CN100578167C - 一种磁悬浮计量装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮计量装置，该装置包括测量区、磁力传递区、工作状态转换区、样品区，环境管、管外中心杆和管内中心杆，所述测量区设置在环境管外、工作状态转换区和样品区设置在环境管内、磁力传递区电磁铁部分在环境管外、其永磁体部分在环境管内，上述测量区、磁力传递区、工作状态转换区和样品区依自上而下顺序设置在同一中心轴线上，由此构成以电磁铁和永磁体为悬浮磁力组合形式的计量装置。环境管内物质重量通过环境管内永磁体和环境管外电磁铁构成的磁场力耦合作用无接触地传递到管外测量仪器，从而实现样品环境与测量环境分开，能够用于计量特殊环境下物质的重量。

Description

一种磁悬浮计量装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种计量装置，具体是涉及一种磁悬浮计量装置及其应用。

背景技术

磁悬浮技术早在1941年由美国通用电器公司在美国专利US 2305416中提及。1989年德国专利DE 3807212中描述了利用电磁铁的方法悬浮测量物体重量的方法，这是最早把磁悬浮技术用于物体重量测量的专利，但在该专利中，整个测量处于开放环境，即样品环境与测量环境相同。2003年，我国专利CN2591589中公开了一种电子计量秤的磁悬浮机构，该专利主要是两永磁体分别通过磁铁套固定支架固定在电子计量秤秤体上和输送机上，来减轻秤体自重，该专利只是把磁悬浮技术作为测量的稳定手段，而不是作为核心测量不同环境中重力耦合传递的必要方法，样品与测量环境仍为同一体。

可见，现有技术中的计量装置在测量样品的重量时，由于样品与测量仪器同在一个环境，所以当测量特殊环境下，如真空、特殊温度及压力范围内的物质重量时，计量者无法通过现有计量装置准确实现计量要求；另外，当计量有毒、腐蚀性介质时，恶劣的测量环境不仅对计量者的健康带来危害，也影响了测量仪器的精度和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮计量装置，以克服现有技术的缺陷，实现计量者对特殊环境中物质重量的测量。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

利用磁悬浮原理，提供一种磁悬浮计量装置，使样品环境与测量环境分开，从而实现特殊环境下物质重量的测量。

本发明所提供的磁悬浮计量装置，包括一个测量区、一个磁力传递区、一个工作状态转换区和一个样品区，磁力传递区包括电磁铁和永磁体，其特征在于，还包括一个环境管、一根管外中心杆和一根管内中心杆，所述测量区设置在环境管外、工作状态转换区和样品区设置在环境管内、磁力传递区电磁铁部分在环境管外、其永磁体部分在环境管内，上述测量区、磁力传递区、工作状态转换区和样品区依自上而下顺序设置在同一中心轴线上，即测量区和磁力传递区的管外电磁铁部分由管外中心杆连接为一体，磁力传递区的管内永磁体部分和工作状态转换区及样品区由管内中心杆依次串接为一体，由此构成以电磁铁和永磁体为悬浮磁力组合形式的计量装置。

上述测量区包括一个负载测量变形体、一个电子天平秤体、两个抗震水平支架，负载测量变形体安装在电子天平秤体的中下部，固定在管外中心杆的顶端，抗震水平支架固定在电子天平秤体的底部；所述负载测量变形体为重量变化传感器，根据测量量程的大小可选用不同形式的传感器，一般小量程使用悬臂式传感器，大量程使用跨梁式传感器；如果为悬臂式传感器，管外中心杆顶部固定在传感器端部，如果为跨梁式传感器，管外中心杆顶部固定在传感器中心部位。

上述磁力传递区包括电磁铁、永磁体和一组位置传感器，其中电磁铁通过管外中心杆固定在环境管外，永磁体通过管内中心杆固定在环境管内，电磁铁设置在环境管的外部，在环境管顶端之上位置，电磁铁和永磁体的数量对应，均可为1～2个；永磁体根据测量温度范围可选择不同材料的永磁体，例如：在常规温度范围内选用钕铁硼永磁体，在超高温范围内选用铝镍钴永磁体；所述位置传感器可设置在永磁体的下方，也可设置在电磁铁和永磁体之间的位置；每组位置传感器都包括管内位置传感器和管外位置传感器两个部分，且管内位置传感器和管外位置传感器均可为1～3个；如果位置传感器设置在永磁体的下方，则管内位置传感器是通过中心杆固定在永磁体下方的环境管内，管外位置传感器固定在环境管壁上，且管内位置传感器与管外位置传感器水平位置对称并能相对位移；如果位置传感器设置在电磁铁和永磁体之间的位置，则管内位置传感器固定在环境管内永磁体的上面，管外位置传感器固定在环境管外电磁铁的下面，且管内位置传感器与管外位置传感器垂直位置对称并能相对位移；所述位置传感器根据环境管的材料可选择不同类型的传感器，例如：如果环境管为透明材料，则可选择光栅式传感器；如果环境管为非透明材料，则可选择磁栅式传感器。环境管的材料根据具体实验要求可为绝热型或非绝热型，石英玻璃透明型或不透明型，抗腐蚀型或不耐腐蚀型，耐压不锈钢型或常压型。

上述工作状态转换区包括一个提架、一个升降架和一对托架，所述提架为圆锥形结构，锥顶固定在管内中心杆上；所述升降架为一圆环形结构，其中内圆直径小于提架的圆锥直径，且内圆的高度为2cm～4cm，内圆的底部为开口式，与外圆内腔相通，外圆的底部固定在管内中心杆上，提架可在内圆底部至外圆底部的空腔内上下运动；所述一对托架为带直角的圆环结构，固定在环境管的两侧内壁，当计量装置在非工作状态时，升降架搁置在托架上；上述提架、升降架和托架均要用不易变形的轻质坚硬、防腐耐压材料制成。

上述样品区包括一个制冷区和一个加热区，所述制冷区与工作状态转换区通过管内中心杆相连接，制冷装置安装在该段环境管外的两侧管壁上；所述加热区的上部与制冷区的下部通过可拆卸的密封圈密封连接，其下部与环境管的底部也通过可拆卸的密封圈密封连接，加热装置安装在该段环境管外的两侧管壁上；在制冷区的环境管内上端设有一个高位压力变送器，制冷区与工作状态转换区的交接处开有一个高位流体出入口；在加热区的环境管内上端设有一个高位温度变送器，在其环境管内下端设有一个低位温度变送器和一个低位压力变送器，在高低位温度变送器之间的环境管内设有一个样品池，所述样品池的顶部通过挂钩固定在管内中心杆上，根据所测量样品的状态，样品池可为开孔式或密封透气式或密闭耐压式，由防腐耐热耐压材料做成；环境管的底部固定在两个抗震水平支架上，在其中间位置开有一个低位流体出入口。

本发明所提供的上述磁悬浮计量装置，通过位置传感器可维持控制磁悬浮对象稳定，环境管内永磁体和环境管外电磁铁能构成一对相互作用磁场力，环境管内物质重量通过上述磁场力耦合作用无接触地传递到管外测量仪器，从而实现样品环境与测量环境分开，能够测量特殊环境下物质的重量，如真空、特殊温度及压力范围内物质的重量，有毒、腐蚀性介质的重量。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为悬臂式负载测量变形体的结构示意图；

图3为跨梁式负载测量变形体的结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：

实施例1

参见图1，本实施例所提供的磁悬浮计量装置，包括一个测量区、一个磁力传递区、一个工作状态转换区、一个样品区、一个环境管41、一根管外中心杆231和一根管内中心杆232。

上述测量区由一个负载测量变形体11、一个电子天平秤体12和两个抗震水平支架13构成，负载测量变形体安装在电子天平秤体的中下部，固定在管外中心杆231的顶部，抗震水平支架固定在电子天平秤体的底部；所述负载测量变形体11为重量变化传感器，根据测量量程的大小可选用不同形式的传感器，例如小量程，可使用悬臂式传感器，管外中心杆231顶部固定在悬臂式传感器端部(见图2所示)；如果为大量程，可用跨梁式传感器，管外中心杆231顶部固定在跨梁式传感器中心部位(见图3所示)。

上述磁力传递区包括电磁铁21、永磁体22和一组位置传感器24，其中电磁铁通过管外中心杆231固定在环境管41外，永磁体22通过管内中心杆232固定在环境管41内，电磁铁21设置在环境管41的外面，在环境管41的顶部之上位置；电磁铁21和永磁体22的数量对应，均可为1～2个；永磁体22根据测量温度范围可选择不同材料的永磁体，例如：在常规温度范围内选用钕铁硼永磁体，在超高温范围内选用铝镍钴永磁体；上述位置传感器24设置在永磁体22的下方，包括管内位置传感器和管外位置传感器两个部分，管内位置传感器和管外位置传感器均可为1～3个；管内位置传感器是通过管内中心杆232固定在永磁体22下方的环境管41内，管外位置传感器固定在环境管41的管壁上，且管内位置传感器与管外位置传感器水平位置对称并能相对位移；所述位置传感器24根据环境管41的材料可选择不同类型的传感器，例如：如果环境管41为透明材料，则可选择光栅式传感器；如果环境管41为非透明材料，则可选择磁栅式传感器。环境管的材料根据具体实验要求可为绝热型或非绝热型，石英玻璃透明型或不透明型，抗腐蚀型或不耐腐蚀型，耐压不锈钢型或常压型。

上述工作状态转换区包括一个提架31、一个升降架32和一对托架33，其中提架31为圆锥形结构，锥顶固定在管内中心杆232上；所述升降架32为一圆环形结构，其中内圆直径小于提架31的圆锥直径，且内圆的高度为2cm～4cm，内圆的底部为开口式，与外圆内腔相通，外圆的底部固定在管内中心杆232上，提架31可在内圆底部至外圆底部的空腔内上下运动；所述一对托架33为带直角的圆环结构，固定在环境管41的两侧内壁，当计量装置在非工作状态时，升降架32搁置在托架33上；上述提架31、升降架32和托架33均要用不易变形的轻质坚硬、防腐耐压材料做成。

上述样品区包括一个制冷区和一个加热区，制冷区与工作状态转换区通过管内中心杆232相连接，制冷装置42安装在该段环境管41外的两侧管壁上；加热区的上部与制冷区的下部通过可拆卸的密封圈44密封连接，其下部与环境管41的底部也通过可拆卸的密封圈44密封连接，加热装置43安装在该段环境管41外的两侧管壁上；在制冷区的环境管41内上端设有一个高位压力变送器52，制冷区与工作状态转换区的交接处开有一个高位流体出入口71；在加热区的环境管内上端设有一个高位温度变送器54，在其环境管内下端设有一个低位温度变送器53和一个低位压力变送器51，在高低位温度变送器之间的环境管内设有一个样品池61，所述样品池61的顶部通过挂钩63固定在管内中心杆232上，根据所测量样品62的状态，样品池61可为开孔式或密封透气式或密闭耐压式，由防腐耐热耐压材料制成；环境管41的底部固定在两个抗震水平支架13上，在其中间位置开有一个低位流体出入口72。

上述测量区设置在环境管外，工作状态转换区和样品区设置在环境管内，磁力传递区一部分在环境管外，另一部分在环境管内；测量区、磁力传递区、工作状态转换区和样品区依次通过中心杆相互连接成一体，即测量区和磁力传递区的管外部分通过管外中心杆连接为一体，磁力传递区的管内部分和工作状态转换区及样品区通过管内中心杆依次连接为一体。

本实施例所提供的上述磁悬浮计量装置，通过位置传感器24可维持控制磁悬浮对象稳定，环境管内永磁体22和环境管外电磁铁21能构成一对相互作用磁场力，环境管内物质重量通过上述磁场力耦合作用无接触地传递到管外测量仪器，从而实现样品环境与测量环境分开，能够测量特殊环境下物质的重量，如真空、特殊温度及压力范围内物质的重量，有毒、腐蚀性介质的重量。

实施例2

参见图4，本实施例所提供的磁悬浮计量装置与实施例1不同之处在于：位置传感器24设置在电磁铁21和永磁体22之间的位置，也包括管内位置传感器和管外位置传感器两个部分，且管内位置传感器和管外位置传感器均可为1～3个；所述管内位置传感器固定在环境管41内的永磁体22的上面，管外位置传感器固定在环境管41外部电磁铁21的下面，且管内位置传感器与管外位置传感器垂直位置对称并能相对位移。

本实施例所提供的磁悬浮计量装置的其他内容同实施例1所述。

Claims (12)

1.一种磁悬浮计量装置，包括一个测量区、一个磁力传递区、一个工作状态转换区和一个样品区，磁力传递区包括电磁铁和永磁体；还包括一个环境管、一根管外中心杆和一根管内中心杆，所述测量区设置在环境管外、工作状态转换区和样品区设置在环境管内、磁力传递区电磁铁部分在环境管外、其永磁体部分在环境管内；上述测量区、磁力传递区、工作状态转换区和样品区依自上而下顺序设置在同一中心轴线上，即测量区和磁力传递区的管外电磁铁部分由管外中心杆连接为一体，磁力传递区的管内永磁体部分和工作状态转换区及样品区由管内中心杆依次串接为一体，其特征在于：所述测量区包括一个负载测量变形体、一个电子天平秤体和两个抗震水平支架，负载测量变形体安装在电子天平秤体的中下部，固定在管外中心杆的顶端，抗震水平支架固定在电子天平秤体的底部；所述磁力传递区包括电磁铁、永磁体和一组位置传感器，电磁铁通过管外中心杆固定在环境管顶端之上的外部位置，永磁体通过管内中心杆固定在环境管内，一组位置传感器一部分设置在环境管外，另一部分设置在环境管内；所述工作状态转换区包括一个提架、一个升降架和一对托架，提架顶端固定在管内中心杆上，升降架底部固定在管内中心杆上，托架固定在环境管的两侧内壁上，提架在升降架的空腔内能上下运动并能提起升降架，当计量装置在非工作状态时，升降架搁置在托架上；所述样品区包括一个制冷区和一个加热区，制冷装置安装在制冷区环境管外的两侧管壁上，制冷区与工作状态转换区通过管内中心杆相连接；加热装置安装在加热区环境管外的两侧管壁上，加热区的上部与制冷区的下部通过可拆卸的密封圈密封连接，加热区的下部与环境管的底部也通过可拆卸的密封圈密封连接；环境管的底部固定在两个抗震水平支架上。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述负载测量变形体为重量变化传感器。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述重量变化传感器为悬臂式传感器或跨梁式传感器。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述电磁铁和永磁体的数量对应，均为1～2个。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述永磁体为钕铁硼永磁体或铝镍钴永磁体。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述位置传感器包括管内位置传感器和管外位置传感器两个部分，且管内位置传感器和管外位置传感器均为1～3个。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述管内位置传感器和管外位置传感器均设置在永磁体下方，管内位置传感器通过管内中心杆固定在永磁体下方的环境管内，管外位置传感器固定在相应环境管壁上，且管内位置传感器与管外位置传感器水平位置对称并能相对位移。

8.根据权利要求6所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述管内位置传感器和管外位置传感器设置在电磁铁和永磁体之间位置，管内位置传感器固定在环境管内永磁体的上面，管外位置传感器固定在环境管外电磁铁的下面，且管内位置传感器与管外位置传感器垂直位置对称并能相对位移。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述位置传感器为光栅式传感器或磁栅式传感器。

10.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述提架为圆锥形结构，锥顶固定在管内中心杆上；所述升降架为一圆环形结构，其中内圆直径小于提架的圆锥直径，且内圆的高度为2cm～4cm，内圆的底部为开口式，与外圆内腔相通，外圆的底部固定在管内中心杆上；所述一对托架为带直角的圆环结构，固定在环境管的两侧内壁。

11.根据权利要求1所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述制冷区的环境管内上端设有一个高位压力变送器，制冷区与工作状态转换区的交接处设有一个高位流体泵；所述加热区的环境管内上端设有一个高位温度变送器，在其环境管内下端设有一个低位温度变送器和一个低位压力变送器，在高低位温度变送器之间的环境管内设有一个样品池，样品池的顶部通过挂钩固定在管内中心杆上，在环境管底部的中间位置设有一个低位流体泵。

12.根据权利要求11所述的磁悬浮计量装置，其特征在于，所述样品池为开孔式或密封透气式或密闭耐压式。

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