專利名稱：流速測量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流速測量傳感器，特別是涉及一種在標(biāo)準(zhǔn)皮托管 內(nèi)安裝兩只微型壓阻壓力傳感器的流速測量傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在測量水流動態(tài)速度主要有皮托管、熱絲(或熱膜)風(fēng)速儀、 激光多普勒流速儀、粒子圖像測速儀，其他方法均是基于這些方法的 基本原理演變而來的。目前四種基本的流速測量手段各有特點，各有 應(yīng)用范圍，四種方法各有優(yōu)勢和缺陷，都不可能互相替代。皮托管式 因其使用方便、測量精度和性價比較高而在工業(yè)場合廣泛使用。
傳統(tǒng)的皮托管式測速儀是在皮托管的前端水流形成駐點，從而將
流速v轉(zhuǎn)換成壓力值，然后再使用比壓計測量出該壓力值而得到水流
速度。但是由于比壓計中的液柱有很大的慣性，所以在動態(tài)的測量中，
無法及時地測量出水流的速度。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補以上不足，本發(fā)明提供一種流速測量傳感器，具有響應(yīng) 快、測量精確、低量程線性度好優(yōu)點，輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號，可直接連接 儀表顯示和數(shù)據(jù)處理。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的 一種流速測量傳感器，由皮托 管、分別設(shè)于該皮托管前端和側(cè)部的總壓傳感器和靜壓傳感器組成， 該總壓傳感器和靜壓傳感器分別由硅壓阻敏感組件組成。
作為本發(fā)明的進一步改進，該硅壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋 結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，具有E型島膜結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進 一 步改進，該硅壓阻敏感組件尺寸為
2. 2醒X2. 2mm，而該硅敏感元件尺寸為1. 2mmX 1. 2mm。
作為本發(fā)明的進一步改進，該總壓傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè) 置于該皮托管前端管腔，并與該管腔前端的總壓進壓孔齊平安裝；該 靜壓傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè)置于該皮托管中部管腔，并與該皮 托管內(nèi)的靜壓引壓管輸出管口齊平安裝，該靜壓引壓管另一端作為靜 壓引壓口設(shè)于該皮托管側(cè)部。
作為本發(fā)明的進一步改進，該皮托管前端面呈半球狀，而該皮托 管的尾部具有流線形錐形結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進一步改進，該靜壓引壓管的引壓口與該皮托管前
端間的間距至少為該皮托管直徑的三倍。
作為本發(fā)明的進一步改進，該皮托管尾部連接固定輸出橫管，該 輸出橫管管腔與該皮托管尾部管腔連通，該總壓傳感器和靜壓傳感器 的兩信號引線分別通過該皮托管和輸出橫管連通的管腔引出，并分別 經(jīng)兩信號調(diào)理電路后引出到輸出電纜。
作為本發(fā)明的進一步改進，該皮托管尺寸為①8mmxi03mm，該橫 管為0)6mm，該靜壓引壓管的靜壓引壓口與該皮托管前端間距為24腿。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是由于流速壓力傳感器采用具有很好動 態(tài)特性的硅壓阻敏感組件，使用了硅敏感元件與進壓口齊平封裝，最 大限度地保證了動態(tài)測量的要求，可以很好地測量水流，改善了低量 程線性度，適應(yīng)了流速測量傳感器低量程，高精度要求。同時該結(jié)構(gòu) 可以最大限度的避免由于感壓管道的過長，導(dǎo)致氣泡在管道內(nèi)，引起 測量的失真。
本發(fā)明中的皮托管前端采用半球形設(shè)計，皮托管尾部采用流線形 錐形結(jié)構(gòu)，最小限度地減小了對流體力場的影響。
該流速測量傳感器實現(xiàn)了總壓、靜壓、動態(tài)、流速的一次性測量，
輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號，可直接連接儀表顯示和數(shù)據(jù)處理


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中B-B部分剖視圖； 圖3為本發(fā)明使用時的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
以下對照附圖作說明
1——流線形錐形結(jié)構(gòu)
2、 3——硅壓阻敏感組件 4——靜壓引壓管
-靜壓引壓口 -輸出管口
6、 7-
13——
14——
15—— 10——
一信號引線 輸出橫管
把手
輸出電纜
-皮托管
41——
42—— 5——總壓進壓孔
具體實施例方式
結(jié)合圖1,以下作進一步描述 一種流速測量傳感器，由皮托管
10、分別設(shè)于該皮托管前端(也稱迎水總壓測點處)和側(cè)部的總壓傳
感器和靜壓傳感器組成，該總壓傳感器和靜壓傳感器分別由硅壓阻敏
感組件組成，該總壓傳感器中的硅壓阻敏感組件3設(shè)置于該皮托管前 端管腔，并與該管腔前端的總壓進壓孔5齊平安裝。而該靜壓傳感器 中的硅壓阻敏感組件2設(shè)置于該皮托管中部管腔，并與該皮托管內(nèi)的 靜壓引壓管4的輸出管口 42齊平安裝，該靜壓引壓管4另一端作為靜 壓引壓口41設(shè)于該皮托管側(cè)部。該皮托管前端面呈半球狀，而該皮托 管的尾部具有流線形錐形結(jié)構(gòu)1。該皮托管尾部連接固定輸出橫管13， 該輸出橫管13管腔與該皮托管管腔貫通，該總壓傳感器和靜壓傳感器 的兩信號引線6和7分別通過該皮托管和輸出橫管連通的管腔引出， 并分別經(jīng)兩信號調(diào)理電路后引出到輸出電纜15，該兩信號調(diào)理電路安 裝在固定于該輸出橫管13末端的把手14內(nèi)，然后引出到該輸出電纜
15，該輸出橫管13位于該皮托管尾部，可以盡量減小對采壓點處流場 的影響。
該硅壓阻敏感組件采用中國專利"一種微型動態(tài)壓阻壓力傳感器 及其制造方法"(專利號ZL2003101063298)公開技術(shù)方案制成的，該 硅壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，采用MEMS
(Micro Electro Mechanical System)硅體微機械加工方法制造，該 硅敏感元件為具有力敏區(qū)的圓平硅膜片，該圓平硅膜片兩面依次覆蓋 有Si02層和S:UN4層，該力敏區(qū)的正面有惠斯通應(yīng)變?nèi)珮虿⒁鲭娮桦?極，該力敏區(qū)的正面周邊部裸露出硅芯片，并焊接于拋光Pyrex或GG— 17玻璃環(huán)片，形成該硅壓阻敏感組件，該電阻電極焊接于金絲內(nèi)引線 一端。PYREX玻璃環(huán)片，業(yè)內(nèi)都知道，它是康寧公司(Corning)的產(chǎn)品， 專為半導(dǎo)體封裝設(shè)計，具有與硅接近的物理性能。國產(chǎn)替代產(chǎn)品為GG —17硼硅玻璃，業(yè)內(nèi)皆知，為上海醫(yī)學(xué)玻璃廠產(chǎn)品，市場上可以買到， 與PYREX玻璃環(huán)片及硅有著極為相近的熱膨脹系數(shù)。
該硅壓阻敏感組件的玻璃環(huán)片另一面粘貼在進壓口設(shè)有的環(huán)行凹 坑面，實現(xiàn)該硅壓阻敏感組件的硅膜片背面與傳感器進壓口的端面齊 平封裝，該金絲內(nèi)引線另一端焊接于該信號調(diào)理電路(或稱轉(zhuǎn)接電路)。 該硅敏感元件具有為E型島膜結(jié)構(gòu)，適應(yīng)了流速測量傳感器低量程、高 精度要求。
該硅壓阻敏感組件尺寸為2. 2mmX2. 2mm，而該硅敏感元件尺寸為 1.2醒X1.2咖，可具有高達150KHz的固有頻率，使得可響應(yīng)頻率可達 30KHz以上。
該皮托管10尺寸為O8 mmX103mm，該輸出橫管13為0 6咖，該靜 壓引壓管4的靜壓引壓孔41與該皮托管10前端間距為24mm (即三倍于該 皮托管管徑)。
該總壓傳感器和靜壓傳感器信號的引出通過輸出橫管13到達橫管尾
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部的把手14中，該把手14為一直徑稍粗0)27 mmX200mm的圓筒，其作
用如一個把手或固定部，同時其內(nèi)部為兩個信號調(diào)理電路。將該總壓 傳感器和靜壓傳感器輸出變?yōu)槿€制0-5V輸出信號，引出的信號直接
與流速測算顯示儀器部分相連。 皮托管的流速公式為
其中C為系統(tǒng)精度校準(zhǔn)參數(shù)，
G為重力加速度，
H為傳感器總壓減靜壓后得到的差壓水柱高度。 這樣該流速測量傳感器實現(xiàn)了總壓、靜壓、動態(tài)、流速的一次性
權(quán)利要求
1、一種流速測量傳感器，其特征在于，由皮托管(10)、分別設(shè)于該皮托管前端和側(cè)部的總壓傳感器和靜壓傳感器組成，該總壓傳感器和靜壓傳感器分別由硅壓阻敏感組件組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種流速測量傳感器，其特征在于，該硅 壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，具有E型島膜結(jié) 構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種流速測量傳感器，其特征在于，該硅 壓阻敏感組件尺寸為2.2ramX2.2mm，而該硅敏感元件尺寸為1.2 mmx 1. 2 mm 。
4、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的一種流速測量傳感器，其特征在 于，該總壓傳感器中的硅壓阻敏感組件(3)設(shè)置于該皮托管(10)前 端管腔，并與該管腔前端的總壓進壓孔(5)齊平安裝；該靜壓傳感器 中的硅壓阻敏感組件(2)設(shè)置于該皮托管(10)中部管腔，并與該皮 托管內(nèi)的靜壓引壓管(4)輸出管口 (42)齊平安裝，該靜壓引壓管(4) 另一端作為靜壓引壓口 (41)設(shè)于該皮托管側(cè)部。
5、 如權(quán)利要求4所述的一種流速測量傳感器，其特征在于，該皮 托管(10)前端面呈半球狀，而該皮托管(10)的尾部具有流線形錐 形結(jié)構(gòu)(1)。
6、 如權(quán)利要求4所述的一種流速測量傳感器，其特征在于，該靜 壓引壓管(4)的引壓口 (41)與該皮托管(10)前端間的間距至少為 該皮托管直徑的三倍。
7、 如權(quán)利要求4所述的一種流速測量傳感器，其特征在于，該皮 托管(10)尾部連接固定輸出橫管(13)，該輸出橫管(13)管腔與該 皮托管(10)尾部管腔連通，該總壓傳感器和靜壓傳感器的兩信號引 線(6、 7)分別通過該皮托管和輸出橫管連通的管腔引出，并分別經(jīng) 兩信號調(diào)理電路后引出到輸出電纜(15)。
8、如權(quán)利要求7所述的一種流速測量傳感器，其特征在于，該皮 托管(10)尺寸為①8X103咖，該橫管為①6咖，該靜壓引壓管(4) 的靜壓引壓口 (41)與該皮托管(10)前端間距為24腿。
全文摘要
一種流速測量傳感器由皮托管、分別設(shè)于皮托管前端和側(cè)部的總壓傳感器和靜壓傳感器組成，總壓傳感器和靜壓傳感器分別由硅壓阻敏感組件組成，硅壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，具有E型島膜結(jié)構(gòu)，總壓傳感器中硅壓阻敏感組件設(shè)于皮托管前端管腔，并與管腔前端的總壓進壓孔齊平安裝，靜壓傳感器中硅壓阻敏感組件設(shè)于皮托管中部管腔，并與皮托管內(nèi)的靜壓引壓管輸出管口齊平安裝，靜壓引壓管設(shè)于皮托管側(cè)部，皮托管尾部連接輸出橫管，兩傳感器的信號引線分別通過皮托管和輸出橫管連通的管腔引出，并分別經(jīng)兩信號調(diào)理電路后引出到輸出電纜，本發(fā)明具有總壓、靜壓、動態(tài)、流速一次性測量，輸出信號可直接連接儀表顯示和數(shù)據(jù)處理。
文檔編號G01P5/14GK101382563SQ20071013205
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者戴曉兵, 朱金寶, 李水俠, 成 楊, 王利強, 王文襄 申請人:昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司