CN111033216A - 用于颗粒传感器的气流控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装置(100)，其包括：流动通道(115)，该流动通道具有用于接收流体流(122)的第一端部(120)和用于排出流体流(127)的第二端部(125)，流动通道(115)具有流动通道开口(135)。活塞(130)设置在流动通道(115)内，活塞(130)具有活塞通道(140)以允许气流通过活塞(130)。弹簧(132)联接到活塞(130)并且联接到流动通道(115)。弹簧(132)被定位成允许活塞(130)响应于流动通道(115)中的流体流速度而运动，其中活塞(130)运动以调节通过流动通道开口(135)的流体流。

Description

用于颗粒传感器的气流控制

背景技术

许多空气清洁器和新鲜空气系统需要测量2.5μm的颗粒物(PM2.5指示)。颗粒物的测量可用于确保空气清洁器的正确操作。为实现此类测量，制造商通常在机器内嵌入灰尘传感器。

许多红外传感器受到变化气流的不利影响。虽然风扇可在传感器检测区域内保持恒定的流量，但并非所有此类传感器都具有风扇。解决这一问题的一种常见方法是将传感器放置在空气清洁器背面的狭小的狭窄位置中，留下一些开口片或开口网格以使自然空气进入。一个严重的缺点是，自然气流是可变的，因此颗粒取样不是非常有效。

发明内容

一种装置，所述装置包括流动通道，所述流动通道具有用于接收流体流的第一端部和用于排出流体流的第二端部，所述流动通道具有流动通道开口。活塞设置在流动通道内，活塞具有活塞通道以允许气流通过活塞。弹簧联接到活塞并且联接到流动通道。弹簧被定位成允许活塞响应于流动通道中的流体流速度而运动。其中所述活塞运动以调节通过所述流动通道开口的流体流。

一种系统，所述系统包括：空气清洁器，所述空气清洁器用于清洁通过空气清洁器的气流中的空气；流动通道，所述流动通道具有用于接收气流的第一端部和用于排出流体流的第二端部，所述流动通道具有定位在通过所述空气清洁器的所述气流中的流动通道开口；活塞，所述活塞设置在所述流动通道内，所述活塞具有活塞通道以允许气流通过所述活塞；以及弹簧，所述弹簧联接到所述活塞并且联接到所述流动通道，所述弹簧被定位成允许所述活塞响应于所述流动通道中的气流速度而运动，其中所述活塞运动以调节通过所述流动通道开口的气流。

一种方法，包括接收流过空气清洁器的可变速度空气，调节所接收的可变速度空气的速度以向颗粒物传感器提供基本上恒定速度的空气，感测基本上恒定速度的空气中的颗粒物，以及将恒定速度的空气返回至空气清洁器。

附图说明

图1为根据示例性实施方案的用于调节颗粒物传感器的气流速度的装置的框图。

图2为根据示例性实施方案的用于调节颗粒物传感器的气流速度的装置的透视框图。

图3为根据示例性实施方案的包括用于调节颗粒物传感器的气流速度的装置的空气清洁器的框图。

图4为根据示例性实施方案的用于调节颗粒物传感器的气流速度的方法的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，参照了附图，这些附图构成详细描述的一部分，并且在这些附图中，以说明的方式示出了可实施的具体实施方案。对这些实施方案进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践本发明，并且应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以作出结构改变、逻辑改变和电气改变。因此，示例性实施方案的以下描述不是限制性的，并且本公开的范围由所附权利要求书限定。

许多空气清洁器和新鲜空气系统测量2.5μm(PM2.5指示)或更大的颗粒物。颗粒物的测量可用于确保空气清洁器的正确操作。为了实现这种测量，制造商通常在机器内嵌入灰尘传感器。目前，存在两种类型的常用灰尘传感器。一种是具有成本优势但易受气流变化影响的基于红外的传感器，另一种是激光型传感器，其更准确，对气流变化不太敏感，但更昂贵。

许多红外传感器不具有在传感器的检测区域内保持恒定气流的风扇。解决这一问题的一种常见方法是将传感器放置在机器背面的狭小的狭窄位置中，留下一些开口片或开口网格以使自然空气进入。一个严重的缺点是，自然空气是可变的，因此颗粒取样不是非常有效。

在一些空气清洁器中，制造商使用空气清洁器的内部流向传感器提供必要量的空气体积。在此类具体实施中，传感器位于机器的内部流动通道内。然而，在机器时间期间，调节流速，因此传感器内的气流速度也受到影响，从而导致不准确的颗粒物测量。

图1为装置100的横截面，其用于向颗粒物传感器提供相当恒定的流动，诸如在箭头105处表示的气流，称为灰尘传感器110(例如指示PM2.5浓度)。装置100可包括流动通道115，诸如旨在插入空气清洁器中的管。流动通道115具有接收流过空气清洁器的空气(由箭头122表示)的第一端部120和排出由箭头127表示的所接收空气的第二端部125。灰尘传感器110被支撑在流动通道115中以接收气流。

通过气流通道115的气流的速度经由放置在气流通道115的第一端部120和第二端部125之间以及位于灰尘传感器110上游的可移动轻量活塞130进行调节。活塞130可由弹簧机构132运动地支撑，以允许活塞130横向运动通过气流通道115。活塞130在流动通道115中响应于气流的速度或压力运动，以调节气流。当活塞仅部分地覆盖开口135时，气流通道115中的开口135邻近活塞定位以从气流通道115排出空气。

响应于比所期望的气流速度/压力高的气流速度/压力，活塞朝向气流通道115的第二端部125运动，使得更多的空气通过开口135排出。当气流速度在所期望的范围内时，活塞运动以覆盖开口135的大部分或全部，使得几乎没有空气通过开口排出。这些动作将传感器110处的气流速度模块化为相当恒定的。

在一个实施方案中，开口135呈弯曲矩形的形状，遵循气流通道115的形状。在另外的实施方案中可使用其他形状，前提条件是该形状与活塞的合适调节相容，以保持通过气流通道115的期望气流速度。例如，梯形形状可与具有弹簧压缩范围的可变弹簧常数的弹簧结合使用。

在一个实施方案中，活塞130为中心中空的，从而形成穿过活塞的通道140，以允许空气在气流通道115的第一端部120和第二端部125之间流动。在一些实施方案中，通道140可为活塞130的中心中的圆柱形开口，或者在另外的实施方案中可采用其他横截面，诸如多边形。弹簧132还包括通道以允许气流通过弹簧。

弹簧132可由固定地联接到气流通道的板142支撑。板142还包括允许气流的开口。在一些实施方案中，板140可具有垫圈类型的形状。在一些实施方案中，弹簧132可保持地联接到板142和活塞130，或者可简单地相对于彼此定位，使得气流保持各自处于合适的接触，以允许活塞响应于气流压力运动，所述气流压力高于气流速度。弹簧132的弹簧常数一般可具有宽松的弹性系数，该弹性系数可根据每个实施方案的经验确定，以响应于入口气流速度/压力的变化来维持恒定速度的气流。

当来自入口的气流增加时，活塞朝向第二端部125被推动并且弹簧被压缩。先前被活塞130堵塞的开口135逐渐打开。当气流的分支渗漏出开口时，气流压力将下降，并且风速或气流速度将在传感器前方保持相对恒定。在一个示例中，入口空气压力的一个示例从7.8-10pa变化，分别对应于此类压力，恒定速度气流在2.8m/s至2.77m/s的范围内。在另外的实施方案中，入口空气压力可进一步变化。

图2是装置100的透视框图，其更好地示出了开口135，流出开口210的气流以及穿过活塞130的气流。在以下公式中使用的变量也在图2中表示。

公式集合可用于设计机械尺寸：

其中v₁为122处的入口流速度，A₁为端部120处的入口面积，A₂为活塞中空部分140面积，ρ为标准空气密度，L为开口135的宽度。k为弹簧132系数。以上可以是预设的和已知的。

可对以下进行修改以获得期望的特性。v₃(在210处示出)为渗漏出开口135的流的速度。v₂(在215处示出)为通过活塞中空部件140的流的速度。x为弹簧132由于风压而被压缩的距离。A₃为开口135的面积，其为xL的乘积。

在一个示例性实施方案中，气流通道115的长度可为20-30cm。开口135可例如为约3×3cm，其中活塞的长度为约3cm或更长以在较低空气压力下覆盖开口。所用的材料可以是金属或塑料。在一些实施方案中，不需要润滑剂。在一些实施方案中，在一个实施方案中，期望的气流速度可保持在大约3米/秒，或者在另外的实施方案中，可在传感器110处保持在2米/秒至5米/秒的速度。在一些实施方案中，通过活塞130的通道140可为1cm至1.5cm，这可足以阻挡较大颗粒。

图3为空气清洁器300的透视框图，所述空气清洁器在待清洁的空气中吸入，通过过滤装置305清洁空气，并且在310处排出清洁空气。可将装置100放置在空气清洁器的主体315内，并且还在320处接收待清洁的空气。在320处表示的气流可从主进气开口或通向专用于装置100的环境空气的单独开口接收。涡轮/风扇325可定位在主体315内，以将待清洁的环境空气吸入主体315中。由于涡轮可改变其速度，因此装置100可经历不同的空气速度/压力，并且如上所述由装置100调节，使得装置100内的颗粒传感器可接收相当恒定速度的环境空气，用于测量颗粒物。

图4为向颗粒传感器提供基本上恒定速度气流的方法400的流程图。方法400包括在410处接收流过空气清洁器的可变速度空气。在420处调节所接收的可变速度空气的速度，以向颗粒物传感器提供基本上恒定速度的空气。在430处，感测基本上恒定速度的空气中的颗粒物。在440处恒定速度的空气返回至空气清洁器。

在一个实施方案中，调节所接收的可变速度空气的速度包括响应于所接收的可变速度空气的空气压力使中空活塞运动，响应于活塞的运动将可变速度空气暴露于开口，经由暴露的开口排出可变速度空气，以及将基本上恒定速度的空气通过中空活塞提供至颗粒物传感器。中空活塞可响应于联接到中空活塞的弹簧而运动。具有较高压力的可变速度空气使活塞进一步运动，以暴露出更多的开口，从而排出更多可变速度空气。

实施例

1.一种装置，包括：

流动通道，所述流动通道具有用于接收流体流的第一端部和用于排出流体流的第二端部，所述流动通道具有流动通道开口；

活塞，所述活塞设置在所述流动通道内，所述活塞具有活塞通道以允许气流通过所述活塞；和

弹簧，所述弹簧联接到所述活塞并且联接到所述流动通道，所述弹簧被定位成允许所述活塞响应于所述流动通道中的流体流速度而运动，其中所述活塞运动以调节通过所述流动通道开口的流体流。

2.根据实施例1所述的装置，其中所述活塞响应于所述流体流速度运动，以将排出流体流速度保持在期望范围内。

3.根据实施例1至2中任一项所述的装置，其中所述活塞响应于高速流体流运动以覆盖更少的所述流动通道开口，使得更多的流体流出所述流动通道开口。

4.根据实施例1至3中任一项所述的装置，其中所述活塞响应于低速流体流运动以覆盖更多的所述流动通道开口，使得更少的流体流出所述流动通道开口。

5.根据实施例1至3中任一项所述的装置，还包括颗粒物传感器，所述颗粒物传感器邻近所述第二端部被支撑在所述流动通道中，使得所述颗粒物传感器处于所述排出流体流中。

6.根据实施例5所述的装置，其中所述颗粒物传感器为用于感测至少2.5μm颗粒的基于红外的颗粒物传感器。

7.根据实施例5所述的装置，其中所述颗粒物传感器为用于感测至少2.5μm颗粒的基于激光的颗粒物传感器。

8.根据实施例1至7中任一项所述的装置，其中所述流动通道包括圆形管，并且所述流动通道开口包括位于所述管的一侧上的弯曲矩形开口。

9.根据实施例8所述的装置，其中所述活塞响应于零流体流速度而覆盖所述弯曲矩形开口。

10.一种系统，包括：

空气清洁器，所述空气清洁器清洁通过所述空气清洁器的气流中的空气；

流动通道，所述流动通道具有用于接收气流的第一端部和用于排出流体流的第二端部，所述流动通道具有定位在通过所述空气清洁器的所述气流中的流动通道开口；

活塞，所述活塞设置在所述流动通道内，所述活塞具有活塞通道以允许气流通过所述活塞；和

弹簧，所述弹簧联接到所述活塞并且联接到所述流动通道，所述弹簧被定位成允许所述活塞响应于所述流动通道中的气流速度而运动，其中所述活塞运动以调节通过所述流动通道开口的气流。

11.根据实施例10所述的系统，其中所述活塞响应于所述气流速度运动，以将排出气流速度保持在期望范围内。

12.根据实施例10至11中任一项所述的系统，其中所述活塞响应于高速气流运动以覆盖更少的所述流动通道开口，使得更多的空气流出所述流动通道开口。

13.根据实施例10至12中任一项所述的系统，其中所述活塞响应于低速气流运动以覆盖更多的所述流动通道开口，使得更少的空气流出所述流动通道开口。

14.根据实施例10至13中任一项所述的系统，还包括颗粒物传感器，所述颗粒物传感器邻近所述第二端部被支撑在所述流动通道中，使得所述颗粒物传感器处于所述排出气流中。

15.根据实施例14所述的系统，其中所述颗粒物传感器为用于感测至少2.5μm颗粒的基于红外的颗粒物传感器。

16.根据实施例14所述的系统，其中所述颗粒物传感器为用于感测至少2.5μm颗粒的基于激光的颗粒物传感器。

17.一种方法，包括：

接收流过空气清洁器的可变速度空气；

调节所接收的可变速度空气的速度以向颗粒物传感器提供基本上恒定速度的空气；

在所述基本上恒定速度的空气中感测所述颗粒物；以及

将所述恒定速度的空气返回至所述空气清洁器。

18.根据实施例17所述的方法，其中调节所接收的可变速度空气的速度包括：

响应于所接收的可变速度空气的空气压力来使中空活塞运动；

响应于所述活塞的运动，将所述可变速度空气暴露于开口；

通过所述暴露的开口排出可变速度空气；以及

将所述基本上恒定速度的空气通过所述中空活塞提供至所述颗粒物传感器。

19.根据实施例18所述的方法，其中所述中空活塞响应于联接到所述中空活塞的弹簧运动。

20.根据实施例18至19中任一项所述的方法，其中具有较高压力的可变速度空气进一步使活塞运动以暴露出更多的所述开口以排出更多可变速度空气。

尽管上文已详细描述了一些实施方案，但其他修改也是可能的。例如，图中所示的逻辑流不需要所示的特定顺序或相继顺序以获得所需的结果。可从所描述的流程提供其他步骤或可消除步骤，并且可将其他部件添加至所期望的系统或从所期望的系统中移除。其他实施方案可在以下权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种装置(100)，包括：

流动通道(115)，所述流动通道具有用于接收流体流(122)的第一端部(120)和用于排出流体流(127)的第二端部(125)，所述流动通道(115)具有流动通道开口(135)；

活塞(130)，所述活塞设置在所述流动通道(115)内，所述活塞(130)具有活塞通道(140)以允许气流通过所述活塞(130)；和

弹簧(132)，所述弹簧联接到所述活塞(130)并且联接到所述流动通道，所述弹簧(132)被定位成允许所述活塞(130)响应于所述流动通道(105)中的流体流速度而运动，其中所述活塞(130)运动以调节通过所述流动通道开口(135)的流体流。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述活塞(130)响应于所述流体流速度运动，以将排出流体流(127)速度保持在期望范围内。

3.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述活塞(130)响应于高速流体流运动以覆盖更少的所述流动通道开口(135)，使得更多的流体流出所述流动通道开口(135)。

4.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述活塞(130)响应于低速流体流运动以覆盖更多的所述流动通道开口(135)，使得更少的流体流出所述流动通道开口(135)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(100)，还包括颗粒物传感器(110)，所述颗粒物传感器邻近所述第二端部被支撑在所述流动通道(115)中，使得所述颗粒物传感器(110)处于所述排出流体流(127)中。

6.根据权利要求5所述的装置(100)，其中所述颗粒物传感器(110)为用于感测至少2.5μm颗粒的基于红外的颗粒物传感器。

7.根据权利要求5所述的装置(100)，其中所述颗粒物传感器(110)为用于感测至少2.5μm颗粒的基于激光的颗粒物传感器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(100)，其中所述流动通道(115)包括圆形管，并且所述流动通道开口(135)包括位于所述管的一侧上的弯曲矩形开口。

9.根据权利要求8所述的装置(100)，其中所述活塞(130)响应于零流体流速度而覆盖所述弯曲矩形开口。

10.一种系统(300)，包括：

空气清洁器(315)，所述空气清洁器清洁通过所述空气清洁器的气流中的空气；

流动通道(115)，所述流动通道具有用于接收气流(320)的第一端部和用于排出流体流(315)的第二端部，所述流动通道(115)具有定位在通过所述空气清洁器(315)的所述气流中的流动通道开口(135)；

活塞(130)，所述活塞设置在所述流动通道(115)内，所述活塞(130)具有活塞通道(140)以允许气流通过所述活塞(130)；和

弹簧(132)，所述弹簧联接到所述活塞(130)并且联接到所述流动通道(115)，所述弹簧(132)被定位成允许所述活塞(130)响应于所述流动通道(115)中的气流速度而运动，其中所述活塞运动以调节通过所述流动通道开口(135)的气流。

11.根据权利要求10所述的系统(300)，其中所述活塞(130)响应于所述气流速度运动，以将排出气流速度保持在期望范围内。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的系统(300)，还包括颗粒物传感器(110)，所述颗粒物传感器邻近所述第二端部被支撑在所述流动通道中，使得所述颗粒物传感器处于所述排出气流中。

13.一种方法(400)，包括：

接收(410)流过空气清洁器(315)的可变速度空气；

调节(420)所接收的可变速度空气的速度以向颗粒物传感器(110)提供基本上恒定速度的空气；

在所述基本上恒定速度的空气中感测(430)所述颗粒物；以及

将所述恒定速度的空气返回(440)至所述空气清洁器(315)。

14.根据权利要求13所述的方法(400)，其中调节(420)所接收的可变速度空气的速度包括：

响应于所接收的可变速度空气的空气压力来使中空活塞(130,140)运动；

响应于所述活塞的运动，将所述可变速度空气暴露于开口(135)；

通过所述暴露的开口(135)排出可变速度空气；以及

将所述基本上恒定速度的空气通过所述中空活塞(130,140)提供至所述颗粒物传感器(110)。

15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法(400)，其中所述中空活塞(130,140)响应于联接到所述中空活塞(130,140)的弹簧(132)而运动。

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