專利名稱：一種基于mems傳感器的插入式流量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(jì)工作原理是，當(dāng)流體流過探頭時(shí)，在其前部產(chǎn)生一個(gè)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(shí)速度加快，在探頭后部產(chǎn)生 一個(gè)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(jì)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迸行比較。這一方面容易積聚氣體和臟垢，影響流量 計(jì)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(jì)的動(dòng)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(shí)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(jì)動(dòng)態(tài)特性差，誤差大，損耗高等問題。
本實(shí)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、固定裝覽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(hào)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，丌口 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(gè)取壓管分別通過高壓取壓口 8與低壓取壓「j 9 接觸高壓和低壓流體；信號(hào)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(shí)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(shí)會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)于流量大小 的壓力差信號(hào)，該壓力差信號(hào)被MEMS敏感芯體6測得并通過信號(hào)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(shí)際標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對流量的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)測量。
其流量方程為-
式中q——流量，m3/sC——流量系數(shù) AP——壓差pa
本實(shí)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(shí)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(qiáng)，信號(hào)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(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)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(shí)間常數(shù)很小，因此動(dòng)態(tài)測量頻率得到較人程度的提高；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(jì)的結(jié)構(gòu)體積。本實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場流量的低壓損、微壓差、高精度測量。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的示意圖； 圖2為本實(shí)用新型實(shí)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(hào)線，8、高Hi取壓口， 9、低壓取爪口。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
如圖1所示，探頭2通過固定裝置3固定在測量管l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(hào)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(shí)，在探頭2甜 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(hào)線7引出測量管1送至 二次儀表4。根據(jù)流量一差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場實(shí)際標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對流量的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)
實(shí)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n 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(hào)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屮的流體流經(jīng)探頭2時(shí)，在探頭2 前部產(chǎn)牛高壓區(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(hào)線7引出測量 管1送至二次儀表4。根據(jù)流量一差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場實(shí)際標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對流量的動(dòng)
權(quán)利要求1、一種基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置，其特征在于，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(hào)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(gè)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(hào)線(7)與MEMS敏感芯體(6)連接后引出測量管(1)至二次儀表(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置，其特征在于， 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。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種流量測量裝置，尤其是一種基于MEMS傳感器的插入式流量測量裝置。該裝置由測量管、探頭、固定裝置、二次儀表、高壓取壓口、低壓取壓口及傳感器部分的MEMS敏感芯體、封裝結(jié)構(gòu)、信號(hào)線構(gòu)成。該裝置將MEMS敏感芯體置于探頭內(nèi)部，取壓口也位于測量管內(nèi)，取消了傳統(tǒng)插入式流量計(jì)需要引壓到管外的結(jié)構(gòu)。根據(jù)流量-差壓數(shù)學(xué)關(guān)系模型和現(xiàn)場實(shí)際標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)對流量的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)測量。本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)插入式流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性差，誤差大，損耗高等問題。
文檔編號(hào)G01F1/34GK201262559SQ200820015109
公開日2009年6月24日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者孫玉清, 張興彪, 張洪朋, 濤 梅, 陳海泉, 顧長智 申請人:大連海事大學(xué)