[发明专利]流量计探头

说明书

发明领域

本发明涉及流量计。

更具体地，本发明提出了一种用于流量计的探头，所述流量计能够在利用了半导体或陶瓷热敏电阻的各种流量测量装置中使用。本说明书不涉及基于电磁波的其他类型的流量计。

现有技术描述

多年来，热流体的流速测量技术（基于对温度敏感的电阻元件的响应的原理）是公知的并且已经是现成可利用的。目前，此种类型的测量的实现是通过：其中将仪器的探头置于流体通过其流动的导管以内或以外。

通过将感测元件放置在导管以外来测量流体的流速的设备，其在美国专利申请US 2004/0000196和US 2003/0049877中有所描述。此种设备具有保护探头不受所测量的流体的影响的优势。然而，此种类型的探头要求开发和生产专门的基于基底的感测芯片。因为导管壁是热阻性的，所以在传感器对流体流速的改变的响应中有延迟，并且更进一步地，此种类型的设备需要在测量能够开始之前有长的稳定时间。

通过将探头或感测元件放置在导管以内来测量流体的流速的设备，其在许多美国专利和专利申请中都有所描述。例如US 3,085,431、US4,028,689、US 7,302,844和美国专利申请US 2006/0080050、US2008/0080588和US 2009/0071244。此类现有技术中的基于热敏电阻的流量探头，其由直接或间接加热的热敏电阻所组成，具有通过金属管状物所覆盖的引线。管状物将热敏电阻与该管状物以外的流体分隔开，这是因为陶瓷热敏电阻（甚至在气体流量测量中）容易吸收会对热敏电阻的性能造成不利影响的水蒸汽。在测量液体流时，必须要防止液体与热敏电阻或与其电子电路的直接接触。

管状物的内容积需要大得足以容纳被封装到热传导性树脂中的热敏电阻和两条电线。管状物被直接定位到流体的流中。在管状物以内的热敏电阻改变其电阻，这是对在管状物以外通过的流体带走一定量的热进行的响应，其中由于在管状物以外的流体温度与在管状物以内的热敏电阻温度之间存在温度梯度所以在时间上会有一些延迟。

虽然提供了比置于导管以外的探头更快的响应，此种热敏电阻探头有大量的缺点。在现有技术的热敏电阻探头中，热敏电阻主体被隔离在金属管状物内部，其与流测量点足够远以便在热敏电阻与管状物以外的介质之间产生温度梯度。此外，在流路径以内存在管状物会改变流的模式和速度，因为其构成了对导管中的流体流的障碍。当测量在小的导管中低流速的非纯净的或油腻的液体时，探头除了其对流经导管的流体的流模式和速度的影响之外，在其暴露的表面上积累的物质覆盖该探头，这将影响测量的精度并且强加了要拆卸固定装置以进行清理的需求。最后，此种热敏电阻探头的制造成本相对较高，因为其需要复杂的机械固定装置来将管状物保持在正确的位置上。

发明目标

因此，本发明的目标之一是消除现有技术的流量计的缺点并且提供一种能够迅速响应的探头。

本发明的另一个目标是提供一种连续工作而无需维护的探头。

发明概述

本发明对上述目标的实现是通过：提供用于确定通过由具有低的热传导性的材料所制成的导管的液体的流体流速的设备，所述设备包括：

探头，其至少部分地置于所述导管的壁内，作为所述探头一部分的封装组件的突出表面与所述壁的内表面实质上对齐，所述探头被可操作地连接到

控制和显示单元，

所述探头包括印刷电路板（PCB），在该印刷电路板上安装有至少两个热敏电阻；

上游热敏电阻，其用于基线测量（baseline measurement），以及

被间隔开的下游自加热的热敏电阻，其用于测量所述下游热敏电阻的表面由流经所述导管的所述液体冷却所导致的温度上的改变，

所述控制和显示单元重复测量所述热敏电阻的电阻，以便生成要由所述控制和显示单元来电子处理以指示流速的信号。

本发明的优选实施方式

在本发明的一个优选实施方式中提供了一种设备，该设备还包括用于储存所述设备的校准数据的存储器组件。

在本发明的又一个优选实施方式中提供了一种设备，其中要与所述流体接触的所述热敏电阻被封装到热传导性的、电绝缘的复合物中。

在本发明的另一个优选实施方式中提供了一种低电压设备，其中所述下游热敏电阻的自加热是其值微不足道的自加热，所述探头还包括加热元件，其被置为热接近所述下游热敏电阻，并且其中所述下游热敏电阻具有高于1KΩ（在25℃下）的电阻，并且所述电阻器具有低于100Ω的电阻。