。
[0045]當所述柔性載體2為圓柱形結(jié)構(gòu)時，石墨烯傳感元件1優(yōu)選為纖維狀結(jié)構(gòu)。纖維狀石墨烯傳感元件1可以沿所述柔性載體2的長度方向均勻分布在所述柔性載體2中，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)能夠使所述石墨烯傳感元件1與所述柔性載體2具有更高的配合度。更優(yōu)的，如圖2所示，纖維狀石墨烯傳感元件1可以正好位于柔性載體2的圓柱軸線上，當所述柔性載體2產(chǎn)生彎曲、拉伸時，所述石墨烯傳感元件1也能夠產(chǎn)生程度完全相同的彎曲和拉伸。本實用新型并不限制所述柔性載體2的形狀和結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際使用情況將所述柔性載體2設(shè)計成矩形板結(jié)構(gòu)或者橢圓柱結(jié)構(gòu)等。例如，當所述柔性載體2為矩形板結(jié)構(gòu)時，所述石墨烯傳感元件1可以由平行于柔性載體2的最長邊的多條纖維狀石墨烯構(gòu)成。
[0046]在本實用新型所述的流量傳感器中，所述導線3需于所述石墨烯傳感元件1電連接，使監(jiān)測電流流過所述石墨烯傳感元件1。特別的，當所述石墨烯傳感元件1為纖維狀結(jié)構(gòu)時，如圖1所示，所述導線3可以連接在所述石墨烯傳感元件1的兩端。這種連接方式能夠使傳感元件形變產(chǎn)生的電阻變化完全反映在監(jiān)測電流中，提升流量傳感器的精確度。當所述石墨烯傳感元件1的機構(gòu)為矩形或其他形狀時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)預設(shè)的彎曲、拉伸的方向在傳感元件上選擇連接導線3的位置。
[0047]特別的，為了增強所述流量傳感器對流體流量增減的敏感性，所述柔性載體2的材料可以采用疏水材料。優(yōu)選的，所述柔性載體2的材料可以是聚二甲基氧烷或其它高分子材料。聚二甲基氧烷為絕緣材料，同時具有疏水性，其可以將石墨烯傳感元件1與外部的流體完全隔離，并且可以防止傳感器受流體污染的問題。
[0048]以柔性載體2為圓柱型、纖維狀石墨烯傳感元件1位于圓柱軸心位置、導線3連接在石墨稀傳感元件1的兩端的實施方式為例，如圖3所示，圖3中N代表流體流動方向，所述流量傳感器在使用時兩端固定，其主體垂直于流體的流動方向。由于兩端被固定，柔性載體2在流體的作用下發(fā)生拉伸、彎曲，石墨烯傳感器元件1隨柔性載體2 —同產(chǎn)生拉伸彎曲形變。產(chǎn)生形變的石墨烯傳感器元件1的電阻迅速變化，此響應通過連接在傳感元件兩端的導線3傳出，外部設(shè)備監(jiān)測流經(jīng)傳感元件的電流產(chǎn)生的變化，從而得到石墨烯傳感器元件1的形變量，推導得出水流量數(shù)值。
[0049]本實用新型所述流量傳感器的流量計算原理如下:
[0050]石墨稀傳感元件的原始長度為L ；
[0051]石墨烯傳感元件形變后的長度為L';
[0052]石墨烯傳感元件形變后的圓周角為A(弧度)；
[0053]L'可以通過圓周角A和原始長度L計算得出:
[0054]L1 = AX L/sinA
[0055]進而計算得到應變量:
[0056]ε = (L, - L)/L = A/sinA-1
[0057]圓周角A與流速V的關(guān)系為:
[0058](12EJT R4) A/ (L3 P ) = V2
[0059]可得到液體流量Q:
[0060]Q = V*S
[0061]其中，E為柔性載體2的彈性模量，I為慣性距，R為柔性載體2的截面半徑，P為流體密度，S為待測流體流經(jīng)空間的橫截面積。
[0062]另一方面，本實用新型還提供了兩種制作本實用新型所述流量傳感器的方法。
[0063]方法一
[0064]本實用新型提供的一種流量傳感器的制造方法包括:
[0065]步驟A、制備石墨稀傳感元件；
[0066]步驟B、在所述石墨稀傳感元件上連接兩支導線；
[0067]步驟C、在所述石墨烯傳感元件周圍形成柔性載體，所述所述柔性載體將所述石墨烯傳感元件完全密封。所述柔性載體與所述石墨烯傳感元件緊密接合，當所述柔性載體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化時，所述石墨烯傳感元件隨所述柔性載體一同變化。
[0068]在方法一中，先將導線連接在所述石墨烯傳感元件，而后再在所述石墨烯傳感元件的周圍形成柔性載體。所述柔性載體可以將所述石墨烯傳感元件完全密封，并將傳感元件與所述導線連接的位置也密封在柔性載體中。方法一制成的流量傳感器的導電部分完全與外界隔離，工作時可以整體置于流體中。
[0069]方法二
[0070]本實用新型提供的另一種流量傳感器的制造方法包括:
[0071]步驟A、制備石墨烯傳感元件；
[0072]步驟B、在所述石墨稀傳感元件周圍形成柔性載體，所述石墨稀傳感元件從所述柔性載體中露出；
[0073]步驟C、在所述石墨稀傳感元件上連接兩支導線。所述柔性載體與所述石墨稀傳感元件緊密接合，當所述柔性載體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化時，所述石墨烯傳感元件隨所述柔性載體一同變化。
[0074]方法二與方法一的不同在于，先在石墨烯傳感元件周圍形成柔性載體，所述柔性載體將所述石墨烯傳感元件的主體部分包封在其內(nèi)部，所述石墨烯傳感元件有少部分露在柔性載體之外，用于與導線連接。以纖維狀石墨烯傳感元件為例，所述傳感元件的兩端可以從所述柔性載體中露出。由于傳感元件與導線的連接部分位于柔性載體之外，能夠接觸流體，所以以方法二形成的流量傳感器不適合整體置于流體中的使用方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以在方法二之后再對暴露在外的石墨烯傳感元件和導線進行密封。
[0075]特別的，所述石墨烯傳感元件為纖維狀結(jié)構(gòu)，方法一和方法二的步驟A還可以包括:
[0076]步驟A1、提供氧化石墨烯溶液和凝固?。?br>[0077]步驟A2、將所述氧化石墨烯溶液滴入所述凝固浴，所述氧化石墨烯溶液滴入時的拖曳軌跡呈線形；
[0078]步驟A3、將生成的石墨稀傳感元件從所述石墨稀凝固液中取出。
[0079]所述氧化石墨烯溶液在凝固浴中會發(fā)生還原反應，氧化石墨烯得到還原，在凝固浴中聚集形成石墨烯結(jié)構(gòu)。將所述氧化石墨烯溶液以線形拖曳的形式滴入凝固浴中，可使還原形成的石墨烯結(jié)構(gòu)線形生長，形成纖維狀結(jié)構(gòu)。最后，將生成的石墨烯結(jié)構(gòu)從凝固浴中取出。
[0080]優(yōu)選的，所述柔性載體采用聚二甲基硅氧烷制成。具體的，在方法一的步驟C或方法二的步驟B中，可以將所述石墨烯傳感元件的兩端拉直，固定在澆注模具中，在澆注模具中澆注聚二甲基硅氧烷。所述聚二甲基硅氧烷在模具中凝固后形成柔性載體，包封在所述石墨烯傳感元件的周圍，與其緊密結(jié)合。
[0081]特別的，所述氧化石墨烯溶液的濃度可以是10mg/mL，所述凝固浴包括溶劑和溶質(zhì)，所述溶劑可以是體積比為3:1的水和乙醇混合溶劑，所述溶質(zhì)可以為質(zhì)量分數(shù)為5 %的氫氧化鈉。所述凝固浴用于還原、聚集所述氧化石墨烯溶液中的石墨烯。
[0082]本實用新型提供的流量傳感器對液體流量的變化具有靈敏的反應機制，所述石墨烯傳感元件的電阻變化隨形變量呈指數(shù)變化，能夠?qū)α髁康奈⑿「淖冏龀鲰憫?。另一方面，本實用新型的流量傳感器結(jié)構(gòu)簡單，便于使用，其中沒有復雜的機械結(jié)構(gòu)，避免了結(jié)構(gòu)老化造成的準確性下降。
[0083]雖然已經(jīng)通過例子對本實用新型的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本實用新型的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，可在不脫離本實用新型的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1.一種流量傳感器，其特征在于，包括: 石墨稀傳感元件(1); 兩支導線⑶； 柔性載體⑵； 所述柔性載體(2)包覆在所述石墨烯傳感元件(1)上，兩支所述導線(3)分別與所述石墨稀傳感元件(1)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感器，其特征在于，所述石墨烯傳感元件(1)密封在所述柔性載體(2)中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流量傳感器，其特征在于，所述石墨烯傳感元件(1)為纖維狀結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量傳感器，其特征在于，所述柔性載體(2)為圓柱形結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量傳感器，其特征在于，所述石墨稀傳感元件(1)位于所述柔性載體(2)的圓柱軸線位置。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量傳感器，其特征在于，所述柔性載體為矩形板結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量傳感器，其特征在于，所述導線(3)連接在所述石墨烯傳感元件⑴的兩端。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感器，其特征在于，所述柔性載體(2)的材料是柔性絕緣疏水材料。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量傳感器，其特征在于，所述柔性載體(2)的材料為聚二甲基娃氧燒。
【專利摘要】本實用新型提供了一種流量傳感器，其中包括：石墨烯傳感元件(1)、兩支導線(3)以及柔性載體(2)。所述柔性載體(2)包覆在所述石墨烯傳感元件(1)上，兩支所述導線(3)分別與所述石墨烯傳感元件(1)電連接，且所述導線向所述柔性載體之外引出。所述石墨烯傳感元件(1)密封在所述柔性載體(2)中。本實用新型提供的流量傳感器結(jié)構(gòu)簡潔，使用方便，且傳感元件不與流體直接接觸，能夠防止流體對傳感元件的損害。
【IPC分類】G01F1/56
【公開號】CN205002811
【申請?zhí)枴緾N201520330090
【發(fā)明人】朱宏偉, 楊婷婷, 何藝佳, 鄭泉水
【申請人】清華大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年5月20日