[发明专利]一种多量程可调节式MEMS差压流量计

权利要求书

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Q_min、分界流量Q_t、最大流量Q_max、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Q_min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Q_max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Q_t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Q_t，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：Q_min≤Q＜Q_t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：Q_t＜Q≤Q_max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Q_t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。