阅读说明：本技术 一种流体流速稳定系统 (Fluid flow velocity stabilizing system ) 是由 李铁 陈世兴 杨义 王跃林 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及检测设备技术领域,特别涉及一种流体流速稳定系统。包括：流速稳定腔和顶盖,所述流速稳定腔与所述顶盖密封连接；所述流速稳定腔的上部或所述顶盖上设有第一端口,所述第一端口与所述流速稳定腔连通；所述流速稳定腔的底部设有第二端口；所述第一端口和/或第二端口的截面积小于所述流速稳定腔的截面积。利用流体流速稳定系统,可以低成本高效的解决液体泵的流速不稳定的现象对流速敏感的传感器检测产生负面影响,并且不需要节流阀和压力表等昂贵设备的配合。通过在流速敏感的传感器加上稳流装置,消除传感器表面的流速变化,方便后端信号处理单元对传感器输出信号进行处理。(The invention relates to the technical field of detection equipment, in particular to a fluid flow velocity stabilizing system. The method comprises the following steps: the flow velocity stabilizing cavity is connected with the top cover in a sealing way; a first port is arranged on the upper part of the flow velocity stabilizing cavity or the top cover and is communicated with the flow velocity stabilizing cavity; the bottom of the flow velocity stabilizing cavity is provided with a second port; the cross-sectional area of the first port and/or the second port is smaller than the cross-sectional area of the flow velocity stabilization chamber. By utilizing the fluid flow velocity stabilizing system, the problem that the unstable flow velocity of the liquid pump has negative influence on the detection of a flow velocity sensitive sensor can be solved with low cost and high efficiency, and the coordination of expensive equipment such as a throttle valve, a pressure gauge and the like is not needed. The flow stabilizer is added on the sensor sensitive to the flow velocity, so that the flow velocity change on the surface of the sensor is eliminated, and the rear-end signal processing unit can process the output signal of the sensor conveniently.)

一种流体流速稳定系统

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及一种流体流速稳定系统。

背景技术

传感器主要负责把其他形式的信号转化为电信号，方便后端的信号处理单元进行处理，因此传感器是电子系统的信号获取源。在众多种类的传感器中，很大一部分容易受到流速的干扰。这种干扰一方面是来源于流速对传感器探测的目标物的浓度的影响，另一方面是传感器表面的温度极易受到流速的影响，进而由温度影响传感器的输出。由于这种常见的不稳定流速导致的传感器输出信号发生变化的现象是非常难从后端信号处理单元做出区分和判断的，因此在前端解决流速变化带来的干扰信号是非常必要的。

以微流控芯片领域常用的流体动力装置为例，蠕动泵是通过滚轮对弹性输送软管交替进行挤压和释放来达到输送液体的目的的，因此蠕动泵输出的液体是脉冲式的，即流速忽大忽小，不稳定。不仅如此，即便把蠕动泵更换成恒流泵，也存在在给恒流泵供电的过程中由于电压不稳导致的泵的工作状态的波动从而导致流速不稳的现象。因此直接把普通的液体泵应用在受流速影响的传感器的进样系统中是不合适的，需要对流速敏感的传感器的进样系统进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的流体在传输中易出现的流速不稳，影响检测的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种流体流速稳定系统，包括：流速稳定腔和顶盖，

所述流速稳定腔与所述顶盖密封连接；

所述流速稳定腔的上部或所述顶盖上设有第一端口，所述第一端口与所述流速稳定腔连通；

所述流速稳定腔的底部设有第二端口；

所述第一端口和/或第二端口的截面积小于所述流速稳定腔的截面积。

进一步的，所述顶盖上设有多个第一端口。

进一步的，所述顶盖上还设有端口选择器，所述端口选择器用于选择至少一个所述第一端口与所述流速稳定腔连通。

进一步的，所述第二端口与所述流速稳定腔具有预设角度的夹角。

进一步的，所述预设角度为30°-90°。

进一步的，所述流速稳定腔的材质为耐腐蚀材质。

进一步的，所述流体流速稳定系统还包括温度控制装置，所述温度控制装置用于控制所述流速稳定腔的温度。

进一步的，所述温度控制装置为水浴加热装置。

进一步的，所述水浴加热装置包括水浴槽、加热器和温度传感器，所述加热器、所述温度传感器和所述流速稳定腔设置在所述水浴槽中。

进一步的，所述水浴加热装置还包括温度控制器，所述控制器用于控制所述加热器。

采用上述技术方案，本申请实施例所述的流体流速稳定系统具有如下有益效果：

本申请实施例所述的流体流速稳定系统，利用流体流速稳定系统，可以低成本高效的解决液体泵的流速不稳定的现象对流速敏感的传感器检测产生负面影响，并且不需要节流阀和压力表等昂贵设备的配合。通过在流速敏感的传感器加上稳流装置，消除传感器表面的流速变化，方便后端信号处理单元对传感器输出信号进行处理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例的流体流速稳定系统的结构示意图；

图2为本申请一个实施例的顶盖的结构示意图；

图3为本申请一个实施例的传感器在使用稳定系统前后的信号输出稳定性对比图；

图4为本申请一个实施例的稳流装置正向输出模式和反向输出模式对比图；

图5为本申请一个实施例的多通道进液系统的实时工作状态；

以下对附图作补充说明：

10-顶盖；11-第一端口；12-端口选择器；21-流速稳定腔；22-第二端口；23-水浴槽；24-隔离槽。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在检测领域，流体流速变化带来的干扰信号，影响传感器的检测输出信号，因此需要设计一套流速稳定系统来排除流体流速的变化影响检测。

如图1和图2所示，一种流体流速稳定系统，包括：流速稳定腔21和顶盖10，流速稳定腔21与顶盖10密封连接；流速稳定腔21的上部或顶盖10上设有第一端口11，第一端口11与流速稳定腔21连通；流速稳定腔21的底部设有第二端口22；第一端口11和/或第二端口22的截面积小于流速稳定腔21的截面积。

本申请实施例所述的流体流速稳定系统，通过设计流速稳定腔21，较大的腔内空间和腔内气体的易压缩性缓冲流速，滤除目标流体中的脉冲流速，以实现稳定流速的目的。解决了压力输出模式下因动力源不稳定如电压波动，脉冲式动力等导致流速不稳定的问题，为特定需求提供恒定流速的目标流体。因此本系统可以避免流速对传感器检测的干扰，提高传感器的检测精度和信噪比。

本申请实施例中，流速稳定腔21为一端开口的腔体，可选的，该腔体的截面为圆形、矩形或其他规则及不规则的多边形，腔体可以为直筒形，也可以为侧面具有弧度或斜度的腔体。流速稳定腔21的开口端连接有顶盖10，顶盖10能够密封流速稳定腔21，在一些实施例中，顶盖10和流速稳定腔21连接具有良好的气密性。可选的，顶盖10与流速稳定腔21通过螺纹连接；可选的，顶盖10上设有密封垫；可选的，顶盖10与流速稳定腔21通过密封胶连接。在另一些实施例中，顶盖10还可以与流速稳定腔21一体成型。第一端口11和第二端口22连通流速稳定腔21，用于向流速稳定腔21内通入或输出流体。可选的，第一端口11设在流速稳定腔21的上部或顶盖10上，第二端口22设置在流速稳定腔21的底部或接近底部的侧面上。第一端口11与第二端口22中作为流体入口的端口截面积小于流速稳定腔21。在一些实施例中，第一端口11和第二端口22的截面积均小于流速稳定腔21的截面积。

如图2所示，顶盖10上设有多个第一端口11。

本申请实施例中，第一端口11设在顶盖10上，且顶盖10上设有多个第一端口11，所有的端口均可与流速稳定腔21连通。可选的，多个第一端口11可设置在顶盖10的侧面，也可以设在顶盖10的顶面上，也可以同时设置在顶盖10的侧面和顶面上。多个第一端口11在顶盖10上随机分布或规律分布。

如图2所示，顶盖10上还设有端口选择器12，端口选择器12用于选择至少一个第一端口11与流速稳定腔21连通。

本申请实施例中，端口选择器12用于选择至少一个第一端口11与流速稳定腔21连通，可选的，端口选择器12是一个内嵌圆柱体的盖子，盖子的四周存在多个流体入口，内嵌的圆柱体顶面中心设有一个把手，可以通过旋转把手选择任意的流体入口，圆柱体底面中心为公共输出端。可以通过旋转把手选择任意的流体入口，所述多路选择开关通过连接管和流速稳定腔21相连，并从多个目标流体中选择一个向流速稳定腔21内部输送目标流体。在一些实施例中，端口选择器12还可以为设置在每一个端口的挡片或调节阀。在另一些实施例中，端口选择器12还可以为电磁阀。

端口选择器12通过连接管和流速稳定腔21相连，并从多个目标流体中选择一个至多个向流速稳定腔21内部输送目标流体。流速稳定腔21通过流速缓冲，滤除目标流体中的脉冲流速，实现稳定流速的效果。

第二端口22与流速稳定腔21具有预设角度的夹角。

如图1所示，本申请实施例中，第二端口22可设置在流速稳定腔21的底面上，第二端口22与竖直面具有一定的夹角，使流体在流经流速稳定腔21和第二端口22时具有一个流速方向有一个转向，以实现稳定流速的目的。

如图1所示，预设角度为30°-90°。

本申请实施例中，可选的，预设角度为30°。可选的，预设角度为90°，此时第二端口22可设置在流速稳定腔21的底部侧面上。当第一端口11为流体入口，第二端口22作为流体出口时，流体从端口选择器12的公共输出端通入，第二端口22作为流体出口，流体入口和出口方向成30～90度夹角。流体通过流速转向、较大的腔内空间和腔内气体的易压缩性缓冲流速，过滤流速脉冲，以实现稳定流速的目的。

流速稳定腔21的材质为耐腐蚀材质。

本申请实施例中，流速稳定腔21为耐腐蚀材质制成的空心腔体。可选的，流速稳定腔21的材质为硅胶、聚醚醚酮(PEEK)、高硅铸铁、聚四氟乙烯、碳纤维、铂金等。在一些实施例中，流速稳定腔21还可以为常见的耐酸腐蚀或耐碱腐蚀的材料。

流体流速稳定系统还包括温度控制装置，温度控制装置用于控制流速稳定腔21的温度。

本申请实施例中，温度控制装置用来控制流速稳定腔21内的温度使之保持恒定，从而提供特定反应所需的温度。

温度控制装置为水浴加热装置。

本申请实施例中，水浴加热装置可以使流速稳定腔21受热均匀且温度易于控制，安全可靠。

水浴加热装置包括水浴槽23、加热器和温度传感器，加热器、温度传感器和流速稳定腔21设置在水浴槽23中。

本申请实施例中，水浴槽23用来对流速稳定腔21进行水浴控温，保证整个系统内部温度恒定。温度传感器安装在水浴槽23水中的上表面，用来检测整个装置内部的温度，加热器安装在水浴槽23的底部，当温度低于设定值时进行加热，从而保证整个系统内部的温度的恒定。

水浴加热装置还包括温度控制器，控制器用于控制加热器。

本申请实施例中，温度传感器检测整个装置内部的温度，并把当前的温度值传送给控制器，控制器根据收到的数据做出判断，控制加热器的加热与否，加热器根据控制器的指令工作，当温度低于设定值时进行加热，从而保证整个装置内部的温度的恒定。可选的，水浴加热装置中还包括隔离槽24，用来放置搭建恒温模块所需的电子元件，实现各元器件之间的电绝缘。隔离槽24可设置在流速稳定系统的外部。在一些实施例中，隔离槽24还可以设置在水浴槽内。

依据本申请实施例所述的流体流速稳定系统，设计了一套包含该系统的检测系统，来说明流体流速稳定系统的具体应用情况。

本申请实施例中，使用目标液容器、蠕动泵、流体流速稳定系统、硅纳米线传感器反应腔和废液回收装置构建一整套液路系统。首先依次连接上述液路系统，使用半导体测试仪检测硅纳米线传感器输出的电流信号。然后再将流体流速稳定系统取下，使蠕动泵输出的液体直接输送到硅纳米线传感器反应腔内，然后使用半导体测试仪检测硅纳米线传感器输出的电流信号。

如图3所示，在接入流体流速稳定系统和不接入该稳流系统的两种情况下，检测到硅纳米线传感器输出的电流信号。从图中可以看到，在接入该流体流速稳定系统的情况下，硅纳米线传感器输出的电流信号的噪声比不接入该装置的情况下小很多。由于噪声减小说明达到了一定的恒温和稳流的作用，因此提高了硅纳米线传感器的信噪比，也就提高了硅纳米线传感器的最低检测下限。本申请实施例中，除了是否接入该流体流速稳定系统以外，其他所有条件均保持完全一致，符合控制变量的条件。另外，本申请实施例中给出的测试结果具有可重复性，可以在其他硅纳米线传感器上进行验证并得到同样的结果。

在一些实施例中，设计另一套包含流体流速稳定系统的检测系统，首先使得该流体流速稳定系统以正向输出，即第一端口11通入流体，第二端口22输出流体的方式接入检测系统，使用半导体测试仪器记录硅纳米线传感器的输出电流信号。为了作为对比，再次将该装置以反向输出，即第二端口22通入流体，第一端口11输出流体的方式接入检测系统，使用半导体测试仪器记录硅纳米线传感器的输出电流信号。

如图4所示，流体流速稳定系统以正向输出的方式接入检测系统所输出的噪声信号比以反向输出的方式接入检测系统所输出的噪声信号小，有利于提高硅纳米线传感器的信噪比，而且正向输出的方式将会使得整个缓冲装置内部的死体积更小。因此正向输出的供液方式比反向输出的方式更适合在液路系统中使用。如果目标流体是密度较小的气体，更适用于反向输出模式，本装置是双向输出模式，适合不同形式的流体，拓宽本装置的应用范围。本申请实施例中，除了该流体流速稳定系统接入检测系统的方式，其他所有条件均保持完全一致，符合控制变量的条件。另外，本申请实施例中给出的测试结果具有可重复性，可以在其他硅纳米线传感器上进行验证并得到同样的结果。

在另一些实施例中，设计另一套包含流体流速稳定系统的检测系统，准备PH＝4和PH＝10的缓冲液，将两个目标缓冲液通过两个蠕动泵接到流体流速稳定系统的多个第一端口11，该系统的第二端口22通过连接管连接到硅纳米线传感器的测试腔，并最终将废液排放到废液回收装置。依次向硅纳米线传感器的测试腔内通入两种目标液，并重复交替通入目标缓冲液的过程，同时使用半导体测试仪器记录硅纳米线传感器的输出电流信号。

如图5所示，在目标液发生变化时，硅纳米线传感器的输出电流信号发生变化，这说明该流体流速稳定系统能够很好的完成在多通道输送目标液，并在多个目标液中间任意切换的任务。本申请实施例中给出的测试结果具有可重复性，可以在其他硅纳米线传感器上进行验证并得到同样的结果。

本申请实施例所述的流体流速稳定系统，可以解决液体泵的流速不稳定的现象对流速敏感的传感器检测产生负面影响，并且不需要节流阀和压力表等昂贵设备的配合，成本低。通过在流速敏感的传感器加上稳流装置，消除传感器表面的流速变化，方便后端信号处理单元对传感器输出信号进行处理。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。