专利名称：流量测量结构及流量测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流量(flow)测量结构以及使用该流量测量结构的流量测量装置，所述流量测量结构包括导管，待测量的流体流经该导管；以及分流器，其分流流经所述导管的流体，并将分流的流体引导至用于测量流体流率(flow rate)的检测元件。

背景技术：
流量测量装置旨在测量气体或液体等流体的流率。这里，所述流率被定义为单位时间内移动经过给定截面的流体的量。通常，流量测量装置在待测量流体流经的流路处设置有用于测量流体流率的检测元件，并通过使用来自该检测元件的检测信号来测量流体的流率。流量测量装置的用途包括例如，在燃气表、燃烧器具、汽车内燃机等等中测量用于燃烧的气体的流率，在医疗仪器中测量呼气和吸气的流率以及血液的流率，在工业设备中监视空气的流率，以及在各种设备中监视滤层堵塞(filter clogging)。一般，流量测量装置视它们的结构被分为直管型和分流型。图17 (a)示出直管型流量测量装置的基本结构，并且图17 (b)和图17 (c)示出分流型流量测量装置的基本结构。如图17 Ca)所示，直管型的流量测量装置200具有这样的结构，其中用于测量流体流率的检测元件202直接布置于待测量流体所流经的导管201处。通常，在直管型的流量测量装置200中，流体的流速需要降低到检测元件202的可检测范围。因此，导管201中的截面面积需要扩大，从而使得流量测量装置200扩大。因此，在要测量大流率的流体时，使用分流型的流量测量装置。分流型的流量测量装置被配置以分流待测量的流体，并测量分流流体的流率以便估计整体流率(例如，参见专利文件I至5)。具体而言，在图17 (b)所示的流量测量装置210中，用于向流动的流体提供适当阻力(resistance)的阻力元件211布置在导管201中。另外，流体的分流所流经的分流器212的入口 213和出口 214在导管201的周边部分别连接至阻力元件211的上游侧和下游侦U。然后，检测元件202布置于分流器212处。根据上述构造，阻力元件211向流经导管201的流体提供适当阻力。由此，使得一部分流体流入分流器212的入口 213中。另一方面，图17 (c)中所示分流型的流量测量装置220以这样的方式配置，流体分流所流经的分流器222布置于导管201的中央部，并且检测元件202布置于此分流器222处。在这种情况下，分流器自身充当阻力元件的功能，其干扰导管201中流体的流动从而使得流体流入分流器222中。相关技术文件专利文件专利文件I :PCT国际申请第2003-523506号(2003年8月5日公布)的日文翻译专利文件2 :日本未审查专利公开第11-166720号(1999年6月22日公布)
专利文件3 :日本未审查专利公开第2006-329927号(2006年12月7日公布)专利文件4 :日本未审查专利公开第2006-308518号(2006年11月9日公布)专利文件5 :日本未审查专利公开第2010-060287号(2010年3月18日公布)

发明内容
本发明要解决的问题一般，导管201通常不仅包含有待测量的流体，还包含有灰尘。图18 Ca)示出灰尘203附着至图17 Ca)所示直管型流量测量装置200中的检测元件202的状态。在这种 情况下，检测元件202的测量精度有所降低。注意到，类似的问题也出现在图17 (b)和图17 (c)所示的流量测量装置210、220中。图18 (b)示出灰尘216进入并附着至图17 (b)所示分流型流量测量装置210中的分流器212的状态。在这种情况下，分流器212处的流率有所降低，从而使得导管201处邻近阻力元件211的流率a与分流器212处的流率b之比a:b (下文中称为分流比)改变。分流型流量测量装置210被配置以测量分流器212处的流率，并基于测量的流率和分流比a:b来估计流进和流出导管201的流体的流率。因此，当分流比a:b变化时，流进和流出导管201的流体流率的估计精度有所降低。进一步，当灰尘216在分流器212上累积以使得上述流体在分流器212处不流动时，便无法测量上述流率。注意到，类似的问题也出现在图17 (c)所示的分流型流量测量装置220中。考虑到上述问题而作出本发明，其目的在于提供一种能够抑制灰尘进入分流器的分流型流量测量结构和流量测量装置。解决问题的手段根据本发明的流量测量结构包括导管，待测量的流体经该导管流动；以及分流器，其分流流经所述导管的流体，并将分流流体引导至用于测量流体流率的检测元件，其中所述分流器的入口布置于导管中的中央部和周边部二者之一处，并且其中所述导管在所述入口上游包括引导部，该引导部将所述流体引导至所述中央部和所述周边部二者之另一处，以便解决以上问题。根据上述构造，所述导管的引导部布置在所述分流器入口的上游。于是，所述入口布置于所述导管中的周边部时，所述引导部将所述流体朝所述导管中的中央部引导。由此，所述导管中流动的灰尘被所述引导部朝着所述中央部引导，以便抑制灰尘通过布置于所述周边部处的入口进入所述分流器。另一方面，当所述入口布置于所述中央部时，所述引导部将所述流体朝所述周边部引导。由此，所述导管中流动的灰尘被所述引导部朝着所述周边部引导，以便抑制灰尘通过布置于所述中央部处的入口进入所述分流器。本发明的效果如上所述，在根据本发明的流量测量结构中，导管中流动的灰尘被布置于分流器入口上游的导管引导部朝着远离于所述入口位置的位置引导，从而能够得到这样的有益效果，即能够抑制灰尘通过所述入口进入分流器中。


图I为根据本发明实施例的流量测量装置的部分剖切透视图。图2的(a)和(b)为上述流量测量装置的示意图。图3的(a)和(b)为示出上述流量测量装置中使用的检测元件的检测原理的截面图。图4的(a)和(b)为示出上述流量测量装置中对象气体所流经的导管中灰尘流的截面图。图5为示出上述流量测量装置和作为比较示例的流量测量装置的仿真结果的图表。图6的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的修改示例的示意图。·
图7的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的另一修改示例的示意图。图8的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的再一修改示例的示意图。图9为示出本发明另一实施例的流量测量装置的示意构造的截面图。图10的(a)和(b)为上述流量测量装置的示意图。图11为示出上述流量测量装置和作为比较示例的流量测量装置的仿真结果的图表。图12的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的修改示例的示意图。图13的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的另一修改示例的示意图。图14的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的再一修改示例的示意图。图15的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的再一修改示例的示意图。图16的(a)和(b)为示出上述流量测量装置的再一修改示例的示意图。图17的(a)、(b)和(C)为示出直管型和分流型的流量测量装置的基本结构的截面图。图18的(a)和(b)为示出灰尘附着至上述流量测量装置的检测元件和分流器的状态的截面图。
具体实施例方式(第一实施例)将参照图I至图8 (b)描述本发明的实施例。图I以及图2的(a)和(b)示出本实施例的流量测量装置I的概览。图2 (a)为分解视图，图2 (b)为透视图，并且图I为部分剖切透视图。流量测量装置被配置以测量气体或液体等流体的流率，并且本实施例的流量测量装置I为分流型的流量测量装置，其对流体进行分流并测量分流流体的流率以便估计整体流率。要注意到，在下文的说明中，将在要测量的是气体的情况下说明流量测量装置I，但这并非唯一情况，并且要测量的可以是液体。作为用于由流量测量装置测量上述流率的系统，举例可包括压差系统、电磁系统、面积系统、超音系统、叶轮(impeller)系统、热系统、科里奥利(Coriolis)系统、容积系统、涡流系统、涡轮系统、皮托管(Pitot tube)系统等等。本实施例的流量测量装置I为热系统的质量流量(mass flow)测量装置，但这并非唯一系统，任何系统只要能够应用于分流型的流量测量装置就能够拿来使用。
如图I以及图2 (a)和图2 (b)所示,流量测量装置I被配置以包括流量测量结构10、密封组件11、检测元件12、电路板13和盖14。注意到，图I中省略了盖14。流量测量结构10旨在测量待测量气体(这里下文称为对象气体)的流率，并且由合成树脂等形成。具体而言，流量测量结构10被配置为包括导管20，对象气体在其中流动；分流器21，用于分流对象气体，并检测已经被分流的气 体(这里下文称为分流气体)的流率；密封组件11，其布置于分流器21上方；收纳部22，其收纳检测元件12和电路板13。注意至IJ，流量测量结构10的细节将在稍后描述。检测元件12布置在分流器21处，并旨在检测分流气体的流率。注意到，检测元件12的细节将在稍后描述。检测元件12装设在电路板13的下表面上，并且各种电路装设在电路板13的上表面上用以通过使用来自检测元件12的检测信号来测量对象气体的流率。密封组件11旨在防止分流气体经流量测量结构10与电路板13之间的间隙泄漏，并且由诸如橡胶等绝缘体形成。盖14旨在保护电路板13，并且用与流量测量结构10类似的材料形成，以便盖住收纳部22的远端。接续，将描述流量测量结构10的细节。如图I所示，向流动的对象气体提供适当阻力的阻力元件30布置于导管20处。作为阻力元件30的形状，举例可包括图I所示用于使对象气体流朝中央缩窄的形状、轮辐(spoke)形状、格栅形状等等。另外，入口 31 (对象气体在该处分流并流入分流器21)在阻力元件30的上游形成于导管20内表面上，并且出口 32 (分流流体在该处从分流器21流出以便融入对象气体)形成于阻力元件30的下游。在分流器21处形成有检测腔室33，检测元件12布置于其中；以及小管部34、35，其使检测腔室33与入口 31和出口 32连通。注意到，可形成多个入口 31和/或多个出口32。在这种情况下，也形成多个小管部34和/或多个小管部35。在上述构造的流量测量结构10中，阻力元件30向流经导管20的对象气体提供适当阻力。由此，一部分对象气体流入入口 31，并且作为上述分流气体，经小管34进入检测腔室33，并经小管35从出口 32排出，以便融入对象气体。因此可以理解，经阻力元件30通过的气体的流率a与经分流器21通过的分流流体的流率b的分流比a:b是由阻力元件30的几何形状确定的。这里，将描述布置于分流器21的检测腔室33中的检测元件12的细节。图3的Ca)和(b)示出本实施例热系统的质量流率测量装置I中使用的检测元件12的检测原理。图3 (a)示出分流气体不流动的状态，图3 (b)示出分流气体流动的状态。本实施例的检测元件12是通过使用微电子机械系统(MEMS, microelectromechanical system)技术用娃片(silicon wafer)形成的微型流量传感器(称为MEMS流量传感器)。具体而言，如图3 (a)所示，在硅基板40的上表面上形成空腔41，并且形成绝缘膜42以便盖住空腔41。加热器43由多晶硅在绝缘膜42的中央部形成，并且热电堆44、45分别形成于加热器43的上游和下游。热电堆44、45通过交替地连接Al线元件和多晶硅线元件来配置以便布置成z字形的排列。热电堆44、45相对于加热器43呈对称布置，以便测量加热器43两侧对称位置处的温度。多个外部连接端子46形成于绝缘膜42的周边部。注意到，尽管未示出，但形成有布线用以将该多个外部连接端子46分别电性连接至加热器43和热电堆44、45。然后，绝缘膜42进一步形成于加热器43、热电堆44和45、以及外部连接端子46上，并且通过蚀刻暴露出一部分的外部连接端子46。在测量流率时，加热器43按预定温度产生热，并且加热器43周围产生预定温度分布(温度梯度)a。热电堆44、45呈对称分布，从而，当如图3 (a)所示那样在加热器43上不存在分流气体的流动时，热电堆44、45的检测温度则相同，并且温差为零。另一方面，当如图3 (b)所示那样在加热器43上方出现分流气体的流动时，加热器43的热通过气体流β而向下游传输，从而温度分布α向下游偏移。由此，下游热电堆45处的检测温度升高，同时上游热电堆44处的温度降低，从而使热电堆44、45的检测温度之间产生温差。该温差与分流气体的质量流率 成比例，从而通过用检测元件12检测所述温差能够测量分流气体的质量流率。于是，通过使用测量的分流气体质量流率以及上述的分流比a:b能够估计对象气体的质量流率。进一步，作为本实施例检测元件12的MEMS流量传感器具有微型结构，因此热容较小，从而测量范围要宽于其他那些热系统的检测元件，并且能够对流速极低的气体进行测量(传统上难以进行)。另外，该原理能够进行双向的流率测量，并且电功率消耗如此之小以至于可利用电池驱动。参照回图1，本实施例中，在流量测量结构10的导管20处，将对象气体引导向中央部的倾斜部(引导部)50布置于入口 31的上游。图4的(a)和(b)示出流量测量装置中对象气体所流经的导管处灰尘D的流动。图4 (a)示出本实施例的流量测量装置1，并且图4(b)示出作为比较示例的流量测量装置100。比较示例的流量测量装置100是通过从本实施例的流量测量装置I中省去倾斜部50而配置成的。参见图4(b)，在省去倾斜部50时，除了阻力元件30外没有其他改变流向的结构，因此可以理解，灰尘D的流向与导管20的中心轴方向相同，如箭头所示。因此，在导管20处，使得存在于自入口 31处与所示箭头相反方向上的灰尘Dl轻易地进入入口 31，从而使得流量测量装置100的测量精度降低。另一方面，参见图4(a)，可以理解，在布置有倾斜部50时，灰尘D的流向被倾斜部50导向导管20的中央(如箭头所示)，并且在经倾斜部50通过后，灰尘D流因惯性力而沿所述方向流动一段时间。然后，在经阻力元件30通过后，灰尘D流变为沿着与导管20中心轴的相同方向流动。进一步，在倾斜部50处，由于导管20的截面积缩窄所以气体和灰尘D的流速增加。因此可以理解，灰尘D被抑制进入倾斜部50与阻力元件30之间的导管20内表面上所布置的入口 31。图5示出使用流体分析软件通过对图4的(a)和(b)所示流量测量装置I、100中进入分流器21的灰尘D的量进行仿真得到的结果。在该仿真中，进入导管20的对象气体的量被设为100升/分钟(liter/min)。另外，灰尘D被限定为直径为O. I μ m、比重为3000kg/m3的粒子，并且使得1000000个粒子进入导管20。注意到，设计成使得本实施例的流量测量装置I的分流比a:b与比较示例的流量测量装置100的分流比a:b彼此相符。在图5中，水平轴表示经过的时间，垂直轴表示经检测腔室33 (检测元件12布置于其中)通过的上述粒子的数目。另外，实线对应于本实施例流量测量装置I的图表，并且虚线对应于比较示例流量测量装置100的图表。参见图5，可以理解，与比较示例的流量测量装置100相比，在本实施例的流量测量装置I中经检测腔室33通过的上述粒子的数目小于或等于其十分之一，并且灰尘D被抑制进入分流器21。顺便提及，实际设备中的配管(piping)是反复弯曲的。对象气体是在经这种配管通过之后被弓I入流量测量装置I的导管20中，从而导管20截面处的流速分布是不均匀的。上述分流比a:b是基于上述流速分布均匀的假设而确定的，因此，当入口 31附近的流速不同于平均流速时，分流比变得不同，从而无法有精度地估计对象气体的流率。另一方面，在本实施例中，导管20中周边部处的气体因倾斜部50而与中央部处的气体混合，从而上述流速分布是均匀的。因此，分流比变得相同，从而能够有精度地估计对象气体的流率。注意到，在本实施例中，如图I所示，倾斜部50的内径从上游侧向下游侧变窄，并且从最窄部又急剧回到导管20的内径。然而，倾斜部50的内径可以逐渐回到导管20的内径。图6的(a)和(b)示出图I所示本实施例流量测量装置I的修改示例。图6 (a)为部分剖切透视图，并且图6 (b)为主视图，即从对象气体流动的方向看的图示。与图I所示的流量测量装置I相比，图6的(a)和(b)所示的流量测量装置I具有关于倾斜部的不同结构，而其他构造相同。图6的(a)和(b)中所示的倾斜部51具有这样的结构，其中图I示出过的倾斜部50仅形成于邻近入口 31的部分处。并且在这种情况下，如图4 (b)所示将进入入口 31的灰尘Dl能够被朝着导管20的中央部移动，从而能够抑制灰尘D进入入口 31。图7的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置I的另一修改示例，并且图7 (a) 为部分剖切透视图，图7 (b)为主视图。与图I所示的流量测量装置I相比，图7的(a)和(b)所示的流量测量装置I具有关于阻力元件的不同结构，而其他构造相同。图7的(a)和(b)所示的阻力元件52开口于中央部53处，并且沿着绕导管20轴的双重圆周有多个长孔形成于周边部54处。像这样，理想的是这些实施例中使用的阻力元件30、52均开口于中央部处。在这种情况下，因倾斜部50、51、55而被朝着导管20的中央移动的灰尘D能够平滑地向下游移动，结果，确实地抑制了灰尘D进入入口 31。图8的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置I的另一修改示例。图8 (a)为主视图，图8 (b)为沿图2 (b)中A-A线剖切并且以箭头方向观察的图示。与图I所示的流量测量装置I相比，图8的(a)和(b)所示的流量测量装置I具有关于倾斜部的不同结构，而其他构造相同。图8的(a)和(b)所示的倾斜部55通过在图I示出过的倾斜部50处形成多个螺旋引导部56而配置成。在这种情况下，导管20中周边部处的气体与中央部处的气体混合同时因倾斜部55而使其打旋(swirl)，从而使上述的流速分布进一步均匀，并且防止灰尘D朝导管20的周边部扩散。注意到，引导部56被形成为凸部，但其也可形成为凹部。对象气体可能以相反的方向流动，即，其可能反向地流经导管20、分流器21和检测元件12。于是，在相对于阻力元件30、52对称的位置处添加倾斜部50、51、55，从而即使在对象气体反向流动时也能得到上述的有益效果。也即，本发明可应用于能够测量双方向上流体流率的流量测量装置。(第二实施例)接续，将参照图9至图16 (b)描述本发明的另一实施例。图9以及图10的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置60的示意构造。图9为沿图2 (b)中A-A线剖切并以箭头方向观察的图示，图10 (a)为部分剖切主视图，并且图10 (b)为沿图9中B-B线剖切且以箭头方向观察的图示。与图I以及图2的(a)和(b)所示的流量测量装置I相比,本实施例的流量测量装置60具有关于流量测量结构中导管和分流器的不同结构，而其他构造相同。注意到，与上述实施例所描述的构造类似的构造用相同的附图标记表示，并且将省略其说明。如图9以及图10的(a)和(b)所示，本实施例的流量测量结构61为分流型的流量测量装置，其在导管62的中央部处分流对象气体。本实施例的分流器63从检测元件12布置于导管62中所处的部分突出至导管62的中央部。有检测元件12布置于其中的检测腔室71形成于分流器63的近端部处，入口 72形成于分流器63远端部的上游侧，并且出口 73形成于分流器63远端部的下游侧。另外，分别用于使检测腔室71以及入口 72和出口 73彼此连通的小管部74、75形成于分流器63 处。此外，支撑分流器63远端部的三个支撑组件76分别从分流器63的远端部形成到导管62的内表面。在具有上述构造的流量测量结构61中，分流器63和支撑组件76作为阻力元件向流经导管62的对象气体提供适当的阻力。由此，流入入口 72的一部分对象气体，作为上述分流气体经小管部74而通过检测腔室71，并经小管部75从出口 73排出以便融入对象气体。因此可以理解，流经分流器63之外的部分的气体的流率a与流经分流器63的分流气体的流率b的分流比a:b由分流器63的几何形状确定。在本实施例中，如图9以及图10 (a)所示，漩涡产生部(引导部)80布置在流量测量结构61的导管62中入口 72的上游。该漩涡产生部80旨在使对象气体产生这样的流，其绕着导管62中的轴打旋。在图9和图10 (a)所示的漩涡产生部80的示例中，用于从导管62的周边部引导对象气体的圆盘部81布置于上游侧，并且用于从导管62的中央部排出对象气体的开口部82布置于下游侧。多个弯曲板(在所示的示例中为八个板)83在圆盘部81和开口部82之间布置于围绕导管62轴的圆周处。弯曲板83沿着从上游侧看的逆时针方向朝导管62的轴侧变得更倾斜。根据上述构造，在漩涡产生部80处，使得对象气体因圆盘部81和开口部82而从导管部62的周边部朝导管部62的中央部流动。这时，如图10 (a)所示，由于弯曲板83，对象气体具有这样的流动，其沿着从上游侧看的逆时针方向打旋。因此，如图10 (b)所示，已经通过漩涡产生部80的对象气体在导管62中向下游流动同时逆时针(从上游侧看)旋转。由此，离心力作用在流经导管62的对象气体和灰尘D上。离心力与质量成比例，从而，与作用在对象气体上的离心力相比，更大的离心力作用在质量大于对象气体的灰尘D上。因而，使得灰尘D在导管62的周边部流动。结果，抑制了灰尘D进入布置于导管62中央部的分流器63的入口 72。另外，离心力被用来使得抑制了进入入口 72的灰尘D的比例因流量测量装置60的装设方向而改变。因此，流量测量装置60的装设方向没有限制。与图5的图表类似，图11示出使用流体分析通过对进入分流器63的灰尘D的量进行仿真得到的结果。在图11中，实线对应于本实施例流量测量装置60的图表，而虚线对应于比较示例的流量测量装置的图表。该比较示例的流量测量装置通过从本实施例的流量测量装置60中省去漩涡产生部80而配置成。在该仿真中，进入导管62的对象气体的量被设为100升/分钟。另外，灰尘D被限定为直径为O. I μ m、比重为3000kg/m3的粒子，并且使得1000000个粒子进入导管62。注意到，设计成使得本实施例的流量测量装置60的分流比a:b与比较示例的流量测量装置的分流比a:b彼此相符。在图11中，水平轴表示经过的时间，垂直轴表示经检测腔室71(检测元件12布置于其中)通过的上述粒子的数目。参见图11，在本实施例的流量测量装置60中，经检测腔室33通过的上述粒子的数目大体保持为零，于是可以理解，充分抑制了灰尘D进入分流器21。另外，在本实施例中，凭借漩涡产生部80，在导管62中央部处的对象气体与周边部处的对象气体混合以便进一步搅动，从而使得已经通过漩涡产生部80的对象气体在导·管20截面处的流速分布能够均匀。因而，上述分流比变得恒定从而能够有精度地估计对象气体的流率。图12的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置60的修改示例。图12 (a)为主视图，并且图12 (b)为沿图2 (b)中A-A线剖切且沿箭头方向观察的图示。与图9所示的流量测量装置60相比，图12的(a)和(b)中所示的流量测量装置60具有关于漩涡产生部80及其在导管62的放置区的不同结构，而其他构造均相同。在图12的(a)和(b)所示的导管62a中，具有大内径的大直径部64形成于漩涡产生部80a排出对象气体所处的排出面的上游侧，并且具有小内径的小直径部65形成于上述排出面的下游侧。也即，大直径部64宽于小直径部65。另外，与图9所示的漩涡产生部80相比，图12所示的漩涡产生部80a以这样的方式配置，使得经过多个弯曲板83的远端部的圆周对应于下游侧处小直径部65的内圆周，并且省去了开口部82。注意到，小直径部65的内径与图9和图10 (a)所不导管62的内径相同。顺便提及，漩涡产生部80、80a使对象气体产生回旋流从而使得已经通过漩涡产生部80、80a的对象气体出现压力损耗。另一方面，在图12的(a)和(b)所示的导管62a中，小直径部65窄于大直径部64，从而使得已经通过大直径部64引入的流体的压力在小直径部65处提高。因而能够降低上述压力损耗。注意到，取代图12的(a)和(b)中所示的漩涡产生部80a，图9中所示的漩涡产生部80可布置于入口 72上游的任意位置处。然而，图12的(a)和(b)中所示的漩涡产生部80a布置于邻近小直径部65的大直径部64处，从而可省去开口部82。图13的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置60的另一修改示例。图13 (a)为主视图，并且图13 (b)为沿图2 (b)中A-A线剖切且以箭头方向观察的图示。与图9中所示的流量测量装置60相比，图13的(a)和(b)中所示流量测量装置60具有关于漩涡产生部的不同结构，而其他构造均相同。在图13的(a)和(b)所示的漩涡产生部80b中，轴部84布置于导管62的中央部处，布置有用于支撑轴部84的多个杆形支撑组件85，并且弯曲板86从各个支撑组件85处向下游延伸。弯曲板86被配置以向下游方向顺时针(从上游侧看)旋转。在图13的(a)和(b)所示的漩涡产生部80b中，对象气体因轴部84而从导管62的中央部向周边部流动。于是，通过弯曲板86产生了从上游侧看顺时针打旋的流。因此，使得已经通过漩涡产生部80b的对象气体在导管62中向下游流动的同时顺时针地(从上游侧看)旋转。由此，离心力作用在流经导管62的对象气体和灰尘D上。因而，使得灰尘D在导管62的周边部处流动。结果，确实地抑制了灰尘D进入布置于导管62中央部处的分流器63的入口 72。如上所述，对于漩涡产生部80、80a、80b可考虑各种结构。另外，由漩涡产生部80、80a、80b旋转对象气体的方向可以是从上游侧看的逆时针方向或顺时针方向。另外，漩涡产生部80、80a、80b处弯曲板83、86的数目可为一个或多个，并且理想的是将多个板布置于轴向对称的位置处。
图14的(a)和(b)示出本发明流量测量装置60的再一修改示例。图14 (a)为切去上游侧的透视图，并且图14 (b)为沿图2 (b)中A-A线剖切且以箭头方向观察的图示，其示出分流器及其周围。与图9中所示的流量测量装置60相比，图14的(a)和(b)中所示的流量测量装置60具有关于分流器的不同结构，而其他构造均相同。图14的(a)和(b)中所示的分流器63a在导管62中从检测元件12所布置的部分延伸至越过中央部的相对侧内表面。进一步，与图9中所示的分流器63相比，省去了支撑组件76，在延伸方向沿垂直面剖切的截面变宽了，并且入口 72与出口 73之间的空间以及小管部74与小管部75之间的空间变宽了。另外，其形状朝上游侧和下游侧逐渐变细(tapered)。因此，图14的(a)和(b)中所示仅分流器63a就能够作为阻力元件向对象气体提供适当阻力。也即，可以说图14的(a)和(b)中所示的分流器63a是由整体地形成图9中所示的分流器63和阻力元件而配置成。图15的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置60的再一修改示例。图15 (a)为部分剖切的透视图，并且图14 (b)为沿图2 (b)中A-A线剖切且从箭头方向观察的图示，其示出分流器63及其周围。与图9中所示的流量测量装置60相比，图15的(a)和(b)中所示的流量测量装置60具有关于分流器和收纳部的不同结构，而其他构造均相同。图15的(a)和(b)中所示的分流器63b布置于导管62的中央部处，并且为朝上游侧和下游侧开口的圆柱组件。另外，在图15的(a)和(b)所示的收纳部22b中，形成有连通部90以便从图9中所示收纳部22底面的中央部连通至分流器63b的检测腔室71b。电路板13b布置在连通部90的底面上，检测元件12在电路板13b中装设在其下表面上。像这样，本发明可应用于其中检测元件12布置在导管62中央部的分流型流量测量装置60。图16的(a)和(b)示出本实施例流量测量装置60的另一修改示例。图16 (a)为主视图，并且图16 (b)为沿图2 (b)中A-A线剖切且从箭头方向观察的图示。与图9中所示的流量测量装置60相比，图16的(a)和(b)中所示的流量测量装置60具有关于漩涡产生部的不同结构，而其他构造均相同。图16的(a)和(b)中所示的漩涡产生部80c是通过将图9中所示的漩涡产生部80布置在相对于开口部82的对称位置处而配置成。因而，漩涡产生部80c可以这样的方式配置，使得对象气体从导管62的中央部引入，并从导管62的周边部排出。注意到，对象气体可能反向流经导管62、分流器63和检测元件12。于是，在相对于分流器63对称的位置处添加本实施例的漩涡产生部80、80a至80c，从而即使在对象气体反向流动时也能得到上述的有益效果。也即，本发明能够应用于可测量双向流体流率的流量测量装置。本发明并不限于上述各个实施例，而是可以在权利要求所界定的范围内进行各种修改，并且，通过对不同实施例中分别揭示的技术手段进行适当组合所得到的实施例也应落入本发明的技术范围中。例如，虽然导管20、62中从上游侧到下游侧的方向上垂直截面的形状理想的是圆周(上述实施例也正是如此)，但其可以是诸如矩形等任意形状。如上所述，根据本发明的流量测量结构包括导管，待测量的流体经该导管流动；以及分流器，其分流流经所述导管的流体，并将分流流体引导至用于测量流体流率的检测元件，并且，为了解决上述问题，其特征在于，所述分流器的入口布置于导管中的中央部和周边部二者之一处，并且所述导管在所述入口上游包括引导部，其将所述流体引导至所述中央部和所述周边部二者之另一处。
根据上述构造，所述导管的引导部布置在所述分流器入口的上游。于是，当所述入口布置于所述导管中的周边部时，所述引导部将所述流体朝所述导管中的中央部引导。由此，所述导管中流动的灰尘因所述引导部而被朝着所述中央部引导以便抑制其从布置于所述周边部处的入口进入所述分流器。另一方面，当所述入口布置于所述中央部时，所述引导部将所述流体朝所述周边部引导。由此，所述导管中流动的灰尘因所述引导部而被朝着所述周边部引导以便抑制其从布置于所述中央部处的入口进入所述分流器。在根据本发明的流量测量结构中，当所述分流器的入口布置于所述导管中的周边部，并且所述引导部布置于所述入口的上游处以便朝所述中央部引导流体时，所述引导部可配置成这样的方式以使得至少在所述入口附近形成有倾斜部，所述导管的内径在该倾斜部中从上游侧向下游侧变窄。流动于所述入口上游侧附近的灰尘容易进入入口。因而，根据上述构造，通过布置于入口上游侧附近的倾斜部来引导容易进入入口的灰尘，从而抑制灰尘通过入口进入分流器。注意到，所述倾斜部可在导管中的整个周面上形成。在这种情况下，导管中的截面面积因倾斜部而变窄以便增加流体的流速，从而使灰尘可快速移动远离入口。结果，可确实地抑制灰尘通过入口进入分流器。另外，周边部处的流体与中央部处的流体因倾斜部而混合从而可使导管中的流速分布变均匀。结果是，能够有精度地估计流体的流率。根据本发明的流量测量结构进一步在导管处入口的下游布置有向流体提供适当阻力的阻力元件，并且该阻力元件优选在导管中的中央部处开口。在这种情况下，可使聚集至中央部的灰尘通过阻力元件的开口迅速地向下游移动。结果是，可确实地抑制灰尘通过入口进入分流器。在根据本发明的流量测量结构中，分流器的入口布置于导管中的中央部处，并且在引导部布置于入口的上游以便朝周边部引导流体时，该引导部优选包括这样的结构，该结构在流体中产生于导管内打旋的流。在这种情况下，由于该旋流，使得方向从导管中的中央部朝周边部的离心力作用在流体上。因而，使得导管中流动的灰尘因离心力而朝周边部移动，从而可抑制灰尘通过布置于中央部处的入口进入分流器。另外，通过引导部使得流体搅动，从而可使得导管中的流速分布变均匀。结果是，能够有精度地估计流体的流率。顺便提及，所述引导部产生旋流以使得已经通过引导部的流体中可出现压力损耗。于是，在根据本发明的流量测量结构中，导管可在入口的上游变宽。在这种情况下，导管在入口之前变窄从而已经被引入导管中的流体在入口之前压力有所提升，由此减小所述压力损耗。 在根据本发明的流量测量结构中，所述导管和所述分流器可配置成这样的方式以使得流体反向流动，并且所述导管可进一步设置有用于流体反向流动的情况的引导部。在这种情况下，该结构使得能够测量双方向上的流体流率。注意到，用于对待测量流体的流率进行测量的流量测量装置可提供与上述有益效果类似的有益效果，只要该流量测量装置设置有具有上述构造的流量测量结构以及布置于该流量测量结构的分流器处的用于测量流率的检测元件。工业实用性 如上所述，根据本发明，导管中流动的灰尘被导管的引导部(其布置于分流器入口的上游)朝着远离入口位置的位置引导，从而灰尘被抑制通过入口进入分流器，因此，本发明可应用于任意分流型的流量测量装置。附图标记说明I流量测量装置10流量测量结构11密封组件12检测元件13、13b 电路板14 盖20 导管21分流器22、22b 收纳部30、52阻力元件31 入口32 出口33检测腔室34、35 小管部50、51、55倾斜部(引导部)53中央部54周边部56引导部60流量测量装置61流量测量结构62、62a 导管63、63a、63b 分流器64大直径部
65小直径部72 入口73 出口76支撑组件71、71b检测腔室74、75 小管部81、80a至80c漩涡产生部(引导部) 81圆盘部82 开口部83、86 弯曲板84 轴部85支撑组件90连通部D 灰尘
权利要求
1.一种流量测量结构，包括导管，待测量的流体经该导管流动；以及分流器，该分流器分流流经所述导管的所述流体，并将分流的流体引导至用于测量所述流体的流率的检测元件， 其中所述分流器的入口布置于所述导管中的中央部和周边部二者之一处，并且其中所述导管在所述入口的上游包括引导部，该引导部将所述流体引导至所述中央部和所述周边部二者之另一处。
2.根据权利要求I所述的流量测量结构，其中所述分流器的入口布置于所述导管中的所述周边部处， 其中所述引导部布置于所述入口的上游并且被配置以将所述流体引导至所述中央部，并且 其中所述引导部通过至少在所述入口附近形成倾斜部来配置，在该倾斜部处所述导管中的直径从上游侧向下游侧变小。
3.根据权利要求2所述的流量测量结构，在所述导管中所述入口的下游还包括阻力元件，该阻力元件向所述流体提供适当阻力， 其中所述阻力元件在所述导管中的所述中央部处开口。
4.根据权利要求I所述的流量测量结构，其中所述分流器的入口布置于所述导管中的中央部处， 其中所述引导部布置于所述入口的上游，并且将所述流体引导至所述周边部，并且 其中所述引导部包括一结构，该结构使所述流体产生在所述导管中打旋的流。
5.根据权利要求4所述的流量测量结构，其中所述导管在所述入口的上游较宽。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的流量测量结构，其中所述流体在所述导管和所述分流器中能够反向流动， 其中所述导管还包括用于所述流体反向流动的情况的引导部。
7.一种流量测量装置，用于测量待测量流体的流率，包括 根据权利要求I至6中任一项所述的流量测量结构；以及 检测元件，布置于所述流量测量结构的分流器处以测量所述流率。
全文摘要
揭示的用于流量测量装置(1)中的流量测量结构(10)设置有导管(20)，待测量的气体经该导管流动；以及分流器(21)，其分流流经所述导管(20)的气体并将分流气体引导至用于测量所述气体的流量的检测元件(12)。所述分流器(21)的入口(31)设置于所述导管(20)的周边。所述导管(20)设置有倾斜部(50)，其设置于所述入口(31)的上游，并将所述气体朝所述导管(20)的中央引导。
文档编号G01F1/684GK102959364SQ201180031949
公开日2013年3月6日 申请日期2011年7月4日 优先权日2010年7月26日
发明者上田直亚, 山本克行, 野添悟史, 前田修治, 津熊雄二 申请人:欧姆龙株式会社