[发明专利]流量传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测流动通道中的流体的流量的流量传感器。

背景技术

迄今为止，在卡曼涡流式流量传感器中，沿流动通道中流体的流动方向串联地设置涡流发生器和传感器元件，因此当流体流经流动通道的内部并且在流动通道中产生卡曼涡流时，传感器元件基于产生卡曼涡流的频率(产生周期)检测流体的流量。

在这种卡曼涡流式流量传感器中，为了检测微小流量(例如，接近于零的流量)，流动通道的截面面积必须设计成较小的值从而用于增强由以下方程式(1)所表示的雷诺数(Re)。

Re＝(流体惯性力)/(流体粘性力)...(1)

在方程式(1)中，“流体惯性力”被限定为作用于与周围流体分开的流体上的力，而“流体粘性力”被限定为以与周围流体相同的方式作用于流体上的力。

下面将参照图21A至21C描述传统的流动通道的截面构造。

图21A是显示涡流发生器16设置在流动通道14中的情况的图，其中流动通道14的横截面为圆形。在这种情况下，圆柱形的涡流发生器16设置在流动通道14的宽度方向(X方向)上的中心位置处，并且沿Y方向以直立方式竖立。此外，涡流发生器16的端部16a、16b与形成流动通道14的壁表面的壁部分14e接触。

在这种情况下，在X1方向上从涡流发生器16的侧面16c到壁部分14e的距离，和在X2方向上从涡流发生器16的侧面16d到壁部分14e的距离，彼此相等且被限定成Xe。

利用具有图21A所示的圆形截面形状的流动通道14，如果流动通道14的直径(流动通道直径)设计得较小，则距离Xe变小。特别地，在涡流发生器16的端部16a、16b的附近，由于端部16a、16b与壁部分14e彼此互相接触，因此距离Xe非常小。

基于上述原因，利用图21A的截面构造，通过使得流动通道14的截面面积越小，由流动通道14的壁表面阻力所引起的流体粘性力显著上升到一定程度，该上升的程度比流体惯性力增大得更多。结果，雷诺数Re不能增强并且难以检测接近于零的微小流量。

图21B说明流动通道直径被设计成大于图21A的截面构造的情况。在这种情况下，由于距离Xe被加宽，因此减少低流速(小流量)区域的粘性力。但是，由于流动通道14的截面面积的增加，因此流体惯性力下降，因此雷诺数Re不能增大。因此，非常难以检测接近于零的微小流量。

因此，已经考虑将涡流发生器16沿X方向的宽度W设计成较短，从而加宽距离Xe。但是，如果以这种方式设计，则交变力(即，在涡流发生器16的下游侧交替产生的涡流的力)和/或涡流发生器16的强度(结构完整性)都降低。因此，传感器元件处的卡曼涡流的检测灵敏度减小，所以卡曼涡流的检测变得困难，并且涡流发生器16的耐久性降低。

图21C说明日本特开专利公开公报No.11-006748中所公开的截面构造。

如图21C所示，为了解决上述问题，将流动通道14设置成具有椭圆形横截面。更具体地，流动通道14在涡流发生器16的横向方向(X方向)上的尺寸(横向)设置成大于流动通道14在涡流发生器16的轴线方向(Y方向)上的尺寸(垂直尺寸)Yg。

在这种情况下，流动通道14由两个壁部分14g、14h和两个壁部分14i、14j限定，其中壁部分14g、14h面向涡流发生器16的端部16a、16b，壁部分14i、14j分别面向涡流发生器16的侧面16c、16d。壁部分14g、14h中的每一个沿X方向都被线性形成或者形成为直线形状，而壁部分14i、14j中的每一个都形成为半圆形形状，因此便于流体在流动通道14中通畅地流动。

根据这种截面构造，在日本特开专利公开公报No.11-006748的结构中，即使流动通道14的截面面积设计得小，但是也会使得涡流发生器16的侧面16c、16d和壁部分14i、14j之间的距离Xg较大。因此，增强流体惯性力的同时，流体粘性力减少，从而能够检测接近于零的微小流量。

发明内容

但是，在具有圆形或者矩形形状的横截面的流动通道14中，关于卡曼涡流的稳定性，通常已知的是容易对纵横比造成影响，并且随着纵横比接近1从而卡曼涡流稳定性增加，其中由以下方程式(2)表示该纵横比。

1≤纵横比＝(流动通道横截面的横向尺寸)/(流动通道横截面的竖直尺寸)…(2)