CN102840356A - 电磁式流量测量和控制一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁式流量测量和控制一体化装置。它包括阀体、阀芯和阀杆；阀体包括进水管、阀腔体、出水管、阀腔盖、线圈，阀腔体位于进水管和出水管之间，阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔，阀芯安装在阀腔内；阀芯设有连接进水管和出水管的通孔，阀芯包括第二磁芯、第一电极、第二电极、引线；第二磁芯位于阀芯通孔的上方，第一电极、第二电极对称分布于通孔的两侧内壁，引线为倒叉形，引线的叉头两端分别与第一电极、第二电极相连，引线的叉杆从阀杆伸出；阀杆从阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆与阀腔盖之间设有密封圈连接。本发明将流量传感器和控制阀共为一体，结构简单紧凑，具有体积小、成本低、便于安装等特点。

Description

电磁式流量测量和控制一体化装置

技术领域

   本发明所述的电磁式流量测量和控制一体化装置，涉及电磁式流量计和控制阀领域，特别涉及热计量、水计量、污水计量、供热节能、室温控制等领域。本发明适用于户用热量表、冷量表、水表、污水表等流量测量与控制领域，特别适用于户用平衡表、平衡热量表等产品，其原理和结构也适用于其他需要流量控制的通用领域。

背景技术

    电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应原理的流量测量仪表，其基本原理是：当带有导电介质的流体通过磁场时，流体切割磁力线，在磁场的垂直方向上产生感应电势，感应电势的幅度和流体的流速成正比，从而获得流体的流速，进而获得流体的流量。为了产生磁场，在测量管的周围，安装有励磁线圈，所产生的磁场穿过流体，从而在流体中产生感应电势，在感应电势的正负极位置安装电极，即可测量感应电势的大小。电磁流量计在流量测量中有广泛的应用，具有测量精度高、线性度好、测量管内无构造件、抗污染物等优势。

    控制阀是一类流量控制装置，主要由阀体、阀芯和阀杆等部件组成，阀杆推动阀芯运动，改变流道的流通面积大小，从而控制流量。控制阀按结构分类，有：球阀、蝶阀、闸阀等。球阀是一种以旋转运动控制流量的控制阀，阀芯为球形，有一个通孔，当阀芯旋转时，通孔位置随之变化，从而改变流道的流通面积，实现流量控制，包括流道的导通和关闭。

    现有技术，流量测量和控制的实现，通常情况下，由独立的流量计和控制阀组成。比如，将流量计和控制阀串联在同一管路上，控制阀根据流量计测得的流量信号，调整阀门的开度，从而控制流量。这种独立的配置方法，流量计和控制阀要分别安装，存在安装复杂、占用空间大的问题，在机箱和井道等空间局促的场合，该方法实施难度大、成本高，尤其在需要计量收费的应用场合，还容易被人为破坏，从而不具有防盗能力。该方案通常使用在工业等一般场合，在特定场合，如城市集中供暖的户用平衡表、平衡热量表等，该方法存在安装复杂、占用空间大、成本高、不防盗等问题，所以并不适用。

为了解决供热领域流量控制的问题，也有将流量计和控制阀安装于同一壳体的方法。因为流量计和控制阀在壳体内是分立的，所以这种方法只是简单地解决了安装问题，仍然没有解决占用空间大、成本高的问题。

    随着城市集中供暖的发展，发明一种能够实时控制供热流量的仪表，在供热节能中显得越来越重要，特别是提供一种便于安装、体积小、成本低的一体化供热流量控制仪表，满足该领域的使用要求，成为解决集中供热系统节能的重要方案之一。现有技术中，还未见有将流量计和控制阀完全结合的一体化布置方法。

综上所述，现有技术的流量测量和控制装置存在以下问题：

1 无论独立的方法，还是分立的方法，体积大，成本高；

2 独立的方法，需要安装两个部件，安装复杂且无法有效防盗。 

发明内容

    本发明的目的在于提供一种电磁式流量测量和控制一体化装置，集电磁式流量计和控制阀为一体，解决现有技术存在的问题，特别是解决户用平衡表、平衡热量表的构造问题。该装置进一步通过电子部件和软件，实现流量计量、热计量、流量控制、热流量控制、室温控制等功能，可以满足城市供暖的节能要求。    

   电磁式流量测量和控制一体化装置，它包括阀体、阀芯和阀杆；阀体包括进水管、阀腔体、出水管、阀腔盖、线圈，阀腔体位于进水管和出水管之间，阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔，阀芯安装在阀腔内；阀芯设有连接进水管和出水管的通孔，阀芯包括第二磁芯、第一电极、第二电极、引线；第二磁芯位于阀芯通孔的上方，第一电极、第二电极对称分布于通孔的两侧内壁，引线为倒叉形，引线的叉头两端分别与第一电极、第二电极相连，引线的叉杆从阀杆伸出；阀杆位于阀芯顶部，从阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆与阀腔盖之间设有密封圈。

     所述的阀体，进一步包含有第一磁芯，线圈包围第一磁芯。

     所述阀芯，进一步包含有第三磁芯，位于阀芯通孔的下方。

     所述阀芯，其通孔截面的垂直方向尺寸小于水平方向尺寸。

     所述阀杆，位于阀芯的上部，并和阀芯一体，阀芯和阀杆为同一垂直旋转轴心，可以实现水平旋转。

     所述的阀体的制造材料为塑料、铜、不锈钢、铝合金或复合材料；所述的塑料为导电塑料。

    所述的阀体衬有金属屏蔽层；

    所述的引线的叉头设有温度传感器。

    本发明解决了现有技术存在的体积大、成本高、安装复杂的问题，同时提高了防盗能力。现有技术中，最接近方法是将流量测量装置和控制装置分置在一个壳体中，未见有将流量测量装置和控制装置一体化的方法。本发明将电磁式流量传感器的电极内置于控制阀的阀芯内，线圈置于阀体的底部，同时增加了控制阀的进水管和出水管的长度，以便稳定流体的流场，提高流量传感器的测量精度。本发明根据城市供暖管网的特点，采用电磁感应原理测量流体的流速，具有测量精度高、线性度好、测量管内无构造件、抗污染物等优势。控制阀采用类似球阀的布置方式，阀芯为带有通孔的圆柱形，通孔的上方和下方，包含有软磁芯材料的磁芯，以便改善通孔位置的磁场分布。本发明所用电磁感应测量原理的流量传感器，由线圈和电极组成。其中，线圈布置在阀体的底部，包含有磁芯，以便提高磁场的强度。电极布置在通孔的两侧内壁上，通孔的截面被布置成长圆形，以缩小上下的间距，提高磁场的强度，同时减小阀芯的总体尺寸。

    根据本发明的另一方面，提供了一种测量双向流量的方法，方便了安装。本发明的进水管和出水管，以及阀体采用对称布置，阀芯和内部的流量传感器也采用对称布置，以便测量双向流量。本发明所提供的方法，进水和出水的方向可以任意选择，相对于现有技术，安装时无需考虑进水和出水的方向，从而简化了安装。

    根据本发明的另一方面，提供了一种热流量的测量布置方法，降低了热流量测量成本。本发明在阀芯中，进一步包含有温度传感器，传感器信号通过导线传输至外部，从而测得流体的温度，进而获得流体的热量。本发明将温度传感器内置于阀芯中，现对于现有技术，具有结构简单、成本低的特点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）电磁流量计和控制阀一体化，体积小，便于安装，成本低；

2）电磁流量计和控制阀一体化，不容易被人为破坏，防盗能力强；

3）装置采用对称布置，容易实现双向测量，简化了安装；

4）阀芯内置温度传感器，实现热量测量，结构简单、成本低。

   本发明的任一技术方案不一定能全部实现以上有益效果。

附图说明  

图1是电磁式流量测量和控制一体化装置实施例的剖面示意图；

图2是本发明电磁式流量测量和控制一体化装置实施例的A-A面剖面示意图；

图中，进水管1a、阀腔体1b、出水管1c、阀体盖1d、金属屏蔽层1e、阀芯2、线圈3、第一磁芯4、第二磁芯5、第三磁芯6、第一电极7a、第二电极7b、阀杆8、引线9、密封圈10、温度传感器11。

具体实施方式

参见图1，为本发明流量测量和控制一体化装置实施例的剖面图。进水管1a、出水管1c、阀体1b、阀体盖1d，构成了装置的壳体部分，其中进水管1a、出水管1c和阀体1b为一体部件，采用塑料材料注塑成型工艺制造，并在阀体1b位置有不锈钢内衬1e，阀体盖1d采用塑料材料制造。进水管1a和出水管1c为圆形管道，包含有连接外部管道的标准螺纹，以便和外部管道连接。进水管1a和出水管1c采用对称设计，进水和出水的方向可以任意选择，以便安装。阀体1b内有圆柱形腔体，腔体与进水管1a和出水管1c的管路相通。装配时，腔体内先安装阀芯2，再安装阀体盖1d，阀体盖1d和阀体1b之间用密封材料密封固定，密封材料可以选择胶水、橡胶、聚四氟乙烯等。进水管1a、出水管1c、阀体1b、阀体盖1d所组成的装置外壳，本实施例选用塑料材料，其他可以用铜、不锈钢等金属材料制造，也可以选择复合材料。

阀芯2采用塑料材料注塑成型工艺制造，形状为圆柱体，中部位置有水平方向的长圆形通孔（参见图2）。阀芯2安装在阀体1b和阀体盖1d构成的阀腔体内，可以水平旋转。当阀芯2处于如图1所示的导通位置时，阀芯的通孔、进水管1a、出水管1b的管道构成了完整的流道，以便实现流量的测量。如图1所示的位置，阀芯旋转90度，即为关闭状态。阀芯2内部包含有电极7a、电极7b，通孔上方包含有第二磁芯5，通孔下方包含有第三磁芯6，磁芯采用注塑成型工艺固定在阀芯内。线圈3位于阀体的底部，采用水平方向绕制，图1和图2所示为线圈的剖面，线圈3中部包含有第一磁芯4。根据法拉第电磁感应原理，线圈3在通孔中产生垂直方向的磁场，磁场穿过通孔中的流体，从而在流体中产生感应电势。磁芯5的中心包含有垂直方向的孔，以便放置引线9。

阀芯2的通孔两侧进一步包含有电极7a和电极7b（参见图2），以便测量感应电势。电极7a和电极7b为导电塑料，并且采用注塑成型工艺固定在通孔内壁上。阀芯2还进一步包含有阀杆8，本实施例的阀杆8和阀芯2采用注塑成型工艺一体制造。阀杆8和阀芯2围绕同一垂直转动轴水平旋转，以便实现阀芯的导通和关闭。设置在阀杆8与阀腔盖1d之间的密封圈10，可以采用o型橡胶圈、油封或密封填料等密封方式。阀芯2还进一步包含有引线9，引线9穿过阀杆8，和外部的电路连接。本实施例的引线9采用印刷电路板制造，用于电极7a和电极7b的外部电连接（参见图2）。引线9以及相关电路为本行业专业人员所熟知的技术，能够很容易的被理解和利用，本实施例中不再深入予以解释。阀芯2还进一步包含有温度传感器11，以便测量流体的温度，进而获得流体的热量，温度传感器11安装在引线9的印刷电路板上。由于阀芯2内的传感器采用对称设计，进水和出水的方向可以任意选择，可以方便的安装。

   本实施例电磁式流量测量和控制一体化装置，在阀芯通孔的上部和下部均安装了磁芯，为了简化工艺、降低成本，也可以只在通孔上方布置一个磁芯。以上情况的组合，亦在本专利的保护范围内。

   本实施例电磁式流量测量和控制一体化装置，线圈位于阀体的底部，也可以将线圈布置在阀体的上部，或者其他区域，此类情况亦在本发明的保护范围内。

    本实施例电磁式流量测量和控制一体化装置，阀芯内的通孔为长圆形，此外还可以用长方形、圆形、椭圆形等形状，此类情况亦在本专利的保护范围内。

    本实施例电磁式流量测量和控制一体化装置，阀芯为带通孔圆柱形，其他形状，如球形等形状，亦在本专利的保护范围内。

    以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：它包括阀体、阀芯（2）和阀杆（8）；阀体包括进水管（1a）、阀腔体（1b）、出水管（1c）、阀腔盖（1d）、线圈（3），阀腔体（1b） 位于进水管（1a）和出水管（1c）之间，阀腔体（1b）和阀腔盖（1d）组成一个顶部开口的阀腔，阀芯（2）安装在阀腔内；阀芯（2）设有连接进水管（1a）和出水管（1c）的通孔，阀芯（2）包括第二磁芯（5）、第一电极（7a）、第二电极（7b）、引线（9）；第二磁芯（5）位于阀芯通孔的上方，第一电极（7a）、第二电极（7b）对称分布于通孔的两侧内壁，引线（9）为倒叉形，引线（9）的叉头两端分别与第一电极（7a）、第二电极（7b）相连，引线（9）的叉杆从阀杆（8）伸出；阀杆（8）位于阀芯（2）顶部，从阀腔体（1b）和阀腔盖（1d）组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆（8）与阀腔盖（1d）之间设有密封圈（10）。

2.如权利要求1所述一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀体，进一步包含有第一磁芯（4），线圈（3）包围第一磁芯（4）。

3.如权利要求1所述一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述阀芯（2），进一步包含有第三磁芯（6），位于阀芯（2）通孔的下方。

4.如权利要求1所述一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述阀芯（2），其通孔截面的垂直方向尺寸小于水平方向尺寸。

5.如权利要求1所述一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述阀杆（8），位于阀芯（2）的上部，并和阀芯（2）一体，阀芯（2）和阀杆（8）为同一垂直旋转轴心，可以实现水平旋转。

6.如权利要求1所述的一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀体的制造材料为塑料、铜、不锈钢、铝合金或复合材料；所述的塑料为导电塑料。

7.如权利要求1所述的一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀体衬有金属屏蔽层（1e）；

如权利要求1所述的一种电磁式流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的引线（9）的叉头设有温度传感器（11）。

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