带金属封装传感器装置的热式质量流量计的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——带有金属封装的传感器装置的热式质量流量计。该专利由ABB技术股份公司申请，并于2016年12月21日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及一种具有金属封装的传感器装置的热式质量流量计。

发明背景

本发明的应用领域优选延伸到工艺技术上的设备，在所述设备的管道中，通常为了控制技术方面的目的，要测量流动通过所述管道的流体的质量流量。为此，采用分别基于不同的物理原理的质量流量计，例如科氏质量流量计、磁感应质量流量计或热式质量流量计。本发明涉及最后所述的热式质量流量计，这种质量流量计优选用于确定管道中的气体流量。

发明内容

本发明的目的是，实现一种带有稳定地金属封装的传感器装置的热式质量流量计，所述传感器装置通过简单的技术措施确保了具有极高精度的最佳的测量效果。

所述目的基于具有如下特征的热式质量流量计来实现，即，热式质量流量计具有金属封装的传感器装置，所述传感器装置包括至少一个加热电阻，所述至少一个加热电阻具有片状几何形状并由传感器罩包围，其特征在于，与加热电阻的片状几何形状相对应地，至少传感器罩的远端的端部区域构造成具有这样的矩形横截面，即，使得该端部区域配合精确地紧密包围所述加热电阻。

本发明包括这样的技术教导，即与加热电阻的片状几何形状相对应地将传感器罩的至少一个远端的端部区域构造成具有一这样的矩形横截面，即，使得该端部区域配合精确地紧密包围所述加热电阻。

根据本发明的解决方案的优点在于，仅通过这种特殊的几何关系就明显改善了从传感器装置到流动的介质中的热传递，同时仅发生极小的向传感器接头中的热量散失，因为传感器罩相应配合精确地优选只包围加热电阻的远端的端部区域。通过根据本发明的解决方案使传感器装置和其包装的热质量最小化。

优选对于传感器装置可以采用薄膜电阻，所述薄膜电阻设置在同样薄的基体上，所述基体具有片状几何形状，以便实现加热面与触点接头在位置上的分离。由于通过根据本发明的解决方案使传感器装置和其高耐抗性的传感器罩的热质量最小化，可以实现有利地短的响应时间。相对于传统的圆柱形的壳体几何形状，通过根据本发明的矩形的轮廓代表周长与横截面比值的质量指标加倍。特别是矩形轮廓大的冷却面与其体积相比实现了期望的短的响应时间以及在灵敏度方面最佳的测量效果。试验证明，根据本发明的传感器装置的响应时间与传统的解决方案相比从1-3s降低到约0 .6s。由于传感器罩的矩形横截面，壳体的表面的大部分构造成相同的结构，从而这里也可以形成均匀的流动结构。此外，流体从后棱边区域的表面上的分离发生了推移。由于本发明的特殊的形状该表面较小并且因此对于总的热传递只有很小的影响。因此在这个区域内的不稳定只对测量特性产生微小的影响。

由于这个原因，根据本发明构成的传感器装置可以以简单的解析公式只用很少的要校正的参数来描述。因此，为了校正只需要少数几个测量点，这同样对于测量精度起有利的作用。

根据传感器罩的一个优选的实施形式，传感器罩的扁平长方体状的远端的端部区域由0 .1至0 .3mm厚的金属板制成，所述金属板在保持最大0 .1mm的间隙的情况下包围加热电阻。在金属板的这个厚度范围内，对于大多数应用场合，传感器罩对位于内部的传感器装置充分地满足了保护功能，并且所述传感器装置由于到传感器罩非常窄的间隙获得向流动的介质中高的热传递。总体上实现了引起前面给出的短的响应时间的配合精度。

根据一个改进本发明的措施建议，传感器罩的扁平长方体状的远端的端部区域的棱边构造成特别锋利的/尖棱的（ scharfkantig ），优选具有最大为传感器罩的宽度b的1/3的半径或倒角。为了实现高效的热传递，由此特别避免了传感器罩的圆形的迎流面。通过传感器罩在远端的端部区域内的特别锋利的构型在所述棱边上基本上与相应的环境参数无关地形成流转变并且不会因此改变其在表面上的位置。由此可以实现比传统的传感器罩明显更稳定的流动状态，这附加地简化了校正并提高了质量流量测量的精度。

根据另一个改进本发明的措施建议，传感器罩的扁平长方体状的、优选锋利的远端的端部区域沿轴向方向延长到一相对于该端部区域扩展的连接区域，以便在其中设置加热电阻的电连接元件。