(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211158255.1 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 安徽京芯传感科技有限公司 地址 233010 安徽省蚌埠市自由贸易试验 区蚌埠片区禹会区长青乡兴华路南侧 H-2路西侧智能显示产业园内6＃厂房 (72)发明人 周浩楠　赵晓东　陈广忠　张亚婷　 (51)Int.Cl. G01F 1/34(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) (54)发明名称 一种多量 程可调节式M EMS差压流量计 (57)摘要 本发明提供了一种多量程可调节式MEMS差 压流量计， 包括MEMS差压芯片， 节流板、 电机控制 模块、 齿轮、 轴承、 通信接口和前管道、 后管道； 其 中节流板节流板A和节流板B， MEMS差压芯片位于 节流板A的中心位置； 节流板A和节流板B通过轴 承连接， 节流板A固定不可转动， 节流板B外圆周 呈齿轮型， 通过齿轮绕轴转动； 函数孔分布在节 流板A和节流板B圆周上， 齿轮与节流板B配合连 接； 通信接口位于节流板A边缘； 前管道置于节流 板A前端， 后管道置于节流板B后端， 分别用于与 外部管道连接。 与现有的流量计相比， 在相同测 量精度等级要求下， 既满足压损要求， 又拓宽了 流量计的工作量程范围， 使其应用领域得到扩 展。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 115307693 A 2022.11.08 CN 115307693 A 1.一种多量程可调节式MEMS差压流量计， 包括MEMS差压芯片、 节流板、 电机控制模块、 齿轮、 轴承、 通信接口和前管道、 后管道； 其中所述节流板包含节 流板A和节 流板B； 所述节 流 板A和节流板B同轴， 通过轴承连接； 所述节流板A和节 流板B圆周上分别分布 不同函数孔； 所 述MEMS差压芯片位于节流板A的中心 位置， 用于感应节 流板前后的压力差， 并将压力差信号 转换为流量信号； 所述齿轮与节流板B配合连接； 所述通信接口位于节流板A 边缘， 用于传输 流量信号； 所述前管道置于节流板A前端， 所述后管道置于节流板B后端， 分别与外部管道连 接。 2.根据权利要求1所述的一种 多量程可调节式MEMS差压流量计， 其特征在于， 所述节流 板A固定不可转动， 节 流板B外圆周呈齿轮型， 可通过齿轮绕轴转动， 根据流量 实时调节 流体 流经孔径。 3.根据权利要求1所述的一种 多量程可调节式MEMS差压流量计， 其特征在于， 所述电机 控制模块 通过驱动齿轮带动节流板B绕轴转动。 4.根据权利要求1所述的一种 多量程可调节式MEMS差压流量计， 其特征在于， 所述节流 板A和节流板B的函数孔数量、 孔径相同。 5.根据权利要求1所述的一种 多量程可调节式MEMS差压流量计， 其特征在于， 所述节流 板A和节流板B上分别分布两圈函数孔， 大圆周函数孔分别位于所述节流板A和节流板B半径 较大的圆周上， 小圆周函数孔 位于所述节流板A和节流板B半径较小的圆周上。 6.根据权利要求5所述的一种 多量程可调节式MEMS差压流量计， 其特征在于， 所述节流 板B上的函数孔与节流板A的函数孔分布在半径相同圆周上， 且节流板B上的小圆周函数孔 与节流板A的小圆周函数孔分布角度存在偏移。 7.根据权利要求1所述的一种 多量程可调节式MEMS差压流量计， 其特征在于， 所述节流 板的设计方法， 具体步骤如下： 步骤一： 确定节流板结构尺寸 根据外接管道尺寸要求， 设计节流板A和节流板B直径； 步骤二： 确定节流板A和节流板B函数孔结构参数 式 （1） 为流体流量与压力差对应函数关系： 其中， Q为体积流量， C为流出系数， ε为可膨胀系数， d为节流板函数孔孔径， β 为等效直 径比， Δp为压力差， ρ 为 流体密度； 式 （2） 为管道直径与函数孔 孔径间函数关系： 其中， β 为 等效直径比， d为节流板函数孔 孔径， D为管道直径； 根据流量测量范围及压损要 求， 采用公式 （1） 和 （2） 分别计算最小 流量Qmin、 分界流量Qt、 最大流量Qmax、 对应函数孔 孔径d1、 d2、 d3和函数孔数量 n1、 n2、 n3； 对于节流板A， 在半径为r1的圆周上设置孔径为d3的n3个大圆周函数孔， 在半径为r2的圆权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115307693 A 2周上设置孔径为d1的n1个小圆周函数孔， 其中r1> r2； 对于节流板B， 在半径为r1的圆周上设置孔径为d3的n3个大圆周函数孔， 在半径为r2的圆 周上设置孔径为d1的n1个小圆周函数孔， 其中r1> r2； 节流板A与节流板B中小圆周函数孔的 分布角度不同， 二 者错位， 偏移角度通过函数孔数量、 孔径大小计算； 步骤三： 已知流 量与函数孔 孔径， 仿真计算压力差变化范围 采用Ansys  Fluent模 块建立模型， 分别仿真计算最小流量Qmin对应函数孔孔径d1和函数 孔数量n1情况下节流板前后压力差Δp1、 最大流量Qmax对应函数孔孔径d3和函数孔数量n3情 况下节流板前后压力差Δp2， 分界流量Qt对应节流板前后压力差Δp3， 分别验证Δp1、 Δp2和 Δp3是否满足设计要求； 步骤四： 节流板安装设计 节流板A和节流板B通过轴承连接， 节流板A固定， 节流板B绕轴转动， 结合步骤二的分界 流量Qt， 计算节流板B外圆周的齿距和齿数， 然后选用相同齿距的齿轮与节流板B装配， 再结 合孔径为d1的n1个小圆周函 数孔位置布局， 计算齿 轮运转角度与时间， 确保电机控制模块的 精准性； 当流体流量Q： Qmin≤Q＜Qt时， 节流板B通过电机控制， 绕轴转动至孔径d1的小圆周函数 孔全开， 孔径d3的大圆周函 数孔关闭， 流体流经小圆周函 数孔； 当流体流量Q： Qt＜Q≤Qmax时， 节流板B通过电机控制， 绕轴转动至孔径d3的大圆周函数孔全开， 孔径d1的小圆周函数孔关 闭， 流体流经大圆周函数孔； 节流板B通过电机控制， 绕轴转动至孔径d3的大圆周函数孔全 开， 孔径d1的小圆周函 数孔关闭， 流体 流经大圆周函数孔； 孔径d1的小圆周函数孔关闭， 流体 流经大圆周函数孔； 其中， 分界流量Qt对应的函数孔孔径d2介于d1和 d3之间， 通过电机的精 确控制实现孔径大小的调节； 步骤五： 方法性能评估 在仿真分析的基础上， 初步获得流量与函数孔孔径变化的函数关系， 之后进行试验验 证， 修正电机控制模块参数， 以确保多量程可调节式MEMS差压流量计的压损及测试精度要 求。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115307693 A 3