具有绝对压力补偿的空气质量流量传感器制造技术

本发明专利技术题为“具有绝对压力补偿的空气质量流量传感器”。本发明专利技术公开了一种质量流量传感器组件，该质量流量传感器组件包含绝对压力传感器以便经由电子器件补偿流过通道的流体的质量流量的输出读数。流量传感器和压力传感器可彼此紧邻地构建在通道中。可使用MEMS技术制造包括绝对压力传感器的质量流量传感器组件。

Air Mass Flow Sensor with Absolute Pressure Compensation

【技术实现步骤摘要】
具有绝对压力补偿的空气质量流量传感器
技术介绍
本公开涉及用于流体的流量测量的设备。
技术实现思路
本公开揭示了一种质量流量传感器组件，该种质量流量传感器组件包含绝对压力传感器以便经由电子器件补偿流过通道的流体的质量流量的输出读数。流量传感器和压力传感器可彼此紧邻地构建在通道中。可使用MEMS(微机电系统)技术制造包括绝对压力传感器的质量流量传感器组件。附图说明图1是流体测量系统的基本布局的示意图；图2是通道中的流量传感器的示意图；图3是流量传感器的另一种型式的示意图；图4是具有大气压力传感器的空气流量传感器的微流型式的分解图的示意图；图5是组装样式的图4的空气流量型号的示意图；图6是具有与图5中的型号不同的端口的压力传感器的示意图；图7是具有大气压力传感器的空气流量传感器的产品型式的分解图的示意图；图8是空气流量传感器的分解图的另一个示意图；图9是具有大气压力传感器的空气流量传感器的产品型式的分解图的示意图；图10示出了图9所示的空气流量传感器的下部视图；图11是示出绝对压力及随高度的变化的表格；图12揭示了与管流和孔流的压降或压损有关的方程的图表；图13是关于质量流量的方程的图表；图14是揭示质量流量的标准条件和计算的图表；图15是示出计算的图表，这些计算指出了在特定温度下体积流量和密度因压力变化而出现的变化；图16是指示在特定温度下采用管式流时的压降变化的图表；并且图17是示出在与以上所指示的特定温度不同的温度下的压降变化的图表。具体实施方式本专利技术系统和方法可在本文所述和/或所示的实施方式中包括一个或多个处理器、计算机、控制器、用户界面、无线和/或有线连接等。本具体实施方式可提供本专利技术系统和方法的一个或多个例示性且具体的示例或实现方式。可存在所述系统和方法的许多其他示例或实现方式。所述系统或方法的各方面可按照附图中的符号进行描述。符号可具有几乎任何形状(例如，方框)并且可指定硬件、对象、部件、活动、状态、步骤、过程以及其他项。术语“流体”可以指气体或液体。当校准质量流量传感器以按压降输出时，绝对压力对于实现质量流量传感器的准确输出可能是至关重要的。给定质量流量下跨部件的压降可基于绝对压力的变化而改变，但传感器的输出将保持不变。当校准质量流量传感器以按压降输出时，绝对压力对于实现准确输出似乎是至关重要的。有些人可能使用模拟质量流量传感器，这些传感器未经补偿，并且用于需要压差的应用中。他们可能期望升级到其下一代的数字高分辨率补偿传感器的产品。竞争者可制造不必校正绝对压力的补偿压降传感器。本公开通过提供更准确的性能而可表现出竞争优势。绝对压力感测晶粒可放置在传感器流动路径中或利用与流动路径的气动连接来放置，从而测量传感器流动路径内的绝对压力。可在校准期间利用所感测的压力数据来控制绝对压力，并且可使用压力数据针对绝对压力或大气压力的波动在数学上补偿与压降相对应的流量传感器输出。该系统可具有软件部件。传感器可为具有某种测量/检测和传输数据(例如，温度、压力、运动)的嵌入式软件的硬件设备。嵌入式软件可在设备/单元(例如，固件)中运行。图1是本专利技术系统的基本布局11的示意图。布局11可具有主流动通道或管12，其在一端处具有入口端口13并且在另一端处具有出口端口14。流量传感器15可位于入口端口13与出口端口14之间的通道12中的某位置处。压力传感器16可位于腔体26中，该腔体具有经由管17对通道12的连接。表示通道12中的流体的流量的信号可传送到电子器件18。表示通道12中的某位置处的绝对压力的信号可传送到电子器件18。大气压力传感器19可向电子器件18提供信号。电子器件18的输出可提供通道12中的流体的流量测量值。可使用绝对压力测量值来补偿流量测量值。还可进一步依据大气温度来补偿流量测量值。图2是通道12中的流量传感器15的示意图。流量传感器15按顺流次序可具有热传感器21、加热器22和热传感器23，或反之亦然。热传感器21可在时间t1检测通道12中的流体28的温度T1及该流体的流量24。加热器22可在时间t2将流体28加热到温度T2。第二热传感器23可在t3处检测流体28的温度T3。可分别在位置p1、p2和p3处测量温度T1、T2和T3。图3是流量传感器15的另一种型式的示意图。传感器15不必如图2的示意图中那样在两个感测电阻器之间具有加热器。相反，存在被加热的热电阻器31和32。流体28的流动可分别产生热传感器31和32的上游和下游电阻的差值。可由这些电阻的差值来确定流体28的流速24。当流体通道12中存在非零流体流24并且加热器元件22被加热到比流体流24中的流体的环境温度更高的温度时，对称温度分布可被扰动并且扰动量可与流体通道12中的流体流24的流速有关。流体流24的流速可引起上游传感器元件21感测比下游传感器元件23相对更冷的温度。换句话讲，流体流24的流速可引起上游传感器元件21与下游传感器元件23之间的温差，该温差与流体通道12中的流体流24的流速有关。上游传感器元件21与下游传感器元件23之间的温差可产生上游传感器元件21与下游传感器元件23之间的输出电压差。在另一个示例性实施方案中，可通过以下方式确定流体流24的质量流量和/或速度：在加热器元件22中提供瞬时高温条件，继而在流体流24中引起瞬时高温条件(例如，热脉冲)。当流体流24中存在非零流速时，上游传感器元件21可比下游传感器元件23更晚接收瞬时响应。然后使用上游传感器元件21与下游传感器元件23之间或者加热器通电时与传感器中的一者(诸如下游传感器23)感测到对应高温条件(例如，热脉冲)时之间的时间滞后来计算流体流24的流速。图4是具有大气压力传感器的空气流量传感器41的微流型式的分解图的示意图。基座部件42可包含用于传感器41的电子器件。中间部件43可包含流体(诸如空气)可流过其中的通道44。流量传感器45和压力传感器46可位于部件43中。部件47可具有输入端口48和输出端口49，它们分别连接到通道44的一端和通道44的另一端。空气或某种其他流体可流过输入端口48、通道44和输出端口49。图5是组装样式的空气流量型号41的示意图。图6是具有替代端口52和53的压力传感器51的示意图。传感器51可具有顶部部件54和底部部件55。传感器51的内部结构可与图4的传感器41的内部结构类似。图7是具有大气压力传感器的空气流量传感器61的产品型式的分解图的示意图。图8是空气流量传感器61的分解图的另一个示意图。空气流量传感器61的这两个视图在图7和图8中分别采取的是上部和下部视角。传感器61在顶部64中可具有入口端口62和出口端口63。可将下部65附接到上部64，从而形成作为一个单元的传感器61。部分65可包括流量传感器66和压力传感器67。部分65可包含用于传感器61的电子器件和端子68。在采用传感器51的下部视角的图8中，揭示了供流体(诸如空气)从端口62流动到端口63的流动通道69。用于压力传感器67的腔体73可具有通向流动通道69的分接头72。图9是具有大气压力传感器的空气流量传感器71的产品型式的分解图的示意图。部分75可具有入口端口76和出口端口77。部分75可配合在部分78上并附接到部分78，从而形成一个单元的传感器71。部分7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流量传感器组件，包括：外壳，所述外壳具有通道；输入端口，所述输入端口连接到所述通道的第一端；输出端口，所述输出端口连接到所述通道的第二端；质量流量传感器，所述质量流量传感器位于所述通道中；绝对压力传感器，所述绝对压力传感器具有一定构型，使得所述绝对压力传感器可检测所述腔体中的绝对压力；和电子器件模块，所述电子器件模块连接到所述绝对压力传感器和所述质量流量传感器；并且其中：将来自所述质量流量传感器的质量流速信号发送到所述电子器件；所述电子器件根据所述流速信号来提供所述通道中的流体的质量流速的指示；将来自所述绝对压力传感器的绝对压力信号发送到所述电子器件；并且所述电子器件根据所述绝对压力信号来补偿所述质量流速的所述指示。

【技术特征摘要】
2018.03.20 US 15/926,6471.一种流量传感器组件，包括：外壳，所述外壳具有通道；输入端口，所述输入端口连接到所述通道的第一端；输出端口，所述输出端口连接到所述通道的第二端；质量流量传感器，所述质量流量传感器位于所述通道中；绝对压力传感器，所述绝对压力传感器具有一定构型，使得所述绝对压力传感器可检测所述腔体中的绝对压力；和电子器件模块，所述电子器件模块连接到所述绝对压力传感器和所述质量流量传感器；并且其中：将来自所述质量流量传感器的质量流速信号发送到所述电子器件；所述电子器件根据所述流速信号来提供所述通道中的流体的质量流速的指示；将来自所述绝对压力传感器的绝对压力信号发送到所述电子器件；并且所述电子器件根据所述绝对压力信号来补偿所述质量流速的所述指示。2.根据权利要求1所述的组件，其中：将所述质量流量传感器和所述压力传感器集成为单个单元；以及利用MEMS制造技术将所述外壳和所述单个单元制造为一个或多个晶粒。3.根据权利要求1所述的组件，其中：所述通道在沿着直线路径从所述通道的所述第一端到所述通道的所述第二端的方向上延伸；并且所述通道表现为从所述通道的所述第一端到所述通道的所述第二端具有一个或多个弯曲的迂回路径；或者所述质量流量传感器包括第一热传感器和第二热传感器；并且温度数据从所述第一热传感器和所述第二热传感器传送到所述电子器件。4.根据权利要求3所述的组件，其中：所述电子器件根据所述第一热传感器和所述第二热传感器的温度信号来计算所述流体的所述质量流速；或者所述质量流量传感器还在所述第一热传感器和所述第二热传感器中的至少一者的上游包括加热器。5.根据权利要求1所述的组件，其中：所述电子器件包括处理器和存储器；所述存储器包含选自包括一个或多个查找表和一个或多个算法的组中的一项或多项；所述处理器包括模数转换器(ADC)，所述ADC具有连接到所述质量流量传感器和所述绝对压力传感器的输入；并且所述处理器根据如从所述ADC的输出数字化的所述质量流速信...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·C·索伦森，德里克·吉勒斯，威廉·胡佛，杰米·斯皮尔德里奇，伊恩·本特利，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US