CN104154960A - 霍尔效应大口径管道流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了霍尔效应大口径管道流量计及其测量大口径管道流量方法，包括大口径管和小口径支管；小口径支管的两端设置于大口径管内；小口径支管内设有霍尔流量传感器。本发明利用霍尔效应原理及大口径管中的流量值与小口径支管中的流量值呈正比的原理，使用小管径流量传感器的脉冲信号频率数值，以公式Q＝KF计算出大口径管道流量计数值，公式中的K值在流量计制造时精确标定；从而实现了大口径管道流量计制造简便、使用材料少、成本低、体积小、安装使用维护方便的优点，带来良好的社会效益和经济效益。

Description

霍尔效应大口径管道流量计

技术领域

本发明涉及管道流量计，特别涉及采用霍尔元件用于大口径管道的流量计。

背景技术

在工业现场，测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表。流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。

目前已投入使用的流量计已超过100种。从不同的角度出发，流量计有不同的分类方法。按常用的结构原理分类，流量计分为：容积式流量计、叶轮式流量计、差压式流量计(变压降式流量计)、变面积式流量计(等压降式流量计)、动量式流量计、冲量式流量计、电磁流量计、超声波流量计、流体振荡式流量计、质量流量计等。此外，还有非常用的如适用于明渠测流的各种堰式流量计、槽式流量计；适于大口径测流的插入式流量计；测量层流流量的层流流量计；适于二相流测量的相关法流量计；以及激光法、核磁共振法流量计和多种示踪法、稀释法测流等。随着科技的发展和实际应用需要，新型流量计将不断涌现，流量计的类型将更为齐全。

在现有的技术中，用于大口径管道的流量计结构复杂、价格非常昂贵并且维修保养不易。

还有一种流量传感器，虽然不是流量计，但其工作原理类似于流量计；它是由流体冲击磁性转子，带动磁性转子转动，通过霍尔效应原理来检测磁极的感应，产生脉冲电平输出给控制器，再由控制器感知流量并控制其它部件产生动作；这种流量传感器都为小管道使用，例如家用热水器的流量控制。随着管道直径的增大，磁性转子随之增大，流量传感器的体积也随之增大，目前在大管道中尚未使用，同时其庞大的体积产生了制造困难，安装维护不便，成本高的问题。而且，这种流量传感器也不能用于流量的精确测量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种利用小管径霍尔流量传感器来测量大管径管道流量的设备。本发明要解决的技术问题是利用小管径霍尔流量传感器来测量大管径管道流量，从而能低成本、简单地测量大口径管道的流量。为了实现上述技术目的，本发明的的技术方案为：霍尔效应大口径管道流量计，包括：大口径管和小口径支管；所述小口径支管的两端设置于大口径管内；所述小口径支管内设有霍尔流量传感器。

上述方案中，所述小口径支管和大口径管内液体的进流方向相同，其出流方向也相同。

上述方案中，所述小口径支管包括水平进口端、上升段、水平段、下降段和水平出口端；所述水平进口端和水平出口端设置于所述大口径管内，所述上升段和下降段与大口径管垂直并部分穿出大口径管，所述水平段连接所述上升段和下降段穿出大口径管部分的端口；所述霍尔流量传感器设置于水平段内。

上述方案中，所述霍尔流量传感器包括转轮、定位块和能感应磁场的霍尔元件，所述霍尔元件固定于小口径支管外；所述定位块限制所述转轮在小口径支管内轴向窜动，所述转轮上设有永磁体，所述霍尔元件上设有输出信号线，所述输出信号线与外部计算设备相连；所述转轮随管内流体的流动而转动，所述转轮每转动一圈其上的永磁体与所述霍尔元件感应一次，从而使霍尔元件产生一次脉冲信号，并通过输出信号线输出脉冲信号。

本发明还有另一种小口径支管的设置方式：将所述小口径支管完全设置于大口径管内；所述小口径支管底部通过下支杆与大口径管下内壁固定连接，所述小口径支管顶部与上支管的一端固定连接，所述上支管的另一端穿出大口径管上内壁。

上述方案中，所述霍尔流量传感器包括转轮、定位块和能感应磁场的霍尔元件，所述霍尔元件固定于小口径支管外上支管内；所述定位块限制所述转轮在小口径支管内轴向窜动，所述转轮上设有永磁体，所述霍尔元件上设有输出信号线，所述输出信号线从上支管内通过并穿出大口径管，所述输出信号线与外部计算设备相连；所述转轮随管内流体的流动而转动，所述转轮每转动一圈其上的永磁体与所述霍尔元件感应一次，从而使霍尔元件产生一次脉冲信号，并通过输出信号线输出脉冲信号。

上述方案中，所述大口径管道内的流量为Q；所述流量的计算公式为Q＝KF，其中，K为流量系数，F为所述霍尔元件输出的脉冲信号频率，该脉冲信号频率通过所述外部计算设备读取；所述K为霍尔效应大口径管道流量计出厂时已标定。

上述方案中，所述流量系数K的标定方法为：把霍尔效应大口径管道流量计安装在一个带有精确流量计和阀门的水流测试管道上，该水流测试管道的管径与霍尔效应大口径管道流量计中大口径管的管径相同，将输出信号线连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置；通过调节阀门大小来调节水流量，可得到一系列精确流量计的读数，该读数为水流测试管道的流量值，即Q值，以及从外部计算设备读取对应的霍尔效应大口径管道流量计上霍尔传感器的脉冲信号数值，即F值，然后根据公式K＝Q/F计算出K值，即可标定K值。

上述方案中，所述大口径管的两个端口设有连接边，所述连接边上设有螺栓孔。大口径管的两个端口设置连接边，在连接边上设置螺栓孔，可以与待检测流量的管道通过法兰连接起来。

使用霍尔效应大口径管道流量计测量大口径管道流量的方法，包括以下步骤：

首先，在霍尔效应大口径管道流量计出厂前进行流量参数K的标定；流量参数K的标定方法为：把霍尔效应大口径管道流量计安装在一个带有精确流量计和阀门的水流测试管道上，将输出信号线连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置，该水流测试管道的管径与霍尔效应大口径管道流量计中大口径管的管径相同；通过调节阀门大小来调节水流量，可得到一系列精确流量计的读数，该读数为水流测试管道的流量值，即Q值，以及从外部计算设备读取对应的霍尔效应大口径管道流量计上霍尔传感器的脉冲信号数值，即F值，然后根据公式K＝Q/F计算出K值，即可标定K值。

然后，使用霍尔效应大口径管道流量计来测量待测大口径管道的流量：该待测大口径管道的管径与霍尔效应大口径管道流量计中的大口径管道的管径相同，先将霍尔效应大口径管道流量计的大口径管道与待测大口径管道连接起来，将输出信号线连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置，使流体通过霍尔效应大口径管道流量计，然后外部计算设备测得的小口径管道内霍尔流量传感器的脉冲信号频率F和上述步骤标定的流量参数K计算出待测大口径管道的流量Q，计算公式为，Q＝KF。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种利用小管径霍尔流量传感器来测量大管径管道流量的设备及其测量方法，利用“水流带动转轮转动，霍尔元件电磁感应输出脉冲信号”原理及大口径管中的流量值与小口径支管中的流量值呈正比的原理，使用小管径流量传感器的脉冲信号数值，以公式Q＝KF计算出大口径管道流量计数值，公式中的K值在流量计制造时精确标定；从而实现了大口径管道流量计制造简便、使用材料少、成本低、体积小、安装使用维护方便的优点，带来良好的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的主视结构示意图。

图2为本发明实施例1的左视图

图3为本发明实施例2的主视结构示意图

图中：1、大口径管 11、连接边 12、螺栓孔 2、小口径支管

      21、水平进口端 22、上升段 23、水平段 24、下降段

      25、水平出口端 3、霍尔流量传感器 31、霍尔元件 32、转轮

      33、永磁体 34、定位块 35.输出信号线 4、下支杆 5、上支管

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，小口径支管2的两端嵌入到大口径管1中，小口径管2包括水平进口端21、上升段22、水平段23、下降段24和水平出口端25；水平进口端21、水平段23以及水平出口端25与大口径管1平行，上升段22和下降段23与大口径管1垂直；水平进口端21同大口径管1的进流方向相同，水平出口端25与大口径管1出流方向相同；如图2所示，大口径管1的两个端口设有连接边11，连接边11上设有螺栓孔12，可以与待测流量的管道通过法兰连接起来。图1中箭头所示方向为流体流动方向，从大口径管道1左端进入，右端流出。流体在进入大口径管道1时，由于在流体压力的作用下，同时进入小管道2，实现流体从小管道左侧进入，小管道右侧输出。霍尔流量传感器3设置于小口径支管2的水平段23内。霍尔流量传感器3包括霍尔元件31、转轮32、永磁体33；永磁体33固定于转轮32上，定位块34为上下两个环形凸起，将转轮32嵌卡在其内，避免转轮32在流体通过时在管道内轴向窜动，从而保证转轮的准确转动；霍尔元件31上连接有输出信号线35，输出信号线35与外部计算设备(图未示出)的脉冲信号接收装置连接；转轮32随管内流体的流动而转动，转轮32每转动一圈其上的永磁体33与霍尔元件31感应一次，从而使霍尔元件31产生一次脉冲信号，并通过输出信号线35输出脉冲信号

图1所示霍尔效应大口径管道流量计装配完成后，即可进行流量系数K的标定，标定方法为：把霍尔效应大口径管道流量计安装在一个带有精确流量计和阀门的水流测试管道上，将输出信号线35连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置，该水流测试管道的管径与霍尔效应大口径管道流量计中大口径管的管径相同；通过调节阀门大小来调节水流量，可得到一系列精确流量计的读数，该读数为水流测试管道的流量值，即Q值，以及从外部计算设备读取对应的霍尔效应大口径管道流量计上霍尔传感器的脉冲信号数值，即F值，然后根据公式K＝Q/F即可标定K值。

使用本实施例测量大口径管的流量时，将本实施例的大口径管道1与待测大口径管道通过法兰连接起来，将输出信号线35连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置，使流体通过本发明，流体在进入大口径管道1时，由于在流体压力的作用下，同时进入小口径支管2，当流体从小口径支管2流过时，流体带动转轮32转动，流体流速越快，转轮32的转动速度也越快；固定在转轮32上的永磁体33随着转轮一起转动。永磁体33每转一圈都会与霍尔元件31感应并使得霍尔元件31产生一次脉冲信号，脉冲信号通过信号线35输出。这时从信号线35输出的脉冲信号被脉冲信号接收装置接收后，测量出该脉冲信号的频率，通过后台软件按照以下公式计算：Q＝KF，即可得到大口径管1中的流量值Q；其中，K为流量系数，已经在本发明出厂请通过测试管道和精确流量计标定；F为外部计算设备测得的霍尔元件31产生脉冲信号的频率。

实施例2

如图3所示，小口径支管2完全设置于大口径管1内，小口径支管2的底部通过下支杆4与大口径管1的下内壁固定连接，小口径支管2的顶部与上支管5的一端固定连接，上支管5的另一端穿出大口径管1上内壁。上支管5与小口径支管2的顶部连接处，以及上支管5穿出大口径管1外壁处均做防水密封处理。大口径管1的两个端口设有连接边11，连接边11上设有螺栓孔(图为示出，可以参考图2)，可以与待测流量的管道通过法兰连接起来。图3中箭头所示方向为流体流动方向。

霍尔流量传感器3包括转轮32、定位块34和能感应磁场的霍尔元件31，霍尔元件31固定于小口径支管2外、上支管5内；定位块34为上下两个环形凸起，将转轮32嵌卡在其内，避免转轮32在流体通过时在管道内轴向窜动，从而保证转轮的准确转动；转轮32上设有永磁体33，霍尔元件31上设有输出信号线35，输出信号线35从上支管5内通过并穿出大口径管1，输出信号线35与外部计算设备相连(图未示出)；转轮32随管内流体的流动而转动，转轮32每转动一圈其上的永磁体33与霍尔元件31感应一次，从而使霍尔元件31产生一次脉冲信号，并通过输出信号线35输出脉冲信号。

图3所示霍尔效应大口径管道流量计装配完成后，即可进行流量系数K的标定，标定方法为：把霍尔效应大口径管道流量计安装在一个带有精确流量计和阀门的水流测试管道上，将输出信号线35连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置，该水流测试管道的管径与霍尔效应大口径管道流量计中大口径管的管径相同；通过调节阀门大小来调节水流量，可得到一系列精确流量计的读数，该读数为水流测试管道的流量值，即Q值，以及从外部计算设备读取霍尔效应大口径管道流量计上霍尔传感器的脉冲信号数值，即F值，然后根据公式K＝Q/F即可标定K值。

使用本实施例测量大口径管的流量时，将本实施例的大口径管道1与待测大口径管道通过法兰连接起来，将输出信号线35连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置，使流体通过本发明，流体在进入大口径管道1时，由于在流体压力的作用下，同时进入小口径支管2，当流体从小口径支管2流过时，流体带动转轮32转动，流体流速越快，转轮32的转动速度也越快；固定在转轮32上的永磁体33随着转轮一起转动。永磁体33每转一圈都会与霍尔元件31感应并使得霍尔元件31产生一次脉冲信号，脉冲信号通过信号线35输出。这时从信号线35输出的脉冲信号被外部计算设备的脉冲信号接收装置接收后测量出该脉冲信号的频率，然后通过后台软件按照以下公式计算：Q＝KF，即可得到大口径管1中的流量值Q；其中，K为流量系数，已经在本发明出厂请通过测试管道和精确流量计标定；F为外部计算设备测得的霍尔元件31产生脉冲信号的频率。

本发明巧妙地利用大口径管中的流量值与小口径支管中的流量值呈正比，以及“水流带动转轮转动，霍尔元件电磁感应输出脉冲信号”原理，通过测量出的小口径管内霍尔流量传感器输出的脉冲信号频率，从而计算出待测大口径管的流量，在本发明设备生产出厂时，由生产厂商使用精确流量计来标定流量系数K，从而使用者可以通过标定的流量系数K，和测得的脉冲信号频率，简单方便地得到待测大口径管的流量。

本发明中的大口径管可以有各种不同的管径，每种管径用于测量与其管径相同的待测大口径管的流量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，包括：大口径管和小口径支管；所述小口径支管的两端设置于大口径管内；所述小口径支管内设有霍尔流量传感器。

2.根据权利要求1所述的霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述小口径支管包括水平进口端、上升段、水平段、下降段和水平出口端；所述水平进口端和水平出口端设置于所述大口径管内，所述上升段和下降段与大口径管垂直并部分穿出大口径管，所述水平段连接所述上升段和下降段穿出大口径管部分的端口；所述霍尔流量传感器设置于水平段内。

3.根据权利要求2所述的霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述霍尔流量传感器包括转轮、定位块和能感应磁场的霍尔元件，所述霍尔元件固定于小口径支管外；所述定位块限制所述转轮在小口径支管内轴向窜动，所述转轮上设有永磁体，所述霍尔元件上设有输出信号线，所述输出信号线与外部计算设备相连；所述转轮随管内流体的流动而转动，所述转轮每转动一圈其上的永磁体与所述霍尔元件感应一次，从而使霍尔元件产生一次脉冲信号，并通过输出信号线输出脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述小口径支管完全设置于大口径管内；所述小口径支管底部通过下支杆与大口径管下内壁固定连接，所述小口径支管顶部与上支管的一端固定连接，所述上支管的另一端穿出大口径管上内壁。

5.根据权利要求4所述的霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述霍尔流量传感器包括转轮、定位块和能感应磁场的霍尔元件，所述霍尔元件固定于小口径支管外、上支管内；所述定位块限制所述转轮在小口径支管内轴向窜动，所述转轮上设有永磁体，所述霍尔元件上设有输出信号线，所述输出信号线从上支管内通过并穿出大口径管，所述输出信号线与外部计算设备相连；所述转轮随管内流体的流动而转动，所述转轮每转动一圈其上的永磁体与所述霍尔元件感应一次，从而使霍尔元件产生一次脉冲信号，并通过输出信号线输出脉冲信号。

6.根据权利要求1～5任一所述的霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述大口径管的两个端口设有连接边，所述连接边上设有螺栓孔。

7.根据权利要求3或5任一所述的霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述大口径管道内的流量为Q；所述流量的计算公式为Q＝KF，其中，K为流量系数，F为所述霍尔元件输出的脉冲信号频率，该脉冲信号频率通过所述外部计算设备读取；所述K为霍尔效应大口径管道流量计出厂时已标定。

8.根据权利要求7所述的使用霍尔效应大口径管道流量计，其特征在于，所述流量系数K的标定方法为：把霍尔效应大口径管道流量计安装在一个带有精确流量计和阀门的水流测试管道上，该水流测试管道的管径与霍尔效应大口径管道流量计中大口径管的管径相同，将输出信号线连接至外部计算设备的脉冲信号接收装置；通过调节阀门大小来调节水流量，可得到一系列精确流量计的读数，该读数为水流测试管道的流量值，即Q值，以及从外部计算设备读取对应的霍尔效应大口径管道流量计上霍尔传感器的脉冲信号数值，即F值，然后根据公式K＝Q/F计算出K值，即可标定K值。