34
• 代理公司: 大連八方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 衛(wèi)茂才

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種流體流量測量裝置，尤其涉及基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置。

背景技術(shù)

插入式流量計工作原理是，當(dāng)流體流過探頭時，在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(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，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓；通過測取探頭前后的壓力差，進(jìn)而得出管路流量。

此類流量計通常體積較大，給管路帶來的能量損失較多，差壓發(fā)生裝置與差壓變送裝置分離，需要專門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垢，影響流量計的穩(wěn)態(tài)測量精度，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，使得流量計的動態(tài)響應(yīng)很差，往往不能滿足一些工業(yè)控制現(xiàn)場的需要，并且此類差壓變送器加工成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置，解決傳統(tǒng)插入式流量計動態(tài)特性差，誤差大，損耗高等問題。

本實用新型的技術(shù)方案是：基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置，該裝置由測量管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、信號線7構(gòu)成；探頭2通過固定裝置3固定在測量管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，位于測量管1內(nèi)部；MEMS敏感芯體6的兩個取壓管分別通過高壓取壓口8與低壓取壓口9接觸高壓和低壓流體；信號線7與MEMS敏感芯體6連接后引出測量管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/壓差敏感芯體。

本實用新型的原理是：根據(jù)伯努利方程可知，流體流過探頭2時會產(chǎn)生對應(yīng)于流量大小的壓力差信號，該壓力差信號被MEMS敏感芯體6測得并通過信號7線引出管外送至二次儀表4。根據(jù)流量——壓差數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場實際標(biāo)定，可以實現(xiàn)對流量的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)測量。

其流量方程為：

Q＝CΔP

式中：Q——流量，m³/s

????C——流量系數(shù)

????ΔP——壓差pa

本實用新型將MEMS傳感器植入測量管1內(nèi)部測量壓差，不需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)流作用即可實現(xiàn)測量，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，信號穩(wěn)定性好，不需要上游直管段，并能在較小的空間距離里實現(xiàn)更高的信號水平；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，壓差測取的時間常數(shù)很小，因此動態(tài)測量頻率得到較大程度的提高；只需要很小的壓差就能得到準(zhǔn)確的測量效果，因此大大減小了插入式流量計的結(jié)構(gòu)體積。本實用新型既能應(yīng)用到一般的流體介質(zhì)輸送方面，也能有效完成對低靜壓、低流速流體的測量。

本實用新型的有益效果是：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現(xiàn)現(xiàn)場流量的低壓損、微壓差、高精度測量。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的示意圖；

圖2為本實用新型實施例2的示意圖。

圖中：1、測量管，2、探頭，3、固定裝置，4、二次儀表，5、封裝結(jié)構(gòu)，6、MEMS敏感芯體，7、信號線，8、高壓取壓口，9、低壓取壓口。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，探頭2通過固定裝置3固定在測量管1內(nèi)部，探頭2前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)行測量；信號線7與MEMS敏感芯體6連接后引出測量管1至二次儀表4。測量管1中的流體流經(jīng)探頭2時，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)生對應(yīng)于流量大小的壓力差，該壓力差被MEMS敏感芯體6測得并通過信號線7引出測量管1送至二次儀表4。根據(jù)流量—差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場實際標(biāo)定，可以實現(xiàn)對流量的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)測量。

實施例2

如圖2所示，探頭2通過固定裝置3固定在測量管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)行測量；信號線7與MEMS敏感芯體6連接后引出測量管1至二次儀表4。測量管1中的流體流經(jīng)探頭2時，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)生對應(yīng)于流量大小的壓力差，該壓力差被MEMS敏感芯體6測得并通過信號線7引出測量管1送至二次儀表4。根據(jù)流量—差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場實際標(biāo)定，可以實現(xiàn)對流量的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)測量。