[发明专利]弹性丝速度传感器

说明书

公开了一种用于经由线丝的挠度来测量流体流的速度的装置。还公开了一种用于测量流体流的速度的方法，该方法需要使两根或更多根线丝在流体流中发生挠曲，测量两个或更多个电阻，以及使流体流的速度等于上述两个或更多个电阻的函数的结果。在该装置和方法两者中，一根线丝的长度尺寸必须比该线丝在主要感测方向或横向方向上的尺寸中的至少一个尺寸长，以及在整个预定工作范围内该线丝在主要感测方向和/或横向方向上的尺寸小于。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月28日提交的第62/271,855号美国临时申请以及于2016年2月17日提交的第62/296,339号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

许多工艺和/或设备都使用或操纵移动的流体。从交通工具(例如汽车、飞机、船舶或潜水艇)到家庭(例如加热和通风系统、水管)到许多现代工业工艺都依赖于各种气体的使用和流动。通常，对于这些工艺和/或设备，准确确定流体的速度是很重要的。因此，已经开发了用于确定流体速度的各种技术。

使用经校准的应变仪来测量流体速度的想法并不是新想法。这些目前已知的想法大多数都涉及利用经校准的、在一个或多个表面上嵌入有应变仪的悬臂或板件。然后对整个构件的弯折和挠度进行测定以得到流体速度。然而，这些设备复杂且昂贵。利用应变仪效应来测量流体速度的较简单且较廉价的技术将是有益的。

发明内容

本发明涉及一种用于通过使适当配置的线丝(filament，细丝、丝状物)发生挠曲来测量速度的系统和方法。这些系统和方法利用下述线，这样的线具有在整个预定工作范围内都小于的至少一种尺寸，包括但不限于诸如宽度、厚度和直径等尺寸，其中μ是流体流的粘度，ρ是流体流的密度，并且U是流体流相对于至少一根线丝的速度。在一个实施方案中，在整个预定工作范围内，两种尺寸小于

在所预想的许多不同可能性中，线丝也可以在两端受到支撑。还可以设想，线丝是独立式的。进一步设想，线丝的长度介于主要感测尺寸和横向尺寸两者的10倍至100,000倍之间，包括是主要感测尺寸和横向尺寸两者的10倍和100,000倍。更进一步设想，线丝包括下述材料：所述材料具有介于0.001Gpa至500GPa之间的杨氏模量，包括0.001Gpa和500GPa的杨氏模量，并且所述材料具有介于30MPa至3000MPa之间的屈服强度，包括30MPa和3000MPa的屈服强度。

通常期望线丝由具有低热阻系数(“TCR”)的材料构成。在一些实施方案中，线丝由TCR值介于1×10^-2至1×10^-81/℃之间的材料构成。在优选实施方案中，TCR值介于1×10^-4至1×10^-81/℃之间。进一步地，通常期望线丝具有中等至较高的增益因数。例如，在一些实施方案中，线丝具有介于2至1000之间的增益因数。在优选实施方案中，增益因数介于2至6.1之间。

更进一步设想，线丝在主要感测方向上的尺寸小于其中μ是流体流的粘度，E是线丝的杨氏模量，w是横向方向上的尺寸，L是丝长度，并且U是流体流相对于线的速度。可以设想，该线丝包括在形变时其电阻产生变化的材料，并且可以包括不同材料(包含纯金属或金属合金、导电聚合物或压阻材料)，并且可以进一步包括至少一种附加材料。

进一步设想，传感器可以包括两根或更多根线丝，并且第一线丝对速度或温度中的至少一个的灵敏度可以与第二线丝不同。

还可以设想，传感器可以被适当配置用于各种环境，包括在流体输送系统中测量流率、在通风系统中测量压力差、或者测量交通工具的空气速度或水速。