CN103052867A - 流体流量计 - Google Patents

Abstract

用非接触式传感器测量流体的不同方面的流体流量计和方法。在一些情况下，流体齿轮流量计设有流体腔室，该流体腔室用盖部分密封，该盖部分携载非接触式传感器。选择性的隔离部件可以布置在盖部分与腔室之间，以密封腔室。在一些情况下，盖部分和/或隔离部件构造成通过材料选择和/或在材料内存在观测空腔而透过可见光，以允许对流体腔室加以观测。流量计选择性地构造成，防止或减小周围环境辐射到流量计中的透射，以降低它可能不利地影响用来探测在腔室内齿轮的运动的光学非接触式传感器的可能性。

Description

流体流量计

技术领域

本发明涉及一种容积式流体流量计。更具体地说，本发明涉及一种包括非接触式传感器的齿轮流量计以及此类装置的使用方法。

背景技术

容积式流体测量系统可以用来测量流体流量或体积。例如，分配系统可以使用来自容积式流体仪表的反馈，以控制所分配的流体的体积。这样的控制系统可以用来代替计时（time-on）控制，以更准确地分配精确量的流体。

一种类型的容积式流体测量系统是齿轮流量计，例如椭圆齿轮或凸轮流量计。传统椭圆齿轮流量计提供一对椭圆齿轮，这对椭圆齿轮定位在椭圆齿轮腔室内，从而这些齿轮一致地转动。凸轮流量计在腔室内提供一对凸轮元件，这对凸轮元件互锁，并且绕相应轴线转动。在每一种情况下，流体通过流体进口进入腔室，并且使齿轮转动，允许流体绕过齿轮到在精确测量窝腔内的流体出口。在椭圆齿轮流量计中，窝腔限定在转动的椭圆齿轮与内部腔室壁之间。在凸轮流量计中，在凸轮之间的空隙提供窝腔。理想地，在每一种情况下，被计量的流体不直接在各齿轮本身之间通过，从而在每转期间离开腔室的流体的体积是已知的。因而通过测量齿轮的转数，可以测量通过齿轮流量计的流体流的体积。同样，由齿轮转动的速度，可以确定流量。

为了测量齿轮转动，齿轮流量计常常包括辅助齿轮。例如，椭圆齿轮流量计可以包括计时齿轮系统，该计时齿轮系统布置在腔室外部，以将椭圆齿轮的转数转换成适当信号。利用计时齿轮系统的椭圆齿轮和其它容积式流量计通常具有齿轮腔室，该齿轮腔室包括用于轴的一个或更多个轴孔，所述轴将齿轮联接到外部计时齿轮上。使用更为近期的研发成果，一些齿轮流量计改为使用非接触式传感器，该非接触式传感器放置在基本密封腔室外面，以确定在腔室内的齿轮运动。例如，磁性和光学传感器已被包括到齿轮流量计中，用以测量齿轮运动，而无需在齿轮腔室内设置开口或孔。

流体流动齿轮流量计用在各种用途中，在这些用途中，希望的是，测量流体的小体积流动。因而，齿轮流量计可被暴露于不同类型的流体，可以要求不同的测量能力，并且依据具体用途可被放置在不同环境条件下。齿轮流量计也可以采用各种测量技术中的一种或更多种。相应地，流体流量计设计必须考虑到在不同用途中的大量变化条件。

发明内容

本发明的实施例提供用来测量流体流动的不同方面（如流动体积、方向、及/或流量）的装置和方法。

根据本发明的一个方面，本发明的实施例提供一种用来测量流体的流量计。流量计包括壳体，该壳体限定腔室，该腔室具有流体进口和流体出口。壳体还具有盖部分和隔离部件，该隔离部件定位在盖部分与腔室之间。隔离部件具有连续内表面，该连续内表面提供腔室的壁。流量计还包括在腔室内安装的两个齿轮，这两个齿轮能够响应于通过腔室的流体流动而绕转动轴线转动。流量计还包括非接触式传感器，该非接触式传感器由盖部分携载，并且布置在腔室外面。非接触式传感器构造成用以探测各齿轮中的至少一者的运动。

根据本发明的另一个方面，提供一种用来测量流体的流量计。流量计包括壳体，该壳体限定腔室，该腔室具有流体进口和流体出口。安装在腔室内的是第一齿轮和第二齿轮，该第一齿轮和第二齿轮能够响应于通过腔室的流体流动而绕相应的第一转动轴线和第二转动轴线转动。非接触式传感器布置在腔室的外面，该非接触式传感器构造成用以探测第一齿轮和第二齿轮中的至少一者的运动。壳体包括盖部分，该盖部分具有外表面和内表面，该内表面形成腔室的壁。盖部分包括空腔，该空腔从外表面延伸到盖部分中，但不穿过内表面。空腔允许从壳体外面通过盖部分对第一齿轮和第二齿轮加以辨识。

根据本发明的另一个方面的一个实施例提供一种用来测量流体的流量计，该流量计包括壳体、第一齿轮和第二齿轮、光学传感器、及光学滤波器。壳体包括基础部分，该基础部分限定腔室，该腔室具有流体进口和流体出口。壳体还包括与基础部分相邻的隔离部件，该隔离部件包括连续内表面，该连续内表面形成腔室的壁。另外，壳体包括与隔离部件的外表面相邻的盖部分。第一齿轮和第二齿轮安装在腔室内，并且能够响应于通过腔室的流体流动而绕相应的第一转动轴线和第二转动轴线转动。盖部分携载光学传感器，该光学传感器包括发射器和探测器，该发射器构造成用以发射在传感器波长范围内的辐射，该探测器构造成用以探测在传感器波长范围内的辐射。隔离部件的至少一部分对于传感器波长范围是基本透明的，以允许传感器波长辐射通过隔离部件。光学滤波器包括对于传感器波长范围基本不透明的材料。光学滤波器定位成用以对在传感器波长范围内的辐射从流量计外面进入腔室形成限制。另外，隔离部件包括第一材料，并且盖部分包括与第一材料不同的第二材料。隔离部件和盖部分透过足够量的可见光，从而第一齿轮和第二齿轮通过盖部分和隔离部件是可辨识的。

根据本发明的另一个方面，提供一种用来测量流体的方法。方法包括提供一种流量计，该流量计具有与流体源相流体连通的腔室。流量计包括在腔室外面的光学传感器。腔室包括流体进口、流体出口、第一齿轮和第二齿轮、及壁，壁的至少一部分对于传感器波长范围是基本透明的。方法还包括通过腔室分配流体，由此当流体从流体进口到流体出口通过腔室时，使第一齿轮和第二齿轮转动。方法还包括：减少在传感器波长范围中的辐射从流量计外面进入腔室的透射；用光学传感器，将在传感器波长范围中的辐射发射到腔室中；以及用光学传感器，探测来自腔室的在传感器波长范围中的辐射。基于测得的辐射而测量第一齿轮和/或第二齿轮的转动量，并且基于测得的转动量，计算流体的量值。

本发明的一些实施例可以提供如下选择性特征和/或优点中的一个或更多个优点。一些实施例采用光学传感器，该光学传感器测量一个或更多个齿轮的转动。在一些情况下，提供光学滤波器，以过滤来自周围环境的背景辐射。这样的能力可以改进光学传感器的性能。光学滤波器在一些情况下布置在流量计壳体的外表面上，但也可以代之以布置在内表面上。例如，在一些情况下，光学滤波器布置在隔离部件上，该隔离部件形成壳体腔室的壁。

一些实施例提供一种齿轮流量计，依据预期用途，可以修改该齿轮流量计。例如，在一些情况下，流量计设有可除去的或可互换的隔离部件。隔离部件可以形成流体腔室的壁，并且在一些情况下，将流体腔室与非接触式传感器（该非接触式传感器适于测量在流体腔室内的一个或更多个齿轮的转动）隔离。在一些情况下，外部盖部分将隔离部件固定到壳体上。在这样的情况下，隔离部件的成分可以被选择成用以实现所需的与流过腔室的具体流体的兼容性，而并非必须要求某些物理特性，这些物理特性代之以可由外部盖部分提供。在一些情况下，当前使用的隔离部件可以由多个可更换的隔离部件中的一个替换。这样一种能力是有用的，例如为了更换已退化或磨损的零件、或者适应用于不同用途的流量计。

本发明的一些实施例允许从流量计外面直接观察流量计的一个或更多个齿轮。这样的能力是有用的，例如，允许对装置操作加以肉眼视察，并且/或者用以确认传感器输出。在一些情况下，选择用于流体流量计壳体的材料，以至少允许操作人员辨识在腔室内齿轮流量计的运动。例如，流量计壳体的一个或更多个零件可以由半透明或透明材料形成。在一些情况下，可见性由在流量计的盖部分中的一个或更多个空腔增强，该一个或更多个空腔提供较薄材料部分，用以穿过之而观察。

这些特征和优点以及各种其它特征和优点，将通过阅读如下详细描述而更为显明。

附图说明

如下附图用以例示本发明的具体实施例，并因此并非用以限制本发明的范围。附图不按比例（有如此说明的除外），并且与在如下详细描述中的解释一起使用。以下将联系附图描述本发明的实施例，其中，类似附图标记指示类似元素。

图1是根据本发明的一个实施例的流量计的分解立体图。

图2是图1的流量计的侧视剖视图。

图3是对于在本发明的一些实施例中有用的几种材料的透射率相对于波长的曲线图。

图4A是根据本发明的一个实施例的流量计的侧视剖视图，该流量计包括光学滤波器。

图4B是根据本发明的一个实施例的流量计的立体剖视图，该流量计包括光学滤波器。

图4C是根据本发明的一个实施例的隔离部件的立体剖视图，该隔离部件包括光学滤波器。

图5是根据本发明的一个实施例的盖部分的侧视剖视图，该盖部分包括光学滤波器。

图6是对于在本发明的一些实施例中有用的光学滤波器的透射率相对于波长的曲线图。

图7是根据本发明的一个实施例的流量计的立体图。

图8A是根据本发明的一个实施例的盖部分的立体图。

图8B是图8A的盖部分的俯视图。

图8C是图8A的盖部分的侧视剖视图。

具体实施方式

如下详细描述在本质上是例示性的，并非用以按任何方式限制本发明的范围、适用性或者构造。实际上，如下描述提供用来实施本发明的例示性实施例的一些实践性说明。提供了用于选定元素的结构、材料、尺寸以及制造过程的例子，而全部其它元素采用了对于本领域的技术人员而言是已知的结构、材料、尺寸以及制造过程。本领域的技术人员将会认识到的是，所述及的例子中的很多个例子具有各种适当的替代方式。

术语“流体”这里用来识别任何连续物质，该连续物质趋向于流动或者与其容器的外形相一致。例如，术语流体包括液体和气体。本发明的各实施例的一种用途是用于液体，如在清洗、洗涤、消毒、冲洗等时使用的液体产品和化学制品。

图1是根据本发明的一个实施例的流量计100的分解立体图。图2提供流量计100的侧视剖视图。如图中所示，在本发明的这个实施例中，流量计100具有壳体，该壳体包括基础部分102和盖部分104。基础部分限定流体流动腔室106，该流体流动腔室106包括流体进口108和流体出口110。第一齿轮和第二齿轮112、114安装在腔室106内，并且响应流过腔室106的流体，绕相应的第一转动轴线和第二转动轴线转动。

壳体还包括隔离部件120，该隔离部件120定位成与基础部分102相邻。隔离部件120包括连续内表面128，该连续内表面128形成腔室106的壁。隔离部件120定位在盖部分104与腔室/基础部分之间。使用多个紧固件，如螺钉或螺栓（未示出），将盖部分104固定到基础部分102上。在基础部分与隔离部件以及盖部分与隔离部件之间，两个密封部件122（例如，弹性体O形圈）分别抵靠隔离部件的内表面128和外表面126配合，以将流体腔室106进一步与盖部分104隔开。尽管在图1和2中未示出，但流量计100还包括非接触式传感器（例如，光学或磁性传感器），该非接触式传感器构造成用以探测各齿轮中的一个或更多个的运动。在这个例子中，非接触式传感器设置在盖部分104的空腔124内，在流体流动腔室106外面。

总体而言，流量计100可以联接到流体流动流中，以量化流体流动的一个或更多个特性。当流体进入腔室106中时，齿轮112、114（在这个例子中，是椭圆齿轮）抵靠腔室的内壁旋转，并且扫出和捕获精确体积的或者窝腔的流体。由于在齿轮的整个转动期间，腔室壁与齿轮的主齿顶的圆弧相重合，所以这个窝腔的流体沿齿轮的短轴而被捕获在腔室壁与齿轮的表面之间，并且从流体进口108被扫到流体出口110。此外，由于椭圆齿轮112、114在它们的整体转动期间都相互接触，所以没有流体在齿轮之间通过。因而，通过这种作用，根据已知窝腔体积，计量出流过流体出口的流体的体积。因而，随着窝腔被填充和排空，基于齿轮的转动量，可以测量出诸如总体积、流量、及流动方向之类的特性。

每个椭圆齿轮112、114一般包括刚性材料，如塑料或金属。因为齿轮与计量流体相接触，所以齿轮材料的选择可以取决于被计量的流体。一种可能的考虑可以包括齿轮材料相对于腐蚀性流体的耐久性。例如，关于高浓度洗涤剂、卫生消毒剂、或漂清助剂，齿轮可以包括围绕陶瓷轴的模制的或机加工的塑料，如聚醚-醚-酮（PEEK）。其它潜在齿轮材料包括结晶塑料，如ULTEM，该结晶塑料具有高的耐久性、高的温度耐受性、低的热膨胀性、低的水分吸收性，而且是化学惰性的。另外的材料可以包括RYTON和诸如316SS之类的金属。

当然，各种各样的齿轮可以用在本发明的不同实施例中。齿轮设计的选择可以取决于被计量的流体的性质。例如，高粘度流体较不可能引起在牵引齿轮之间的滑移，所以光滑齿轮将会是适当的。相反，对于低粘度和/或高润滑能力流体而言，将会需要使用相互啮合的齿轮。此外，尽管主要关于包括椭圆形齿轮的流量计来论述这里描述的具体实施例，但本发明并非限于这样的实施例。本领域的技术人员将会认识到的是，本发明可以对于各种容积式流量计而加以实践。本领域的技术人员可以将本发明的实施例适用于任何通过流量计元件的每转输送离散窝腔的流体而工作的容积式流量计。例如，根据本发明的一些实施例，可以适用于一种凸轮流量计，该种凸轮流量计是容积式流量计，该容积式流量计使用互锁、凸轮形齿轮计量元件，以使固定体积窝腔的流体通过腔室。

各种类型的非接触式传感器可以被包括到流量计100中，以从流体腔室106外面感测齿轮112、114的运动。例如，在一些情况下，各齿轮中的一个或更多个包括永久磁体（即，“触发齿轮”），并且非接触式传感器是磁性（即，磁作用）传感器。适当磁性传感器的一个例子在申请人共同拥有的美国专利No.7,523,660中述及，该专利的全部内容通过参考由此包括。当触发齿轮响应流体流动而转动时，由永久磁体产生的磁场也转动。诸如GMR传感器（巨大磁阻效应传感器）之类的磁性传感器感测磁场的转动，并且产生对应的输出信号。因而，齿轮的运动和对应的流体流动可被量化。一个或更多个GMR传感器元件可以用来监视触发轮的转动。适当GMR传感器的一个例子是GMR旋转阀桥式传感器，该GMR旋转阀桥式传感器可以从NVE公司获得，其标识为No.NVE.AAV001-11和AAV002-11。当然，这是这样一种磁性传感器的操作的概述，本领域的技术人员将会认识到的是，这里为了简明起见，省略了多个细节。另外，在本技术领域中已知的其它类型的磁性传感器也可以供流量计100采用。

在一些实施例中，非接触式传感器被设置成光学传感器。适当的非接触式传感器的一个例子在2009年2月11日提交的申请人共同拥有的美国专利申请No.12/369,501中述及，该专利申请的全部内容通过参考由此包括。在一些情况下，隔离部件120的至少一部分，对于由光学传感器（该光学传感器定位成与隔离部件的外表面126相邻）使用的传感器波长范围是基本透明的，以提供穿过隔离部件120对转动齿轮的观测。光学传感器可以观测各齿轮中的一者或二者的光学特性，并且基于这种数据，可以确定流体体积、流量、及/或流动方向。

光学传感器可以是能够探测齿轮的光学性能（该光学性能用来确定齿轮转动位置）的任何传感器。可以使用适于测量一般任何光学性能的传感器，该光学性能包括例如反射率或透射率。在一些优选实施例中，光学性能是反射率。反射率可以由光学传感器测量，该光学传感器包括发射器和探测器，该发射器发射在一个波长或一定波长范围下的光能，该探测器定位成用以接收发射波长的范围的全部或一部分的反射光。光能总体而言可以是任何波长的电磁辐射，例如，可以使用UV、可见光、红外光及其它光。在一些优选实施例中，可以使用红外光。例如，在一些实施例中，采用可以从Fairchild SemiconductorInternational,Inc获得的940nm QRB1114，测量反射率。其它适当反射传感器包括950nm EE-SY125传感器、920nm EE-SY310/SY410传感器、及940nm EE-SY171传感器，这些传感器都可以从OmronElectronic Components LLC获得。其它适当反射传感器包括可以从OPTEC获得的OPB609GU传感器、可以从Fairchild Semiconductor获得的QRE1113GR传感器以及可以从Panasonic获得的CNB1001传感器。从原理上说，用较短波长和聚焦较好的光能，可以实现较高传感器分辨率。使用紫外（UV）发射器和/或激光器，可以提供这样的改进分辨率。

在采用光学传感器的情况下，各齿轮112、114中的一个或更多个可以包括相异的光学特性，所述相异的光学特性能够由传感器通过隔离部件120观测到。例如，相异光学特性可以布置在各齿轮的顶部表面上，与隔离部件120的内表面128相邻。相异光学特性可以是导致光学传感器记录与当特性不可见时不同的读数的任何指示。例如，各齿轮中的每一个齿轮的顶部表面由于不同颜色的使用、不同反射比的材料、或在齿轮（一个或更多个）的表面上一个或更多个离散点的使用，在传感器波长下可以具有不同的光学反射图案。

对于采用光学传感器的一些实施例，隔离部件120优选地包括对于在传感器波长范围内的辐射是基本透明的材料。例如，在一些情况下，隔离部件120的全部在传感器波长范围中可以是基本透明的。在一些实施例中，只有隔离部件120的一部分（例如，窗口或透镜）在传感器波长范围中可以是基本透明的。隔离部件120、光学传感器以及齿轮/腔室优选地对准，以通过隔离部件的对于传感器波长范围是基本透明的一部分向光学传感器提供对于齿轮的至少部分的无阻碍观测途径。传感器波长范围包括由传感器发射器发射的、以及由传感器探测器探测的辐射波长。例如，在包括近红外辐射的传感器波长范围中操作的光学传感器可以利用范围从约700nm至约1100nm或更长的波长。当然，将会认识到的是，也可以使用其它波长范围。

术语“基本透明的”在这里用来描述用于隔离部件120的材料，该材料允许辐射进出流体腔室106的透射到足够程度，从而光学传感器能够基于发射和反射的辐射，适当地探测齿轮的运动。相应地，材料无需透过在传感器波长范围内的全部或几乎全部辐射，尽管在一些情况下，它可以接近这种极限。在一些用途中，具有较低透射系数的材料可能足以实现传感器的适当性能，并且对于本说明书的目的而言，这样一种材料被认为是在传感器波长范围中基本透明的。

图3是曲线图300，其中示出了当传感器波长范围在约700nm与约1100nm之间或更大时对于隔离部件120可能有用的几种材料的透射特性。材料的大多数在这个范围中呈现至少50%的透射率，少数材料呈现至少60%的透射率，而其它材料呈现至少80%的透射率。可以适于透过在约700nm至约1100nm范围中的辐射的材料的例子包括玻璃、蓝宝石、硼硅酸盐、聚甲基戊烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、PVC及丙烯酸玻璃。当然，光学传感器的性能特性可能要求或容许各种水平的透射率，并且可能的是，甚至更低透射率范围对于极敏感光学传感器将会是足够的，并且对于较低效传感器，较高透射率范围将会是必要的。

依据用于具体实施例的一个或更多个设计因素，隔离部件120可以由多种材料形成。仅仅作为少量例子，可能影响用于隔离部件120的材料的选择的一些标准包括：通过腔室106的具体流体、流体流动的压力、成本因素、及/或在使用光学传感器的情况下用于光学传感器波长范围的透明度标准。例如，隔离部件120应该由一种或更多种材料制成，所述一种或更多种材料相对于流过腔室的流体是相容的，并且是足够化学惰性的。对于涉及具有高pH、低pH或强氧化剂的化学制品的用途，隔离部件120可以例如由非常惰性的材料制成，像商品级透明蓝宝石或硼硅酸盐。可购得的材料的一个例子是可以从Precision Glass and Optics获得的Borofloat。在一些情况下，隔离部件可以单独地或部分地由上文中提到的各种材料的一种或更多种形成，这些材料包括玻璃、蓝宝石、硼硅酸盐、聚甲基戊烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、PVC及丙烯酸玻璃。也可以使用在本技术领域中已知的其它材料。

隔离部件120的设计也可以依据用途而改变。影响隔离部件120的厚度的因素可以包括流过腔室的流体的压力、材料本身的固有强度、及由盖部分104（该盖部分104将隔离部件120固定到基础部分102上）提供的支撑。在一些情况下，例如，隔离部件120是厚度小于约15毫米的板。在一些实施例中，厚度在约1毫米与约2毫米之间。当然，将会认识到的是，依据材料的透射率、材料的强度及其它因素，其它厚度将会是适当的。

返回图1和2，盖部分104连结到基础部分102上，并且将隔离部件120封装在盖部分与基础部分之间。因而，盖部分104提供一种结构壳体，该结构壳体包围隔离部件，将隔离部件抵靠基础部分102和腔室106固定，而无需将隔离部件直接紧固到基础部分上（例如，用螺钉、螺栓、等等）。盖部分104可以由与隔离部件相同的材料构成、或由不同材料形成。例如，盖部分104可以包括诸如玻璃、蓝宝石、硼硅酸盐、及/或丙烯酸玻璃之类的材料。在一些情况下，盖部分104用可模制（moldable）塑料形成，所述可模制塑料例如是聚甲基戊烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、及/或PVC。

在一些情况下，盖部分104优选地提供一种坚固结构壳体，该坚固结构壳体包围隔离部件，从而允许隔离部件由不同材料（该不同材料例如可以是较弱的或较脆的）形成。隔离部件120为流体流动腔室106提供隔离密封，因而防止流过腔室的流体接触盖部分104。相应地，盖部分和隔离部件可以由不同材料形成。例如，隔离部件可以包括与流过腔室的流体相容的材料，而盖部分104可以包括结构性能强大、但并非必须与流体相容的材料。例如，在一些情况下，隔离部件由第一材料形成，该第一材料比用来形成盖部分的第二材料更为耐受流过腔室的流体。

在一些情况下，采用例如螺钉、螺栓或者其它可除去的紧固件，将盖部分104可除去地联接到基础部分上。因而，盖部分104可以从基础部分102除去，以提供对于隔离部件120的接近途径。这对于清洗或更换隔离部件而言将会是有用的。在一些情况下，借助于将一个隔离部件除去并且用另一个隔离部件替换它，使得流量计100能够适于处置不同的流体，而无需更换整个盖部分104。例如，隔离部件可以与具有适于具体用途的更为合意的操作能力（例如，化学耐受性、压力耐受性、等等）的另一个隔离部件交换。因而，与隔离部件相异的盖部分的使用，提供了关于隔离部件的一定程度的适应性或互换性。然而，应该认识到，盖部分并非必须在全部情况下都是可除去的，作为替代，盖部分可以永久地固定到隔离部件周围的基础部分上（例如，用粘合剂、螺钉、螺栓、等等）。

隔离部件120和盖部分104在一些实施例中也可以呈现一定程度的可视透明度，以允许操作人员用肉眼观察流量计100的操作。例如，盖部分104和隔离部件120可以由透过足够量的可见光的材料形成，从而第一齿轮和/或第二齿轮通过盖部分和隔离部件是可辨识的。在一些情况下，盖部分和隔离部件对于可见光是基本透明的，尽管较小程度的透明度（例如，半透明性）在一些情况下也可能足以使人至少能够辨识（discern）齿轮的运动。例如，在图3中的曲线图300示出了多种材料的透明度，这些材料依据材料的性质和厚度，在400nm至700nm的可见范围中具有在约20%与约90%之间的透射率。在一些情况下，整个盖部分104和/或隔离部件120可以由这样一种材料形成，尽管也预期到，盖部分和/或隔离部件可以包括整体的很小透明部分（例如，窗口），以使人能够视察齿轮的操作。

图4A和4B是根据本发明的一个实施例的流量计400的侧视剖视图和立体剖视图。流量计400在很多方面与相对于图1和2描述的流量计100相似，但图4A还示出了光学传感器402，该光学传感器402定位在盖部分104的空腔124内。光学传感器402适于按上文描述的方式通过发射和探测在传感器波长范围中的光而探测各齿轮112、114中的至少一者的运动。流量计400还包括光学滤波器404，该光学滤波器404定位成用以对于在传感器波长范围内的辐射从流量计400外面进入腔室106形成限制，或以其它方式干涉光学传感器402的操作。

光学滤波器404包括一种材料，这种材料对于传感器波长范围是基本不透明的，并因而被选择成用以阻断在传感器波长范围内的背景辐射。在一些情况下，它是光学干扰滤波器或吸收滤波器。滤波器并非必须阻断在传感器波长范围中的全部背景辐射，尽管它在一些情况下可以接近这种极限。例如，在一些情况下，光学滤波器404可以滤除或透过足够小量的背景传感器波长辐射，从而它不会显著地影响由光学传感器402进行的测量。所需的过滤程度可以依据在流量计400中的各种材料的反射性能以及光学传感器402和相关电路的灵敏度和设置而变化。

图6是曲线图600，示出了对于可购得的过滤材料的一个例子而言可获得的过滤程度，该可购得的过滤材料叫做Super HeatBusterHot Mirror，可以从Deposition Sciences Inc.购得。如在曲线图600中所示的那样，用于QRE1113光反射传感器的灵敏度范围602在约700nm与约1100nm之间（亦即，在所示的实施例中的红外辐射）。对于这些红外波长，对于零度背景辐射604以及按约40度的角进入的辐射606这二者，光学滤波器透过最小响应。这样一种光学滤波器对于限制背景红外辐射对于例如强白炽光或太阳光的设置（settings）的影响将会有用的。

如图4A-4C所示，在一些情况下，光学滤波器404是隔离部件120的一部分，或者被直接附着在隔离部件120的外表面上。在这种情况下，光学滤波器404定位在腔室106与光学传感器402之间。为了避免阻断透射到传感器和/或从传感器透射的所需的传感器波长辐射，隔离部件120的一部分可以具有用于光学传感器402的观测端口410，以便观察腔室106。例如，可以将隔离部件120的中心部分的光学滤波器介质掩蔽或以物理方式除去，以形成观测端口410。在一些情况下，光学滤波器包括在隔离部件上附着的薄膜，尽管其它构造也是可能的。

转到图5，在一些情况下，光学滤波器500定位成与盖部分104的外表面相邻。例如，滤波器500可以是附着在盖部分上的薄膜。因而，盖部分104本身提供对于在传感器波长范围内的背景辐射的某种屏蔽，而无需将光学滤波器结合到隔离部件120中。这可以帮助降低成本，因为可以设计和制造不同类型的隔离部件（例如，如上文中论述的那样），而无需在每个隔离部件上的光学滤波器。作为替代，将光学滤波器500一次施加到盖部分104的外部。当然，应该认识到，用于光学滤波器的其它位置是可能的，并且这些位置仅仅是一些适当位置的例子。

在一些情况下，光学滤波器选择性地阻断（例如，反射和/或吸收）在传感器波长范围内的辐射，同时也透过在可见波长范围内的辐射。例如，如图6所示，光学滤波器阻断在约700nm至约1100nm范围（用于光学传感器的灵敏度区域）内的辐射，但也基本上透过在400nm至700nm波长范围内的可见辐射（依据视角变化而有略微不同）。相应地，这样一种光学滤波器可以与隔离部件和盖部分组合，所述隔离部件和盖部分也呈现一定程度的可见透明度，以允许操作人员用肉眼观察流量计100的操作，同时也减小在传感器波长范围内的背景辐射的影响。

图7是根据本发明的一个实施例的流量计700的立体图。图7以局部剖切形式示出流量计700的盖部分704。流量计700包括壳体701，该壳体701限定腔室706，该腔室706具有流体进口和流体出口。壳体701包括基础部分702和盖部分704，采用紧固件，像例如螺钉或螺栓（未示出），将该盖部分704安装到基础部分702上。盖部分704具有连续内表面，该连续内表面形成腔室706的壁。盖部分还具有与内表面相对的外表面708。第一齿轮和第二齿轮712、714绕转动轴线可转动地安装在腔室706内，并且响应流过腔室706的流体而转动。尽管未示出，流量计700通常包括非接触式传感器，该非接触式传感器布置在腔室706外面，并且构造成用以探测在腔室内的各齿轮中的至少一者的运动。例如，非接触式传感器可以安装在盖部分704内的传感器空腔720内。

如图7所示，在一些实施例中，盖部分704直接连结到基础部分702上，并且提供腔室706的壁，而不使用相对于本发明的其它实施例所描述的离散式的（discrete）隔离部件。弹性体O形圈或其它密封机构（未示出）可以增强在基础和盖部分之间的密封。如图7和8A-8C所示，盖部分704的传感器空腔720从盖部分的外表面708延伸到盖部分中，但不延伸穿过盖部分，以便使得盖部分的内表面722完整无缺，因而提供连续的表面或壁，该连续的表面或壁密封腔室706的一侧。

盖部分704优选地由与流过腔室706的流体以及定位在传感器空腔720内的非接触式传感器这二者都相容的材料形成。例如，薄传感器空腔壁730应该允许非接触式传感器适当地感测齿轮712、714中的一者或二者的运动。在磁性传感器的情况下，空腔壁730应该适当地透过磁场（例如，由非磁性或非金属材料形成），使得传感器可以接收和感测由齿轮的运动引起的磁场变化。在光学传感器的情况下，空腔壁730应该基本透过在传感器波长范围内的辐射，使得传感器可以适当地发射和接收传感器波长辐射。例如，在红外光学传感器（如在前文中提到的那些之一）的情况下，空腔壁730应该对于所使用的红外波长是基本透明的。在一些情况下，盖部分704由聚丙烯形成，该聚丙烯对于在红外波长范围内的辐射是基本透明的。

另外，传感器空腔壁730以及盖部分的整个内表面722都应该与流过腔室706的流体相容。例如，盖部分704的内表面由一种或更多种材料制成，所述一种或更多种材料相对于流过腔室的流体是足够化学惰性的。这对于多种用途是有用的，这些用途包括涉及具有高pH、低pH或强氧化剂的化学制品的那些用途。可以依据所需的对于流体的耐受性、以及所需的与非接触式传感器的相容性，为盖部分选择多种材料。仅作为一个例子，当非接触式传感器是在红外范围中操作的光学传感器，并且液体化学制品是具体类型的洗衣去污剂时，盖部分704可以由聚丙烯制成。在一些情况下，还包括光学滤波器，如参照图5论述的光学滤波器，以阻断可能影响光学传感器的性能的背景光。

盖部分704在一些实施例中也可以呈现一定程度的可见透明度，以允许操作人员用肉眼观察流量计700的操作。例如，盖部分704可以包括一种材料，这种材料透过足够量的可见光，从而第一齿轮和/或第二齿轮通过盖部分是可辨识的。在一些情况下，优选的是，盖部分704提供流量计的壳体701的结构坚固元件，同时对于流过腔室的流体也是耐受的（例如，惰性的），并且是可见透明的，以允许操作人员观察齿轮的运动。

如图7和8A-8C所示，在一些实施例中，盖部分包括一个或更多个观测空腔750，所述观测空腔允许对在腔室706内的一个或两个齿轮加以辨识。空腔750从外表面708延伸到盖部分704中，但不延伸穿过内表面722。空腔因而形成与盖部分704的内表面相邻的薄的观测壁752。这样的薄壁752可以提供一定程度的透明度，这种程度的透明度允许从壳体701外面通过盖部分对第一齿轮和/或第二齿轮加以辨识。例如，诸如聚丙烯之类的通常透明的材料通常可以使通过材料的厚度的视线模糊。在聚丙烯盖部分中形成空腔和足够薄的部分可以实现对于腔室706内部的观测，如在图7中所示的那样。尽管图7和8A-8C示出了具有多个观测空腔750的盖部分，但应该认识到，也可以使用单个观测空腔，或者可以提供没有观测空腔的类似盖部分。

尽管在图中未示出，但在一些实施例中，与隔离部件（如关于图1和2描述的隔离部件）一起，可以使用具有一个或更多个观测空腔的盖部分。例如，因为各种设计因素，如成本、材料强度、等等，可能期望的是，由非透明(nontransparent)材料（例如，半透明(translucent)材料）形成盖部分。在这样的情况下，可以形成观测空腔，该观测空腔从外表面延伸到盖部分中。在一些情况下，空腔可能不延伸穿过盖部分的内表面，与在图7和8A-8C中所示的例子相似。在一些情况下，空腔可以完全延伸穿过盖部分，因为隔离部件定位在盖部分与基础部分之间，以密封流体腔室。

根据本发明的一些实施例，还提供用来测量流体的方法。在一些情况下，所述方法包括提供一种流量计，例如在上文中描述的那些流量计之一，该流量计具有与流体源相流体连通的腔室、和在腔室外面的光学传感器。腔室包括流体进口、流体出口、第一齿轮和第二齿轮、以及壁，壁的至少一部分对于由光学传感器使用的传感器波长范围是基本透明的。流体被分配到腔室中，导致第一齿轮和第二齿轮转动。所述方法包括减小（或基本阻断）在传感器波长范围中的辐射从流量计外面进入腔室中的透射。例如，可以提供光学滤波器，例如在上文中描述的那些光学滤波器之一。此外，光学传感器将在传感器波长范围中的辐射发射到腔室中、并且探测从腔室反射回的辐射。所述方法还包括：基于测得的辐射，测量第一齿轮和/或第二齿轮的转动量；和基于测得的转动量，计算流体的量值。例如，与传感器相关联的评估电子装置基于探测的辐射，可以计算流量、流动体积及/或流动方向。在一些情况下，所述方法也被设计成用来从流量计外面用肉眼观测第一齿轮和/或第二齿轮的转动。

至此，公开了本发明的实施例。尽管已经参考一些公开实施例相当详细地描述了本发明，但所公开的实施例是为了例示性目的而不是限制性目的，并且本发明的其它实施例是可能的。本领域的技术人员将会认识到，可以进行各种变化、适应以及修改，而不脱离本发明的精神和所附的权利要求书的范围。

Claims (26)

1.一种用来测量流体的流量计，所述流量计包括：

壳体，所述壳体限定腔室，所述腔室具有流体进口和流体出口，所述壳体包括盖部分和隔离部件，所述隔离部件定位在所述盖部分与所述腔室之间，所述隔离部件包括连续内表面，所述连续内表面形成所述腔室的壁；

安装在所述腔室内的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮能够响应于通过所述腔室的流体流动而绕相应的第一转动轴线和第二转动轴线转动；以及

非接触式传感器，所述非接触式传感器由所述盖部分携载、并且布置在所述腔室外面，所述非接触式传感器构造成用以探测所述第一齿轮和第二齿轮中的至少一者的运动。

2.如权利要求1所述的流量计，其中，所述非接触式传感器是光学传感器，所述光学传感器包括发射器和探测器，所述发射器构造成用以发射在传感器波长范围中的辐射，所述探测器构造成用以探测在所述传感器波长范围中的辐射，其中，所述隔离部件的至少一部分对于所述传感器波长范围是基本透明的。

3.如权利要求1至2中的任一项所述的流量计，还包括光学滤波器，所述光学滤波器包括对于所述传感器波长范围基本不透明的材料，所述光学滤波器定位成用以对在所述传感器波长范围内的辐射从所述流量计外面进入所述腔室形成限制。

4.如权利要求3所述的流量计，其中，所述光学滤波器定位成与所述盖部分的外表面相邻。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的流量计，其中，所述隔离部件包括所述光学滤波器。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的流量计，其中，所述传感器波长范围包括红外辐射。

7.如权利要求3至6中的任一项所述的流量计，其中，所述光学滤波器包括膜。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的流量计，其中，所述隔离部件包括第一材料，所述盖部分包括与所述第一材料不同的第二材料。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的流量计，其中，所述第一材料比所述第二材料更耐受流过所述腔室的流体。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的流量计，其中，所述隔离部件和所述盖部分透过足够量的可见光，从而所述第一齿轮和/或所述第二齿轮通过所述盖部分和所述隔离部件是可辨识的。

11.如权利要求1至10中的任一项所述的流量计，其中，所述第一材料和所述第二材料对于可见光是基本透明的。

12.如权利要求1至11中的任一项所述的流量计，其中，所述第一材料和所述第二材料选自包括如下选项的组：玻璃、蓝宝石、硼硅酸盐、聚甲基戊烯、聚砜、聚醚亚胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、PVC及丙烯酸玻璃。

13.如权利要求1至12中的任一项所述的流量计，其中，所述第二材料是非透明的，所述盖部分包括延伸到所述盖部分中的至少一个空腔。

14.如权利要求1至13中的任一项所述的流量计，其中，所述至少一个空腔完全延伸穿过所述盖部分。

15.如权利要求1至14中的任一项所述的流量计，其中，所述隔离部件包括板，所述板具有小于约15毫米的厚度。

16.如权利要求15所述的流量计，其中，所述厚度在约1毫米与约2毫米之间。

17.如权利要求1至16中的任一项所述的流量计，其中，所述隔离部件和所述盖部分是可除去的。

18.如权利要求1至17中的任一项所述的流量计，其中，所述非接触式传感器是磁性传感器。

19.一种用来测量流体的流量计，所述流量计包括：

壳体，所述壳体限定腔室，所述腔室具有流体进口和流体出口；

安装在所述腔室内的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮能够响应于通过所述腔室的流体流动而绕相应的第一转动轴线和第二转动轴线转动；以及

布置在所述腔室的外面的非接触式传感器，所述非接触式传感器构造成用以探测所述第一齿轮和第二齿轮中的至少一者的运动，其中

所述壳体包括盖部分，所述盖部分具有内表面和外表面，所述内表面形成所述腔室的壁，所述盖部分限定空腔，所述空腔从所述外表面延伸到所述盖部分中、但不穿过所述内表面，所述空腔允许从所述壳体外面对所述第一齿轮和/或所述第二齿轮加以辨识。

20.如权利要求19所述的流量计，其中，所述盖部分包括半透明材料。

21.如权利要求19至20中的任一项所述的流量计，其中，所述非接触式传感器是光学传感器，所述光学传感器包括发射器和探测器，所述发射器构造成用以发射在传感器波长范围中的辐射，所述探测器构造成用以探测在所述传感器波长范围中的辐射，其中，所述盖部分的至少一部分对于所述传感器波长范围是基本透明的。

22.如权利要求19至21中的任一项所述的流量计，还包括光学滤波器，所述光学滤波器包括对于所述传感器波长范围基本不透明的材料，所述光学滤波器定位成与所述盖部分的外表面相邻，以对于在所述传感器波长范围内的辐射从所述流量计外面进入所述腔室形成限制。

23.一种用来测量流体的流量计，所述流量计包括：

壳体，所述壳体包括

基础部分，所述基础部分限定腔室，所述腔室具有流体进口和流体出口，

与所述基础部分相邻的隔离部件，所述隔离部件包括连续内表面，所述连续内表面形成所述腔室的壁，以及

与所述隔离部件的外表面相邻的盖部分；

安装在所述腔室内的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮能够响应于通过所述腔室的流体流动而绕相应的第一转动轴线和第二转动轴线转动；

由所述盖部分携载的光学传感器，所述光学传感器包括发射器和探测器，所述发射器构造成用以发射在传感器波长范围中的辐射，所述探测器构造成用以探测在所述传感器波长范围中的辐射，其中，所述隔离部件的至少一部分对于所述传感器波长范围是基本透明的；以及

光学滤波器，所述光学滤波器包括对于所述传感器波长范围基本不透明的材料，所述光学滤波器定位成用以对在所述传感器波长范围内的辐射从所述流量计外面进入所述腔室形成限制，其中

所述隔离部件包括第一材料，所述盖部分包括与所述第一材料不同的第二材料，其中

所述隔离部件和所述盖部分透过足够量的可见光，从而所述第一齿轮和/或所述第二齿轮通过所述盖部分和所述隔离部件是可辨识的。

24.一种用来测量流体的方法，所述方法包括：

提供流量计，所述流量计具有与流体源相流体连通的腔室、和在所述腔室外面的光学传感器，所述腔室包括流体进口、流体出口、第一齿轮和第二齿轮以及壁，所述壁的至少一部分对于传感器波长范围是基本透明的；

通过所述腔室分配流体，当所述流体从流体进口到流体出口通过所述腔室时，使所述第一齿轮和第二齿轮转动；

减少在所述传感器波长范围中的辐射从所述流量计外面进入所述腔室的透射；

用所述光学传感器，将在所述传感器波长范围中的辐射发射到所述腔室中；以及

用所述光学传感器，探测来自所述腔室的在所述传感器波长范围中的辐射；

基于探测到的辐射，测量所述第一齿轮和/或第二齿轮的转动量；以及

基于测得的转动量，计算所述流体的量值。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：基本阻断在所述传感器波长范围中的辐射从所述流量计外面进入所述腔室的透射。

26.如权利要求24至25中的任一项所述的方法，还包括：从所述流量计外面肉眼观测所述第一齿轮和/或所述第二齿轮的转动。

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