專利名稱：可變孔流量傳感器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及流體流量傳感器的領(lǐng)域。特別是，它涉及對(duì)可變孔或可變阻塞面積類型的流體流量傳感器的改進(jìn)，它通常與壓力轉(zhuǎn)換器結(jié)合使用，以便從管道中的流體(特別是氣體)流產(chǎn)生一壓差信號(hào)，其中壓差信號(hào)的值與流率值有關(guān)?？梢来伟蚜髀手祵?duì)時(shí)間積分來(lái)求出容積。
上述種類的流量傳感器已經(jīng)通用于醫(yī)療用途，特別是用來(lái)測(cè)量醫(yī)療呼吸器中的呼吸氣體的流率。這種流量傳感器的特殊例子參見下面的美國(guó)專利Stupecky 4989456，Guillaume等的4993269；和Stupecky的5038621。這些專利涉及的可變孔流量傳感器采用鉸接阻塞物或舌門，它們安裝在公知區(qū)域的流量孔道內(nèi)。舌門經(jīng)安裝，因此孔道的總面積的對(duì)流體流敞開的部分與穿過(guò)孔道的流率成正比。橫過(guò)孔道的壓降與穿過(guò)孔道的開口面積成正比。這樣，橫過(guò)孔道的壓差與經(jīng)過(guò)孔道的流率直接相關(guān)。該壓差由孔道上游和下游的壓力孔感應(yīng)。感應(yīng)的上游和下游的壓力直接傳到壓差傳感器，該壓差傳感器產(chǎn)生模擬電信號(hào)，其值表示壓差值。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字并輸入到微處理器，該微處理器經(jīng)編程以計(jì)算表示穿過(guò)孔道的瞬時(shí)容積流體流率的值。
盡管上述類型的流量傳感器已經(jīng)達(dá)到可接受的精度和可靠度水平。但人們?nèi)栽噲D尋求更進(jìn)一步的改進(jìn)。特別是，用于呼吸性治療儀器特別是醫(yī)療呼吸器中的流量傳感器，由例如不銹鋼材料制造，它可以在高壓滅菌器中滅菌。然而，由于在長(zhǎng)期使用過(guò)程中重復(fù)的偏轉(zhuǎn)，并由于響應(yīng)高流率受到的過(guò)應(yīng)力，由不銹鋼制成的舌門容易疲勞和出現(xiàn)故障(特別是在碰撞鉸接連接點(diǎn))。通過(guò)使舌門的鉸接連接部分加強(qiáng)并通過(guò)增加舌門的面積，因此在高流率下它不會(huì)承受過(guò)應(yīng)力，這樣可解決這個(gè)問(wèn)題，但是這個(gè)解決辦法導(dǎo)致在低流率下分辨能力的損失。
而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用不銹鋼舌門本身會(huì)導(dǎo)致低端分辨能力損失。這是因?yàn)?，在制造過(guò)程中，不銹鋼板具有殘留形變，這與實(shí)際平面構(gòu)造背離。換句話說(shuō)，舌門經(jīng)常略微彎曲，因此，當(dāng)它安裝在孔道內(nèi)時(shí)，在舌門的周邊和限定孔道的環(huán)形表面之間存在間隙。這導(dǎo)致在零流率下的非零孔道面積，并依次導(dǎo)致在低流率下分辨能力損失。而且，為避免由于暴露在高壓滅菌器的高溫下導(dǎo)致精度變差，舌門有利的需要退火。然而，退火處理使不銹鋼變軟，硬度或剛度的最終損失導(dǎo)致舌門在低流率下最顯而易見的可測(cè)量的響應(yīng)度損失。這樣，盡管它是不精確的一個(gè)原因(暴露在高溫下)，退火處理還是另一個(gè)原因(舌門剛度的損失)。
這樣，需要可變孔流量傳感器，它具有金屬(最好是不銹鋼)舌門，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中即使重復(fù)暴露在高流率下，該舌門能夠承受重復(fù)的偏轉(zhuǎn)而不會(huì)發(fā)生疲勞或破壞。而且還需要這種流量傳感器，它還具有好的低端敏感度和分辨能力。還需要這樣的一種流量傳感器，它能承受重復(fù)的高壓滅菌而不會(huì)在一段時(shí)間精度變差，而且不會(huì)犧牲響應(yīng)度。
發(fā)明概述廣義上說(shuō)，本發(fā)明是一種可變孔流量傳感器，它包括一個(gè)第一流體流動(dòng)孔口，一個(gè)第二流體流動(dòng)孔口，一個(gè)流量管件，該流量管件限定了一個(gè)流量孔道并將第一和第二流體流動(dòng)孔口流體連接，一個(gè)可磁化金屬板的舌門，該舌門通過(guò)一個(gè)鉸鏈部分安裝在管件內(nèi)，這樣響應(yīng)經(jīng)過(guò)管件的流體流量，舌門有角度地偏轉(zhuǎn)出孔道的平面，以與經(jīng)過(guò)管件的流體流率成比例地改變孔道的有效流體流量橫截面積，和在舌門任一側(cè)上的壓力感應(yīng)旋塞，其中改變包括在靠近鉸鏈部分的管件內(nèi)的一個(gè)限制偏轉(zhuǎn)表面，當(dāng)舌門響應(yīng)流體流率經(jīng)歷一次至少等于一預(yù)選限定角度的角偏轉(zhuǎn)時(shí)鉸鏈部分抵靠該限制偏轉(zhuǎn)表面，該流體流率至少等于一預(yù)定值，因此使鉸鏈部分的過(guò)應(yīng)力最小。其改進(jìn)還包括靠近舌門的管件內(nèi)的至少一個(gè)磁鐵，因此，該磁鐵產(chǎn)生作用在舌門上的一磁場(chǎng)，以便迫使其到一個(gè)位置，該位置傾向于使舌門和管件的該部分之間存在的零流量間隙最小，管件的該部分當(dāng)沒(méi)有流體流過(guò)孔道時(shí)限定了流體流量孔道。
在一個(gè)特定的優(yōu)選實(shí)施例中，舌門的鉸鏈部分與一樞軸部件，例如銷，鉚釘，或等效部件連接。樞軸部件具有基本上平行于管件軸線的軸線。從樞軸部件徑向向內(nèi)伸進(jìn)管道內(nèi)的是一對(duì)由一成度的槽口分隔開的支承板。該槽口沿垂直于樞軸部件的軸線的一條線具有一個(gè)頂點(diǎn)，這樣在相應(yīng)的支承板上，槽口限定了一對(duì)相對(duì)的限制偏轉(zhuǎn)表面，當(dāng)它們從樞軸部件徑向向內(nèi)延伸時(shí)，支承板相互有角度地分開。這樣，板的限制偏轉(zhuǎn)表面確定了舌門的鉸鏈部分的移動(dòng)的角極限。
而且，在該特定的實(shí)施例中，第一和第二盤形磁鐵分別容納在第一和第二凹槽內(nèi)，該第一和第二凹槽形成在靠近舌門的管件的外壁內(nèi)。舌門由一塊不銹鋼板切割，壓制或化學(xué)蝕刻，該不銹鋼板經(jīng)冷軋以獲得良好的磁性。磁鐵的位置和場(chǎng)強(qiáng)經(jīng)選擇，使得其產(chǎn)生的磁場(chǎng)迫使或牽引舌門進(jìn)入一個(gè)位置，在該位置，舌門的邊緣和管件的限定孔道部分之間存在的間隙在零流量條件下最小化。該場(chǎng)強(qiáng)足夠強(qiáng)以模擬并因此補(bǔ)償在退火處理(如上所述)期間損失的剛度或硬度，然而，其強(qiáng)度不應(yīng)強(qiáng)到在高流率下造成舌門的顯著偏轉(zhuǎn)。這樣，低端響應(yīng)度改進(jìn)的同時(shí)不會(huì)犧牲高端的精確度。
從下面的詳細(xì)描述中可以更好的理解，本發(fā)明具有比已有技術(shù)顯著的優(yōu)點(diǎn)。特別是，限制偏轉(zhuǎn)表面限制舌門的鉸鏈部分的有角度的彎折，因此，一旦達(dá)到移動(dòng)的角極限，鉸鏈部分承受的應(yīng)力很少或不增加。而且，在高流率下，舌門繞支承板的邊緣彈性彎曲，因此在不顯著導(dǎo)致鉸鏈部分內(nèi)的應(yīng)力引發(fā)疲勞的前提下，產(chǎn)生測(cè)值。這增加了傳感器的使用壽命，即使當(dāng)它承受高的流率時(shí)，也不會(huì)顯著影響低流率下的分辨能力或敏感度。而且，由一個(gè)或多個(gè)磁鐵產(chǎn)生的間隙最小化增加了在低流率下的分辨能力。這樣，在測(cè)量的流率范圍的高極限值和低極限值，本發(fā)明的傳感器具有較高的壽命，和好的分辨能力。
附圖簡(jiǎn)要描述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流體流量傳感器的透視圖；圖2是沿圖1的線2-2截取的軸向橫截面視圖；圖3是圖2的虛線輪廓3內(nèi)所限定的區(qū)域內(nèi)的詳圖，它表示處于零流量位置的舌門；圖4是類似于圖3的視圖，但它表示位于移動(dòng)的一個(gè)角極限的舌門，該角極限響應(yīng)于高流體流率；圖5是沿圖2的線5-5截取的橫截面視圖；圖6是沿圖2的線6-6截取的橫截面視圖7是沿圖6的線7-7截取的橫截面視圖；圖8是沿圖7的線8-8截取的橫截面視圖；圖9是作為流率函數(shù)的流量孔道的壓降的圖表，其中對(duì)比了具有和不具有本發(fā)明的一個(gè)磁鐵或多個(gè)磁鐵所帶來(lái)的改進(jìn)的條件下在低流速下的傳感器的性能；和圖10是采用本發(fā)明的流量傳感器的流率測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在參見圖1至8，它們表示本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的可變孔流體流量傳感器10。如圖1和2最佳所示，傳感器10包括確定了第一流體流動(dòng)孔口14的第一管件12，和確定了第二流體流動(dòng)孔口18的第二管件16。第二管件16具有與第二流體流動(dòng)孔口18相對(duì)的一個(gè)內(nèi)螺紋開口20，該內(nèi)螺紋開口20容納第一管件12的外螺紋端22。這樣，通過(guò)螺紋開口20和螺紋端22的相配合的螺紋，第一和第二管件12，16可拆卸的相互結(jié)合。因?yàn)閭鞲衅?0是一個(gè)雙向傳感器，每個(gè)流體流動(dòng)孔口14，18可或者用作輸入口，或者用作輸出口。
一個(gè)環(huán)形肩24位于第二管件16內(nèi)部并從螺紋開口20向內(nèi)延伸一個(gè)較短距離。肩24形成短管狀管件26的支座，下面將對(duì)其進(jìn)行完整的描述。環(huán)形墊片27可有利的設(shè)置在肩24和管件26之間。第二管件16設(shè)有剛好在螺紋開口20內(nèi)部的第一內(nèi)螺紋徑向孔28。在與第一徑向孔28相對(duì)側(cè)，第二內(nèi)螺紋徑向孔30設(shè)置在第二管件16內(nèi)并從肩24向里一個(gè)較短距離處。第一和第二徑向孔28，30分別容納第一和第二壓力傳感旋塞32，34，每個(gè)壓力傳感旋塞32，34具有與其各徑向孔的內(nèi)螺紋配合的外螺旋部分。壓力傳感旋塞32，34分別通過(guò)軟管35與電子組件36的輸入端連接，該電子組件36包含電子可擦寫程序只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)芯片39(圖10)。組件36由熱壓塑料制成，EEPROM 39裝在耐熱環(huán)氧樹脂內(nèi)，因此整個(gè)組件36可與傳感器10一起在高壓滅菌器內(nèi)滅菌。如圖1所示，組件36包括許多導(dǎo)電插頭41，該導(dǎo)電插頭41與EEPROM 39內(nèi)的適當(dāng)?shù)妮斎牒洼敵龆俗?未表示)電連接，因此，如下所述，數(shù)據(jù)可存放在EEPROM 39內(nèi)和從EEPROM 39內(nèi)讀取。
管件26最好由防腐蝕，無(wú)磁材料，例如鋁或熱壓塑料制成。它在第一和第二流體流動(dòng)孔口14，18之間提供流體連通。管件26具有略小于螺紋開口的內(nèi)徑的外徑，因此，它可經(jīng)過(guò)螺紋開口20插入第二管件16內(nèi)，直到它頂住墊片27。面向第一管件12的管件26的邊緣包括一個(gè)槽口或切口37，該槽口或切口37與第二管件16內(nèi)的第一徑向孔28對(duì)齊，而且容納第一壓力傳感旋塞32。為了安裝或去掉管件26，第一壓力傳感旋塞32必須至少部分從第一徑向孔28部分牽出一段足夠的距離，以提供管件26的間隙。
管件26由一對(duì)環(huán)26a，26b形成，該對(duì)環(huán)分別通過(guò)第一和第二連接銷38a，38b在對(duì)稱相對(duì)點(diǎn)一前一后地相對(duì)稱地連接?；蛘撸墒褂勉T釘，桿，螺釘，或等效連接裝置(例如粘合劑)以便使環(huán)26a，26b連接在一起，以形成管件26。在環(huán)26a，26b之間設(shè)有薄隔板40，該薄隔板由一張不銹鋼板切割，壓制或化學(xué)蝕刻得到，該不銹鋼板經(jīng)冷軋以獲得良好的磁性。如圖6最佳所示，隔板40包括一個(gè)固定的外環(huán)部分42，該外環(huán)部分42位于環(huán)26a，26b之間，并通過(guò)銷38a，38b固定在其上。這樣，環(huán)形部分42成為確定傳感器10的流體流量孔道的管件26的一部分。隔板40的中心部分形成流量響應(yīng)舌門44，該流量響應(yīng)舌門44可變的阻塞由隔板40的外環(huán)形部分42確定的流體流量孔道。舌門44通過(guò)鉸鏈部分46與外環(huán)部分42連接，因此舌門44可在任一方向相對(duì)于流體流量孔道的平面，即由外環(huán)部分42確定的平面進(jìn)行角偏轉(zhuǎn)。流體流量孔道的有效的流體流量橫截面積與舌門44的角偏轉(zhuǎn)成正比，對(duì)此下面將詳細(xì)描述。
如圖3和4所示，舌門44的鉸鏈部分46通過(guò)第一連接銷38a與管件26連接，這樣第一連接銷38a用作樞軸部件。在第一連接銷38a之下，每個(gè)環(huán)26a，26b設(shè)有一個(gè)向下懸垂的板48，它包括限制偏轉(zhuǎn)表面50。該限制偏轉(zhuǎn)表面50相互有角度的分開以形成一個(gè)成角的槽口52，該成角的槽口52沿垂直于第一連接銷38a的軸線的一條線具有一個(gè)頂點(diǎn)。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，槽口成一個(gè)近似30度的角。下面解釋限制偏轉(zhuǎn)表面50的目的。
參見圖6，7和8，管件26的外壁表面在下連接銷38b的任一側(cè)設(shè)有一對(duì)淺室54。室54位于環(huán)26a，26b之間的交界處，隔板40的外環(huán)部分42插入其中。因此，隔板40的環(huán)形部分42包括一對(duì)凹槽，該凹槽與室54對(duì)齊，因此室54位于環(huán)26a，26b內(nèi)，并在隔板40的環(huán)形部分42內(nèi)。每個(gè)室54容納盤形永磁鐵56。磁鐵56吸引隔板40，并且它們通過(guò)液體硅橡膠粘合密封劑57密封就位(圖8)，該液體硅橡膠粘合密封劑57在室溫下暴露在環(huán)境大氣中可迅速硬化。如果傳感器用于醫(yī)療用途(例如醫(yī)療呼吸器)，密封劑應(yīng)符合在21CFR177.2600中提出的FDA規(guī)則。與該規(guī)則符合的適當(dāng)?shù)牟牧嫌杉~約Waterford的通用電氣公司以所有權(quán)名稱“RTV110”銷售。密封劑57不僅使磁鐵56保持在室54內(nèi)，它還保護(hù)它們不受腐蝕。
現(xiàn)在可描述傳感器10的操作。經(jīng)過(guò)管件26的零流體流率(在任一方向)，確定了靜流狀態(tài)。舌門44的平面基本上垂直于流體流動(dòng)路徑，該流體流動(dòng)路徑沿管形構(gòu)件12，16和管件26的縱軸伸展。舌門44和隔板40的外環(huán)部分42之間的間隙最小(例如，在成熟的醫(yī)療呼吸器用途中小于1mm)，因此，由環(huán)形部分42確定的流量孔道的有效流體流量橫截面積最小。因?yàn)椴淮嬖跈M過(guò)流體流動(dòng)孔道的流量，在壓力旋塞32，34之間的壓降為零。
在非零流體流率下，舌門44離開流體流量孔道的平面有角度地偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)角與流體流率成比例，流體流量孔道的有效流體流量橫截面積與偏轉(zhuǎn)角成比例。這樣，流體流量孔道的有效流體流量橫截面積隨穿過(guò)孔道的流率成比例地增加。
流過(guò)固定孔道的流體的壓降與流率的平方成比例。在本發(fā)明中，由于孔道的橫截面積隨流率基本上線形增加，壓降是流率的更接近線性的函數(shù)。該現(xiàn)象的一個(gè)后果是與流經(jīng)固定孔道的相比在低流率下的壓降增加，與此同時(shí)，與固定孔道流量傳感器相比，在高流率下的壓降降低。
如圖10所示，穿過(guò)孔道的壓降由壓力旋塞32，34感應(yīng)，并經(jīng)過(guò)軟管35與組件36的輸入端連通。組件36包括一對(duì)內(nèi)部通道(未表示)，該內(nèi)部通道將感應(yīng)的壓降傳送到對(duì)應(yīng)的一對(duì)出口58(圖1)，該出口58借助軟管(未表示)與已有技術(shù)中任何公知的適當(dāng)類型的壓差傳感器60連接。壓差傳感器60產(chǎn)生具有可表示壓降的值的模擬電信號(hào)。該模擬信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器62(已有技術(shù)中公知的任何適當(dāng)類型)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器64，該微處理器64經(jīng)過(guò)編程以產(chǎn)生表示穿過(guò)孔道的瞬間容量流率的值。執(zhí)行該功能所需要的程序?qū)Ρ绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)常規(guī)的事務(wù)。例如，經(jīng)驗(yàn)獲得的流率與壓力值之比的查閱表可存在EEPROM 39內(nèi)，并以預(yù)定的間隔由微處理器64定地址。然后微處理器64產(chǎn)生的瞬間容積流率值輸出到顯示裝置66，該顯示裝置可以是儀表或字母顯示器(例如LED，LCD或氣體放電顯示器)。
在EEPROM 39內(nèi)存儲(chǔ)的查閱表可利用公知的校準(zhǔn)技術(shù)由流量傳感器的預(yù)先校準(zhǔn)產(chǎn)生。例如，可變氣流源可用來(lái)產(chǎn)生公知的穿過(guò)傳感器10的預(yù)期范圍的精確值的流率。
低流率分辨能力和靈敏度取決于舌門44和限定孔道的環(huán)形部分42之間的最小化的間隙。典型的，最好，間隙不超過(guò)約1毫米(最好略小)。由于制造不銹鋼隔板40的限制，包括舌門44的隔板40常與嚴(yán)格平面的構(gòu)造背離。這種背離產(chǎn)生一個(gè)間隙，該間隙隨傳感器而變化，而且顯然大于理想的1毫米的最大值。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，使用磁鐵56。磁鐵56結(jié)構(gòu)和位置使得其產(chǎn)生的磁場(chǎng)將舌門44拉進(jìn)一個(gè)位置，在該位置，舌門44和環(huán)形部分42之間的間距最小。磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)以便模擬并因此補(bǔ)償在退火處理期間損失的硬度和剛度，然而，不會(huì)強(qiáng)到在高流率下產(chǎn)生舌門上顯著的偏轉(zhuǎn)。在這些限制下，選擇場(chǎng)強(qiáng)，因此使舌門44偏轉(zhuǎn)所需要的閾值流率保持為一個(gè)可接受的最小值(通常小于1LPM)。
圖9表示與已有技術(shù)的缺少磁鐵56的流量傳感器相比具有上述改進(jìn)的流量傳感器的改進(jìn)的低端性能。圖9是在-7LPM至+7LPM(表示雙向流動(dòng))的范圍內(nèi)測(cè)量的壓降與流率之比的圖表。在圖9中，由方塊數(shù)據(jù)點(diǎn)限定的曲線A表示作為已有技術(shù)的缺少磁鐵56的流量傳感器的流率的函數(shù)的壓降測(cè)值，而由鉆石形數(shù)據(jù)點(diǎn)確定的曲線B表示作為采用磁鐵56的改進(jìn)流量傳感器的流率的函數(shù)的壓降測(cè)值。曲線A和B的比較表示根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的傳感器在低流率下增強(qiáng)的敏感度(即作為流率的函數(shù)的壓降的較大的絕對(duì)值)。由此，對(duì)于改進(jìn)的帶磁鐵56的流量傳感器來(lái)說(shuō)，在低流率下，改進(jìn)的敏感度帶來(lái)了改進(jìn)的分辨能力。
在本發(fā)明的特定的原型中，經(jīng)過(guò)與本發(fā)明相同但缺乏磁鐵56的流量傳感器的類似的流率相比較，采用低至±0.7升/分(LPM)的校準(zhǔn)流率。在本發(fā)明的原型中，在-0.7LPM下的壓降幾乎是-0.026厘米的水(cmH2O)，在+0.7LPM下的壓降幾乎是0.0188厘米的水(cmH2O)。這與未改進(jìn)的傳感器對(duì)比，該未改進(jìn)的傳感器在-0.7LPM下的壓降幾乎是-0.008厘米的水(cmH2O)，在+0.7LPM下的壓降幾乎是0.002厘米的水(cmH2O)。
與此同時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與第二連接銷38b(如圖6所示)等距離布置的兩個(gè)盤形磁鐵56產(chǎn)生最佳值，并且便于裝配(因?yàn)榈诙B接銷38b的位置不一定要改變)，其它磁鐵結(jié)構(gòu)和位置可產(chǎn)生可接受的結(jié)果。例如，通過(guò)移動(dòng)(或取消)第二連接銷38b，單獨(dú)的一個(gè)磁鐵可產(chǎn)生更好的效果。
圖4表示在高流率下舌門44的動(dòng)作。至多到預(yù)定的流率，整個(gè)舌門44以均勻的角度偏轉(zhuǎn)，并借助鉸鏈部分46繞上連接銷38a旋轉(zhuǎn)。在該點(diǎn)，鉸鏈部分46的進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)受其與如圖4的實(shí)線輪廓所示的其中一個(gè)限制偏轉(zhuǎn)表面50抵靠限制。在流率大于預(yù)定的流率時(shí)，舌門44繞圖4的虛線所示的相鄰的抵靠板48的底面彈性彎曲。這種彎曲動(dòng)作允許舌門持續(xù)其增加孔道的有效流體流量橫截面積的功能，而不會(huì)在較精致的鉸鏈部分46上施加附加的應(yīng)力。與迄今可能的相比，這允許測(cè)量較高的流率而不會(huì)使鉸鏈部分46變形或破壞，與此同時(shí)，還增加傳感器的壽命周期。
如上所述，在本發(fā)明的一個(gè)特定的實(shí)施例中的槽口52構(gòu)成的角度為30度。這樣，對(duì)于所述的典型實(shí)施例，在任一方向上槽口52構(gòu)成的角度的一半即15度是鉸鏈部分46的最大角偏轉(zhuǎn)。對(duì)于由傳感器10測(cè)定的任何給定的流體流量范圍，和/或?qū)τ谌魏谓o定的由舌門44堵塞的孔道的任何給定的流體流量橫截面積(它可與待測(cè)量的流體流量范圍相關(guān))，存在一個(gè)很小范圍的槽口角，以提供可接受的性能。如果槽口角太大，鉸鏈部分46承受過(guò)分的彎折，導(dǎo)致潛在的過(guò)早損壞。如果角度太小，由于對(duì)鉸鏈部分46移動(dòng)的限制，在較高流率下，舌門44的阻力可產(chǎn)生過(guò)高的壓降。過(guò)高的壓降應(yīng)避免應(yīng)用在例如醫(yī)療呼吸器，因?yàn)樗鼈兛赡芙?jīng)受反壓，因而影響病人的呼吸。在本發(fā)明的原型中，設(shè)計(jì)成測(cè)量至多約100LPM的流率，流體流量孔道直徑(舌門直徑)約為16mm，上面特定的30度角產(chǎn)生最佳角度。如果測(cè)量或者較高的最大流率(例如至多約900LPM)或較低的最大流率(例如至少約30LPM)，該角度可能需要變化。
這樣，可以理解本發(fā)明具有比已有技術(shù)顯著的優(yōu)點(diǎn)。特別是，限制角偏轉(zhuǎn)表面50限制舌門44的鉸鏈部分46的有角度的偏轉(zhuǎn)，因此一旦達(dá)到移動(dòng)的角極限，鉸鏈部分46承受很少或不增加的應(yīng)力。而且，在高流率下，舌門44繞支承板48的邊緣彈性彎曲，因此在不顯著導(dǎo)致鉸鏈部分46內(nèi)的的應(yīng)力引發(fā)疲勞的前提下，產(chǎn)生測(cè)值。這增加了傳感器的使用壽命，即使當(dāng)它承受高的流率時(shí)，也不會(huì)顯著影響低流率分辨能力或敏感度。而且，由磁鐵56產(chǎn)生間隙最小化增加了在低流率下的分辨能力。這樣，在測(cè)量的流率范圍的高限和低限，本發(fā)明的傳感器具有較高的壽命，和好的分辨能力。
盡管這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，可以理解對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可進(jìn)行許多修改和變化。例如，隔板部件40的結(jié)構(gòu)，包括限定孔道的環(huán)形部分42，鉸鏈部分46和舌門44可具有許多結(jié)構(gòu)，一些結(jié)構(gòu)如上述美國(guó)專利4993269中所述。隔板部件40的結(jié)構(gòu)和尺寸由傳感器40的用途確定，包括考慮到例如測(cè)量的期望流率范圍，敏感度和理想的分辨能力，和理想的壽命(根據(jù)舌門的期望的整體或接近整體的角偏轉(zhuǎn))。這樣，所述的實(shí)施例應(yīng)考慮為僅用來(lái)解釋，在不超出如下面的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，可包括他們所建議的各種修改和變化。
權(quán)利要求
1．一種可變孔流量傳感器，它包括一個(gè)流量管件，該流量管件限定了一個(gè)流量孔道并將第一和第二流體流動(dòng)孔口流體連接，一個(gè)舌門，該舌門通過(guò)一個(gè)鉸鏈部分安裝在管件內(nèi)，這樣響應(yīng)經(jīng)過(guò)管件的流體流量，舌門有角度地偏轉(zhuǎn)出孔道的平面，以與經(jīng)過(guò)管件的流體的流率成比例地改變孔道的有效流體流量橫截面積，和在舌門任一側(cè)上的壓力感應(yīng)旋塞，其中改進(jìn)包括在靠近鉸鏈部分的管件內(nèi)的一個(gè)限制偏轉(zhuǎn)表面，當(dāng)舌門響應(yīng)流體流率經(jīng)歷一次至少等于預(yù)先限定的角度的角偏轉(zhuǎn)時(shí)，鉸鏈部分抵靠該限制偏轉(zhuǎn)表面，該流體流率至少等于一預(yù)定值。
2．如權(quán)利要求1所述的流量傳感器，其特征在于限制偏轉(zhuǎn)表面由一支承板限定，該支承板靠近鉸鏈部分從管件上懸垂。
3．如權(quán)利要求2所述的流量傳感器，其特征在于限制偏轉(zhuǎn)表面包括一對(duì)限制偏轉(zhuǎn)表面，這對(duì)限制偏轉(zhuǎn)表面由一對(duì)支承板限定，該對(duì)支承板靠近鉸鏈部分從管件上懸垂，限制偏轉(zhuǎn)表面由一個(gè)成角度的槽口分隔開。
4．如權(quán)利要求3所述的流量傳感器，其特征在于鉸鏈部分通過(guò)具有一軸向尺寸的樞軸部件與管件連接，其中槽口沿垂直于樞軸部件的軸向尺寸的一條線具有一個(gè)頂點(diǎn)。
5．如權(quán)利要求1，2，3或4所述的流量傳感器，其中當(dāng)沒(méi)有流體流過(guò)孔道時(shí)，在舌門和管件之間限定了一零流量間隙，該舌門由可磁化金屬制成，其改進(jìn)還包括靠近舌門的管件內(nèi)的一磁性元件，該磁性元件被設(shè)置和構(gòu)造成可產(chǎn)生一磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)迫使舌門進(jìn)入一個(gè)位置，該位置傾向于使零流量間隙最小。
6．如權(quán)利要求5所述的流量傳感器，其特征在于選擇磁場(chǎng)，以便使舌門偏轉(zhuǎn)所需要的閾值流率小于一預(yù)定的最小流率。
7．如權(quán)利要求5所述的流量傳感器，其特征在于磁性元件包括一對(duì)永磁鐵。
8．如權(quán)利要求5所述的流量傳感器，其特征在于管件包括一個(gè)外壁表面，該外壁表面內(nèi)形成一個(gè)室，而且磁性元件包括容納在該室內(nèi)的一個(gè)永磁鐵。
9．如權(quán)利要求5所述的流量傳感器，其特征在于管件包括一個(gè)外壁表面，該外壁表面內(nèi)形成一對(duì)室，而且磁性元件包括容納在每個(gè)室內(nèi)的一個(gè)永磁鐵。
10．一種可變孔流量傳感器，它包括一個(gè)流量管件，該流量管件限定了一個(gè)流量孔道并將第一和第二流體流動(dòng)孔口流體連接，一個(gè)可磁化金屬舌門，該舌門通過(guò)一個(gè)鉸鏈部分安裝在管件內(nèi)，這樣當(dāng)沒(méi)有流體流過(guò)孔道時(shí)，在舌門和管件之間限定了一零流量間隙，并響應(yīng)經(jīng)過(guò)管件的流體流量，舌門有角度地偏轉(zhuǎn)出孔道的平面，以與經(jīng)過(guò)管件的流體的流率成比例地改變孔道的有效流體流量橫截面積，和在舌門任一側(cè)上的壓力感應(yīng)旋塞，其中改進(jìn)包括靠近舌門的管件內(nèi)的一個(gè)磁性元件，該磁性元件被設(shè)置和構(gòu)造成可產(chǎn)生一磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)迫使舌門進(jìn)入一個(gè)位置，該位置傾向于使零流量間隙最小。
11．如權(quán)利要求10所述的流量傳感器，其特征在于選擇磁場(chǎng)，使得舌門偏轉(zhuǎn)所需要的閾值流率小于預(yù)定的最小流率。
12．如權(quán)利要求10所述的流量傳感器，其特征在于磁性元件包括一對(duì)永磁鐵。
13．如權(quán)利要求10所述的流量傳感器，其特征在于管件包括一個(gè)外壁表面，該外壁表面內(nèi)形成一個(gè)室，而且磁性元件包括容納在該室內(nèi)的一個(gè)永磁鐵。
14．如權(quán)利要求10所述的流量傳感器，其特征在于管件包括一個(gè)外壁表面，該外壁表面內(nèi)形成一對(duì)室，而且磁性元件包括容納在每個(gè)室內(nèi)的一個(gè)永磁鐵。
15．如權(quán)利要求10，11，12，13或14所述的流量傳感器，其改進(jìn)還包括在靠近鉸鏈部分的管件內(nèi)的一個(gè)限制偏轉(zhuǎn)表面，當(dāng)舌門響應(yīng)一流體流率經(jīng)歷一次至少等于預(yù)先限定的角度的角偏轉(zhuǎn)時(shí)，鉸鏈部分抵靠該限制偏轉(zhuǎn)表面，該流體流率至少等于一預(yù)定值。
16．如權(quán)利要求15所述的流量傳感器，其特征在于限制偏轉(zhuǎn)表面由一支承板限定，該支承板靠近鉸鏈部分從管件上懸垂。
17．如權(quán)利要求16所述的流量傳感器，其特征在于限制偏轉(zhuǎn)表面包括一對(duì)支承板，該支承板靠近鉸鏈部分從管件上懸垂，限制偏轉(zhuǎn)表面由一個(gè)成角度的槽口分隔開。
18．如權(quán)利要求17所述的流量傳感器，其特征在于鉸鏈部分通過(guò)具有一軸向尺寸的樞軸部件與管件連接，其中槽口沿垂直于樞軸部件的軸向尺寸的一條線具有一個(gè)頂點(diǎn)。
全文摘要
一種可變孔流量傳感器(10),它包括一個(gè)流量管件,該流量管件限定了一個(gè)流量孔道并與第一和第二流體流動(dòng)孔口(12,16)流體連接,一個(gè)可磁化金屬板舌門,該舌門通過(guò)一個(gè)鉸鏈部分安裝在管件內(nèi),因此響應(yīng)經(jīng)過(guò)管件的流體流量,舌門有角度地偏轉(zhuǎn)出孔道(18)的平面,以與經(jīng)過(guò)管件的流體的流率成比例地改變孔道的有效流體流量橫截面積,和在舌門任一側(cè)上的壓力感應(yīng)旋塞。在靠近鉸鏈部分的管件內(nèi)包括一個(gè)限制偏轉(zhuǎn)表面,當(dāng)舌門經(jīng)歷一次至少等于預(yù)定角度的角偏轉(zhuǎn)時(shí),鉸鏈部分抵靠該限制偏轉(zhuǎn)表面,該預(yù)定角響應(yīng)于至少等于預(yù)定值的流體流率。固此,鉸鏈部分的過(guò)應(yīng)力減至最小。
文檔編號(hào)G01F1/34GK1285038SQ98813682
公開日2001年2月21日 申請(qǐng)日期1998年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月30日
發(fā)明者C·I·喬巴努, D·謝弗 申請(qǐng)人:貝爾醫(yī)療系統(tǒng)公司