流体流动传感器热接口方法及系统技术方案

公开一种传感器方法和系统。可以提供流体流动传感器，其测量流体的热导率。该传感器自身可被配置成包括与传感器基片相关联的一个或多个检测部件。可以将加热器与所述传感器相关联，其中所述加热器将热量提供给所述流体。还可以提供膜元件，以将所述流体与所述加热器和所述传感器隔离，以使所述膜元件在从所述加热器至所述传感器的方向中传导热量，从而在所述传感器、所述加热器和所述流体之间形成热耦合，该热耦合允许所述传感器通过在其他方向中没有不期望的热量损耗情况下测量其中热导率来确定所述流体的成分。该膜元件可以被配置在成形的管道或流动通道之上或之内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
实施例总的涉及检测方法及系统。实施例还涉及流体流动传感器。实施例另外涉及使用在与流体流动传感器相关联的流动通道和管道设备。
技术介绍
在各种医疗、处理和工业应用中，传感器已经被用于测量流速，遍及从供给麻醉剂的便携式呼吸机至化学设备中的大规模处理设备。在这些应用中，流动控制是正确操作的固有方面，通过使用流动传感器测量流动系统内的流体流速来部分地实现该流动控制。在许多流动系统中，例如，含有甲醇和水的二元混合物的燃料电池流动系统，流体的化学组分可能频繁地改变。流动系统经常要求多于一种的具有不同化学和热物理性能的流体。例如，在通过基于氮的气体的半导体处理系统中，取决于处理的需要，基于氮的气体可随时地由基于氢或基于氦的气体所取代；或者在天然气计量系统中，因气体的不均匀浓度分布曲线，天然气的成分可能改变。因此，在各种应用中，流体流动传感器是重要的。通常必需的是利用液体或流体流动传感器确定流体的成分。用于确定流体成分的一种方法是测量其热导率，并且将得到的值与标准值相比较。通过测量从加热器传递至该流体的能量，可以获得测量值。在许多情况中，由于材料不相容、防爆应用、乃至医疗风险，而导致流体不应当与传感器和/或相关联的加热器相接触。然而，该材料典型地耗散来自流体和传感器的能量，从而降低热效率，进而降低信号质量。因此，所需要的是一种增强的传感器结构，该传感器结构可能克服前述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的下面概述被提供，以有利于对本专利技术独特的一些创新特征的理解，但不是用于作为全部说明。通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为一个整体，可以得到对本专利技术各个方面的全面理解。因此，本专利技术的一个方面提供改进的传感器系统和方法。本专利技术的另一个方面提供改进的材料或管道，用于流体的热传导测量的流体流动传感器中导热。本专利技术的另一个方面提供将加热器与流体流动传感器隔离的膜，用于其能量守恒和改进的测量。本专利技术的另一个方面提供改进的流体流动传感器，用于测量流体的成分。现在如这里所描述的，可以实现本专利技术的前述方面和其它目的及优点。公开了传感器方法和系统。流体流动传感器可被提供，该流体流动传感器测量流体的热导率。该传感器自身可被配置成包括与传感器基片相关联的一或多个检测部件。可将加热器与所述传感器相关联，其中所述加热器将热提供给所述流体。膜元件还可被提供，用于将所述流体与所述加热器和所述传感器隔离，以使所述膜元件在从所述加热器至所述传感器的方向中传导热量，从而在所述传感器、所述加热器和所述流体之间形成热耦合，该热耦合允许所述传感器通过在其他方向中没有不期望的热量损耗的情况下测量其热导率来确定所述流体的成分。该膜元件可被配置在成形的管道或流动通道之上或在其内。另外，该膜元件或管道可以由具有其壁厚的至少一个壁组成，其中多个导热颗粒被散布在所述管道或流动通道的所述一个壁或多个壁内。多个导热颗粒优选具有近似等于或小于所述壁厚的颗粒直径。该多个导热颗粒还具有高热导率和低电导率。附图说明在附图中，相同参考标记在所有单独的视图中表示相同或功能类似的部件，并且附图被结合及形成说明书的一部分，该附图进一步说明本专利技术且连同本专利技术的详细说明一起用于解释本专利技术的原理。图1说明依据本专利技术实施例的被实施的传感器系统的框图；图2说明依据本专利技术的可替换实施例的系统的直观图，包含具有卵形横截面的流动通道的该系统可被实施；图3说明依据本专利技术的可替换实施例的系统的直观图，在可被实施的该系统中流动通道包括卵形D状横截面；图4说明依据本专利技术的可替换实施例的被实施的金属点图形的顶视图；图5说明依据本专利技术的可替换实施例的被实施的金属线图形的顶视图； 图6说明依据本专利技术的可替换实施例的金属图模结构的侧视图；以及图7说明依据本专利技术的可替换实施例的被实施的传感器系统的框图。具体实施例方式在这些非限制性例子中说明的具体值和结构可被改变且仅仅是例证性的，以说明本专利技术的至少一个实施例，并且不是用于限制本专利技术的范围。图1说明依据本专利技术实施例的可被实施的传感器系统100的框图。系统100包括低热导率管道116，在管道116的壁上具有多个导热颗粒118。可以沿与检测媒质105相对的传感器基片102设置多个检测部件104和108。尽管单个传感器基片102和检测媒质105被描述在图1中的系统10中，可以理解其可替换实施例可被配置有一个或多个该传感器基片和一套或多套相关联的传感器部件的功能。检测媒质105例如可以为诸如在医疗应用中使用的盐水或另一相当医疗流体之类的流体。由箭头208和210表示的流体流动一般地与检测媒质105共线。在具体实施例中，部件106可以是与检测部件104和108共同定位的加热器或检测部件。部件104、106和108因此可被实施作为检测电阻器。假定部件106是加热器，然后热量可从加热器106通过导热颗粒118被传递至被检测的流体(也就是，检测流体105)。这样，热量可通过流体被传导至其它导热颗粒，其它导热颗粒与检测电阻器或检测部件104、108相接触。该热量最后通过该颗粒被传导至部件104和108，在该部件104和108点处热量被检测且产生流动信号。可以理解的是，尽管图1说明了部件106的使用(例如，加热器和/或检测部件)，但是图1中的结构可以没有部件106而被实施，在该情况中，部件104和108可被实施作为自加热部件，该部件根据流动可以以不同速度冷却。然而当没有流动时，部件104和108可获得相同数量的热量，并且它们的信号差值为零值。如果流动如箭头208至210所示表示为从右向左时，则传感器或检测部件108比检测部件104更冷。因此呈现出差值信号，该差值信号与质量流量成比例。注意在图1中，流体流动可以是双向的。在一个实施情况中，流体流动可以从右至左，分别从箭头208至210。在可替换实施例中，流体流动可以从左至右，分别从箭头211至213。多个导热颗粒118的各个颗粒直径近似等于管道116的壁的壁厚。该颗粒被以高百分率集聚，以使它们一般彼此没有实际接触。从而，在径向上的热导率远高于在其纵向或圆周方向中的热导率。基座管道116可以由低热导率的非硅树脂塑料材料形成。在可替换实施例中，硅树脂材料可以起作用，但是将因其相对高的热导率而具有低效率。从而，非硅树脂塑料材料是优选的。颗粒118具有高热导率和低电导率。颗粒118可以由诸如但不限于金刚石或晶体陶瓷材料之类的材料制成。阳极化铝或其它氧化金属可被利用以形成该颗粒118。导电颗粒还可以替代颗粒118使用，但是一般是不理想的，因为该颗粒可能与流过管道116的流体或进入不期望区域中的泄漏电流起反应。使用箭头208和210，通过检测媒质105的流体流动一般被描述在图1中。加热器106可以提供热，如由箭头106和108所示。为了确定流过检测媒质105的流体的热组分，该流体的热导率可经由传感器104和108被测量，且与标准值相比较。该检测功能还可以通过测量从加热器106传递至检测媒质105的功率(也就是，热量)来完成。管道116可由优先在加热器至流体的方向中将热/功率传导至传感器的材料薄片制成，以使热/功率没有浪费耗散在其它方向中。因此，可以由膜配置管道116，该膜将流体(也就是，检测媒体105)与加热器106、检测器基片102和检测部件10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器方法，包括步骤：提供用于测量流体的热导率的传感器，其中所述传感器包括与传感器基片相关联的至少一个流体检测部件；将加热器与所述传感器相关联，其中所述加热器将热量提供给所述流体；以及提供膜元件，该膜元件将所述流 体与所述加热器以及所述传感器隔离，以使所述膜元件在从所述加热器至所述传感器的方向中传导热量，从而在所述传感器、所述加热器和所述流体之间形成热耦合，该热耦合允许所述传感器通过在其他方向中没有不期望的热量损耗情况下测量其中热导率来确定所述流体的成分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW格曼，BD斯佩尔德里奇，RA阿尔德曼，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]