CN104406640B - 一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，包括外壳，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钕铁硼或钐钴永磁体构成；所述检测装置包括传感器和处理模块，所述传感器设于高定向热解石墨转子正上方，传感器将信号输送至处理模块，所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有气体引入口和气体排出口，气体引入口的与高定向热解石墨转子设置在同一水平面上。本发明由于高定向热解石墨转子呈悬浮状态，其转动阻力很小，能检测很小的气体流动。

Description

一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计

技术领域

本发明涉及传感计量装置领域，尤其涉及对微量气体流量的检测装置，具体是一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计。

背景技术

目前的流量计主要分为超声波型和电磁型，超声波流量计其原理是利用超声波的传播速度随流速变化而发生变化的原理来测量的气体流速的流量计。电磁型流量计主要用于测量导电液体的流速，电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中作切割磁力线运动时在导体中产生感应电动势，该感应电压与流体平均流速成正比。对于气体流量计，也有利用金属球来检测气体流量的。但是，目前的气体流量计的分辨率不够精细，导致微小流量，特别是某些管道泄漏时的流量不能准确的检测出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，本发明采用抗磁悬浮机理，减小检测部件的运动阻尼、提高检测精度，以解决现有技术中气体流量计分辨率不够精细，导致不能检测微小流量的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，包括外壳，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钕铁硼或钐钴永磁体构成，所述永久磁铁组件包括至少一个内磁铁和至少一个外环磁铁，所述外环磁铁套设在内磁铁外周，外环磁铁和内磁铁的磁化方向均沿其轴向且外环磁铁和内磁铁的磁化方向相反，所述高定向热解石墨转子的外径大于外环磁铁的内径、小于外环磁铁的外径；所述检测装置包括传感器和处理模块，所述传感器设于高定向热解石墨转子正上方，用于检测高定向热解石墨转子的转动，所述传感器将信号输送至处理模块，所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有气体引入口和气体排出口，所述气体引入口和气体排出口之间通过连接管相连，连接管通过管口连接件与被测气流管道相连接，气体引入口与高定向热解石墨转子相对应设置，所述处理模块对传感器输出的信号加以处理、分析得出气体流量数值。

所述高定向热解石墨转子呈圆盘形或齿轮形，所述齿轮为至少三个均匀分布在其外圆周上的齿轮；高定向热解石墨转子呈圆盘形，由于永久磁铁组件形成的磁场区域具有圆周对称性，采用圆盘形的转子其所抗磁力在圆周方向也是均匀的，可以增加高定向热解石墨转子悬浮状态的稳定性，并能提高对气体流量检测的灵敏度；当采用圆盘形转子时，所述检测装置包括摄像头和图像分析模块，采用摄像头对圆盘形高定向热解石墨转子的转动进行摄像，然后通过图像分析模块分析该高定向热解石墨转子的转速，进而分析所测量气流的流速和流量。

所述高定向热解石墨转子呈齿轮形，其外圆周均匀设有四个齿轮，所述齿轮为通过钻1mm的孔构成，所述齿轮的外径为2mm、厚度为0.6mm；由于石墨是脆性材料，不易采用传统的加工方法加工，即使是采用激光切割也不能很好的保证其形状精度。但是，石墨具有良好的导电性，可以采用微电火花放电加工（micro-electro-discharge machining，mEDM）方法进行加工。

所述传感器为激光位移传感器，激光位移传感器与处理模块相连接并将信号输送至处理模块，所述处理模块上设有用于显示信号的显示屏，传感器将信号输送至处理模块并将信号显示在显示屏上；调节激光位移传感器的位置使其检测光斑位于齿轮形高定向热解石墨转子的齿根与齿顶之间，当气流使高定向热解石墨转子转动时，光斑可以间隔地检测到齿和齿间的间隙，从而产生检测脉冲，通过分析检测脉冲的频率可以分析出高定向热解石墨转子的转速。

所述内磁铁为圆环形磁铁或者圆柱形磁铁，所述圆柱形磁铁的直径为1.5875mm、高度为1.5875mm。

所述外环磁铁的外径为3.175mm、内径为1.5875mm、高度为1.5875mm。

内磁铁整体采用圆形结构，与外环磁铁构成磁化方向相反的结构，由于内磁铁也呈圆形，其和外环磁铁构成圆周对称形磁场，可以使高定向热解石墨转子自动对中并与永久磁铁组件的中心轴线同轴。

在所述永久磁铁组件底部设有导磁板，该导磁板与外环磁铁尺寸相等或者大于外环磁铁尺寸。导磁板采用磁导率高的铁、钴或镍，以及它们的合金材料，导磁板有助于构成磁路，减少磁力线耗散。

所述导磁板底部设有底部环形磁铁，所述底部环形磁铁的外径大于外环磁铁的外径，底部环形磁铁沿轴向磁化，且其磁化方向与内磁铁的磁化方向相反；底部环形磁铁可以进一步增加高定向热解石墨转子悬浮的稳定性，当有侧向干扰力作用于高定向热解石墨转子时，其不会脱离永久磁体组件上方区域。

该技术方案中，由于采用了高定向热解石墨（high oriented pyrolyticgraphite, HOPG）作为转子,利用高定向热解石墨的抗磁特性，永磁体组件与高定向热解石墨转子之间产生抗磁悬浮力，从而使高定向热解石墨转子悬浮于永磁体组件上方，为了使高定向热解石墨转子稳定的悬浮于永久磁铁组件上方，外环磁铁和内磁铁的磁化方向需要呈相反方向。由于高定向热解石墨转子呈悬浮状态，其转动阻力很小，可以检测很小的气体流动，需要检测的气流从气体引入口进入，气体流动可以带动高定向热解石墨转子转动，该转子的转动速度与气体流动速度相关，因此通过检测装置检测出高定向热解石墨转子的转速，可以推算出对应的气体流速以及流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用了高定向热解石墨（highoriented pyrolytic graphite, HOPG）作为转子，利用高定向热解石墨的抗磁特性，永磁体组件与高定向热解石墨转子之间产生抗磁悬浮力，从而使高定向热解石墨转子悬浮于永磁体组件上方；由于外环磁铁和内磁铁的磁化方向呈相反方向从而使高定向热解石墨转子稳定的悬浮于永久磁铁组件上方；由于高定向热解石墨转子呈悬浮状态，其转动阻力很小，可以检测很小的气体流动，当需要检测的气流从气体引入口进入，气体流动可以带动高定向热解石墨转子转动，高定向热解石墨转子的转动速度与气体流动速度相关，因此通过检测装置检测出高定向热解石墨转子的转速，可以推算出对应的气体流速以及流量，从而实现对微小流量气体的检测；本发明提供一种利用抗磁材料在磁场中受到抗磁力，从而可以得到无摩擦的悬浮状态，当悬浮体运动时可以大大减小摩擦损耗，而且，如果采用永磁体提供磁场，则不需要外界能源输入，甚至可以省去工作过程中的维护。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图2为本发明中抗磁悬浮部分的结构示意图。

图3为本发明激光位移传感器检测到的部分信号示意图。

图4为本发明高定向热解石墨转子转速与气体流量拟合曲线。

具体实施方式

本发明的基本思想是：利用抗磁材料高定向热解石墨的抗磁特性，当该抗磁材料与磁铁接近时会受到排斥力，因此，高定向热解石墨和高性能永久磁铁接近时收到抗磁力。这样，高定向热解石墨受到的抗磁力可以克服其重力，使其悬浮于永久磁铁上方，给高定向热解石墨提供无摩擦力的运动环境；可以合理配置永久磁铁结构，使其磁场形成磁势能阱，在水平方向也给高定向热解石墨产生作用力，当高定向热解石墨转子受到不同气体流量的水平方向作用力时，可以在永久磁铁的磁势能阱中得到不同的转速，因此，可以通过测量高定向热解石墨转子的转速来分析气体流量的大小。同时，采用了永久磁铁提供抗磁力，不需要外界能源。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，包括外壳1，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板2，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子3，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钕铁硼永磁体构成，所述永久磁铁组件包括一个内磁铁4和一个外环磁铁5，所述内磁铁为圆柱形磁铁，所述圆柱形磁铁的直径为1.5875mm、高度为1.5875mm；所述外环磁铁的外径为3.175mm、内径为1.5875mm、高度为1.5875mm，该外环磁铁套设在内磁铁外周，外环磁铁和内磁铁的磁化方向均沿其轴向且外环磁铁和内磁铁的磁化方向相反；在所述永久磁铁组件底部设有导磁板10，该导磁板与外环磁铁尺寸相等，导磁板采用磁导率高的镍，导磁板有助于构成磁路，减少磁力线耗散；在导磁板底部设有底部环形磁铁，所述底部环形磁铁的外径大于外环磁铁的外径，底部环形磁铁沿轴向磁化，且其磁化方向与内磁铁的磁化方向相反；底部环形磁铁可以进一步增加高定向热解石墨转子悬浮的稳定性，当有侧向干扰力作用于高定向热解石墨转子时，其不会脱离永久磁体组件上方区域；所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有气体引入口8和气体排出口9，所述气体引入口和气体排出口之间通过连接管相连，连接管通过管口连接件与被测气流管道相连接，气体引入口与高定向热解石墨转子设置在同一水平面上，通过处理模块对传感器输出的信号加以处理、分析得出气体流量数值。

本实施例高定向热解石墨转子的外径大于外环磁铁的内径、小于外环磁铁的外径，该高定向热解石墨转子呈齿轮形，其外圆周均匀设有四个齿轮，所述齿轮为通过钻1mm的孔构成，所述齿轮的外径为2mm、厚度为0.6mm；由于石墨是脆性材料，不易采用传统的加工方法加工，即使是采用激光切割也不能很好的保证其形状精度。但是，石墨具有良好的导电性，可以采用微电火花放电加工（micro-electro-discharge machining，mEDM）方法进行加工；首先将高定向热解石墨薄板在精磨机上对其表面进行处理，并使其厚度为0.6mm，将高定向热解石墨板固定在微电火花放电机的XY工作台上，钨电极固定在微电火花放电机的Z轴上，然后在直径为2mm的圆周上均匀分布用直径为300mm的钨电极钻四个1mm的孔，构成高定向热解石墨转子的四个齿，钨电极再沿直径为2mm的圆周切割，得到外径为2mm的高定向热解石墨转子，并具有四个齿；所述检测装置包括激光位移传感器6和处理模块7，所述激光位移传感器设于高定向热解石墨转子正上方，用于检测高定向热解石墨转子的转动，激光位移传感器与处理模块相连接并将信号输送至处理模块，所述处理模块上设有用于显示信号的显示屏，传感器将信号输送至处理模块并将信号显示在显示屏上；调节激光位移传感器的位置使其检测光斑位于齿轮形高定向热解石墨转子的齿根与齿顶之间，当气流使高定向热解石墨转子转动时，光斑可以间隔地检测到齿和齿间的间隙，从而产生检测脉冲，通过分析检测脉冲的频率可以分析出高定向热解石墨转子的转速；如图3所示，图中横坐标表示采样点编号，采样周期为2ms，结合图中脉冲可以就算出此时高定向热解石墨转子的转速为126.1rpm。

如图4所示，高定向热解石墨转子的转速与氮气的流量分段呈线性关系，可以分为L1，L2和L3三段加以描述：通过对数据点拟合，可以得到L1段的拟合关系式为：y1=21.3296*x-225.2712, 对应的气体流量为16.61sccm到23.1sccm；L2段的线性关系式为Y2=130.1636*x -2741.29，对应的气体流量为23.1sccm到23.65sccm；L3段的拟合关系式为y3=40.27*x-624.8206, 对应的气体流量为23.65sccm到28.05sccm；通过上述实验测试可以看出，高定向热解石墨转子的转速与气体流量呈一定关系。在实验中所使用的气体控制阀（(SEC-N112, Horiba Ltd.）能显示的最小控制流量是16.61sccm（标准立方厘米），但是我们发现当气体流量低于这个数值时，高定向热解石墨转子仍然能转动，因此可以预见，本发明的气流量计可以检测更小的气体流量。

作为优选，本实施例为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样可以便于调节气流作用与高定向热解石墨转子的作用角度。

实施例2

本实施例基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，包括外壳，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钕铁硼永磁体构成，所述永久磁铁组件包括一个内磁铁和一个外环磁铁，所述内磁铁为圆柱形磁铁，所述圆柱形磁铁的直径为1.5875mm、高度为1.5875mm；所述外环磁铁的外径为3.175mm、内径为1.5875mm、高度为1.5875mm，该外环磁铁套设在内磁铁外周，外环磁铁和内磁铁的磁化方向均沿其轴向且外环磁铁和内磁铁的磁化方向相反；在所述永久磁铁组件底部设有导磁板，该导磁板的尺寸大于外环磁铁的尺寸。导磁板采用磁导率高的铁，导磁板有助于构成磁路，减少磁力线耗散；在导磁板底部设有底部环形磁铁，所述底部环形磁铁的外径大于外环磁铁的外径，底部环形磁铁沿轴向磁化，且其磁化方向与内磁铁的磁化方向相反；底部环形磁铁可以进一步增加高定向热解石墨转子悬浮的稳定性，当有侧向干扰力作用于高定向热解石墨转子时，其不会脱离永久磁体组件上方区域；所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有气体引入口和气体排出口，所述气体引入口和气体排出口之间通过连接管相连，连接管通过管口连接件与被测气流管道相连接，气体引入口与高定向热解石墨转子设置在同一水平面上，通过处理模块对传感器输出的信号加以处理、分析得出气体流量数值。

本实施例高定向热解石墨转子的外径大于外环磁铁的内径、小于外环磁铁的外径，该高定向热解石墨转子呈齿轮形，其外圆周均匀设有三个齿轮，所述齿轮为通过钻1mm的孔构成，所述齿轮的外径为2mm、厚度为0.6mm；由于石墨是脆性材料，不易采用传统的加工方法加工，即使是采用激光切割也不能很好的保证其形状精度。但是，石墨具有良好的导电性，可以采用微电火花放电加工（micro-electro-discharge machining，mEDM）方法进行加工；首先将高定向热解石墨薄板在精磨机上对其表面进行处理，并使其厚度为0.6mm，将高定向热解石墨板固定在微电火花放电机的XY工作台上，钨电极固定在微电火花放电机的Z轴上，然后在直径为2mm的圆周上均匀分布用直径为300mm的钨电极钻三个1mm的孔，构成高定向热解石墨转子的三个齿，钨电极再沿直径为2mm的圆周切割，得到外径为2mm的高定向热解石墨转子，并具有三个齿；所述检测装置包括激光位移传感器和处理模块，所述激光位移传感器设于高定向热解石墨转子正上方，用于检测高定向热解石墨转子的转动，激光位移传感器与处理模块相连接并将信号输送至处理模块，所述处理模块上设有用于显示信号的显示屏，传感器将信号输送至处理模块并将信号显示在显示屏上；调节激光位移传感器的位置使其检测光斑位于齿轮形高定向热解石墨转子的齿根与齿顶之间，当气流使高定向热解石墨转子转动时，光斑可以间隔地检测到齿和齿间的间隙，从而产生检测脉冲，通过分析检测脉冲的频率可以分析出高定向热解石墨转子的转速；如图3所示，图中横坐标表示采样点编号，采样周期为2ms，结合图中脉冲可以就算出此时高定向热解石墨转子的转速为126.1rpm。

如图4所示，高定向热解石墨转子的转速与氮气的流量分段呈线性关系，可以分为L1，L2和L3三段加以描述：通过对数据点拟合，可以得到L1段的拟合关系式为：y1=21.3296*x-225.2712, 对应的气体流量为16.61sccm到23.1sccm；L2段的线性关系式为Y2=130.1636*x -2741.29，对应的气体流量为23.1sccm到23.65sccm；L3段的拟合关系式为y3=40.27*x-624.8206, 对应的气体流量为23.65sccm到28.05sccm；通过上述实验测试可以看出，高定向热解石墨转子的转速与气体流量呈一定关系。在实验中所使用的气体控制阀（(SEC-N112, Horiba Ltd.）能显示的最小控制流量是16.61sccm（标准立方厘米），但是我们发现当气体流量低于这个数值时，高定向热解石墨转子仍然能转动，因此可以预见，本发明的气流量计可以检测更小的气体流量。

作为优选，本实施例为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样可以便于调节气流作用与高定向热解石墨转子的作用角度。

实施例3

本实施例基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，包括外壳，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钕铁硼永磁体构成，所述永久磁铁组件包括一个内磁铁和一个外环磁铁，所述内磁铁为圆柱形磁铁，所述圆柱形磁铁的直径为1.5875mm、高度为1.5875mm；所述外环磁铁的外径为3.175mm、内径为1.5875mm、高度为1.5875mm，该外环磁铁套设在内磁铁外周，外环磁铁和内磁铁的磁化方向均沿其轴向且外环磁铁和内磁铁的磁化方向相反；在所述永久磁铁组件底部设有导磁板，该导磁板的尺寸大于外环磁铁的尺寸。导磁板采用磁导率高的钴，导磁板有助于构成磁路，减少磁力线耗散；在导磁板底部设有底部环形磁铁，所述底部环形磁铁的外径大于外环磁铁的外径，底部环形磁铁沿轴向磁化，且其磁化方向与内磁铁的磁化方向相反；底部环形磁铁可以进一步增加高定向热解石墨转子悬浮的稳定性，当有侧向干扰力作用于高定向热解石墨转子时，其不会脱离永久磁体组件上方区域；所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有气体引入口和气体排出口，所述气体引入口和气体排出口之间通过连接管相连，连接管通过管口连接件与被测气流管道相连接，气体引入口与高定向热解石墨转子设置在同一水平面上，通过处理模块对传感器输出的信号加以处理、分析得出气体流量数值。

本实施例高定向热解石墨转子的外径大于外环磁铁的内径、小于外环磁铁的外径，该高定向热解石墨转子呈圆盘形，由于永久磁铁组件形成的磁场区域具有圆周对称性，采用圆盘形的转子其所抗磁力在圆周方向也是均匀的，可以增加高定向热解石墨转子悬浮状态的稳定性，并能提高对气体流量检测的灵敏度；本实施例采用圆盘形转子，所述检测装置包括摄像头和图像分析模块，采用摄像头对圆盘形高定向热解石墨转子的转动进行摄像，然后通过图像分析模块分析该高定向热解石墨转子的转速，进而分析所测量气流的流速和流量。如图4所示，高定向热解石墨转子的转速与氮气的流量分段呈线性关系，可以分为L1，L2和L3三段加以描述：通过对数据点拟合，可以得到L1段的拟合关系式为：y1=21.3296*x-225.2712, 对应的气体流量为16.61sccm到23.1sccm；L2段的线性关系式为Y2=130.1636*x -2741.29，对应的气体流量为23.1sccm到23.65sccm；L3段的拟合关系式为y3=40.27*x-624.8206, 对应的气体流量为23.65sccm到28.05sccm；通过上述实验测试可以看出，高定向热解石墨转子的转速与气体流量呈一定关系。在实验中所使用的气体控制阀（(SEC-N112, Horiba Ltd.）能显示的最小控制流量是16.61sccm（标准立方厘米），但是我们发现当气体流量低于这个数值时，高定向热解石墨转子仍然能转动，因此可以预见，本发明的气流量计可以检测更小的气体流量。

作为优选，本实施例为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样可以便于调节气流作用与高定向热解石墨转子的作用角度。

实施例4

本实施例基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，包括外壳，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钐钴永磁体构成，所述永久磁铁组件包括一个内磁铁和一个外环磁铁，所述内磁铁整体采用圆形结构，与外环磁铁构成磁化方向相反的结构，由于内磁铁也呈圆形，其和外环磁铁构成圆周对称形磁场，可以使高定向热解石墨转子自动对中并与永久磁铁组件的中心轴线同轴，当整个装置在受到一定横向扰动情况下，该高定向热解石墨转子可以自动回复到永久磁铁组件轴线的正上方；在所述永久磁铁组件底部设有导磁板，导磁板采用圆盘形磁铁板，对该圆盘形磁铁盘进行径向磁化，这样圆盘形磁铁盘可以和外环磁铁、内磁铁构成Halbach结构，改善磁力线分布和磁势能阱，提高高定向热解石墨转子的悬浮稳定性，该导磁板的尺寸大于外环磁铁的尺寸。导磁板采用磁导率高的铁、钴、镍的合金材料，导磁板有助于构成磁路，减少磁力线耗散；在导磁板底部设有底部环形磁铁，所述底部环形磁铁的外径大于外环磁铁的外径，底部环形磁铁沿轴向磁化，且其磁化方向与内磁铁的磁化方向相反；底部环形磁铁可以进一步增加高定向热解石墨转子悬浮的稳定性，当有侧向干扰力作用于高定向热解石墨转子时，其不会脱离永久磁体组件上方区域；所述外壳呈圆柱筒形，外壳下端与该导磁板密封连接、上端与盖板侧壁密封相连接，在外壳的侧壁上设有气体引入口和气体排出口，所述气体引入口和气体排出口之间通过连接管相连，连接管通过管口连接件与被测气流管道相连接，便于测量管道中气流的流速和流量，气体引入口与高定向热解石墨转子设置在同一水平面上，通过处理模块对传感器输出的信号加以处理、分析得出气体流量数值。

本实施例高定向热解石墨转子的尺寸与永磁铁组件的尺寸相适应，如果选用尺寸较大的永磁铁组件，可以相应的增加高定向热解石墨转子的尺寸，该高定向热解石墨转子呈齿轮形，其外圆周均匀设有三个齿轮，所述齿轮为通过钻1mm的孔构成，所述齿轮的外径为2mm、厚度为0.6mm；由于石墨是脆性材料，不易采用传统的加工方法加工，即使是采用激光切割也不能很好的保证其形状精度。但是，石墨具有良好的导电性，可以采用微电火花放电加工（micro-electro-discharge machining，mEDM）方法进行加工；首先将高定向热解石墨薄板在精磨机上对其表面进行处理，并使其厚度为0.6mm，将高定向热解石墨板固定在微电火花放电机的XY工作台上，钨电极固定在微电火花放电机的Z轴上，然后在直径为2mm的圆周上均匀分布用直径为300mm的钨电极钻三个1mm的孔，构成高定向热解石墨转子的三个齿，钨电极再沿直径为2mm的圆周切割，得到外径为2mm的高定向热解石墨转子，并具有三个齿；所述检测装置包括激光位移传感器和处理模块，所述激光位移传感器设于高定向热解石墨转子正上方，用于检测高定向热解石墨转子的转动，当高定向热解石墨转子悬浮于永磁体组件上方时，通过激光位移传感器测得其悬浮空间为130mm，激光位移传感器与处理模块相连接并将信号输送至处理模块，所述处理模块上设有用于显示信号的显示屏，传感器将信号输送至处理模块并将信号显示在显示屏上；处理模块还设有与计算机的数据接口，可以通过计算机上的监控软件实时读取、显示激光位移传感器光斑检测的数值，同时也可存储供后续数据分析。调节激光位移传感器的位置使其检测光斑位于齿轮形高定向热解石墨转子的齿根与齿顶之间，当气流使高定向热解石墨转子转动时，光斑可以间隔地检测到齿和齿间的间隙，从而产生检测脉冲，通过分析检测脉冲的频率可以分析出高定向热解石墨转子的转速。如图3所示，图中横坐标表示采样点编号，采样周期为2ms，结合图中脉冲可以就算出此时高定向热解石墨转子的转速为126.1rpm。

如图4所示，高定向热解石墨转子的转速与氮气的流量分段呈线性关系，可以分为L1，L2和L3三段加以描述：通过对数据点拟合，可以得到L1段的拟合关系式为：y1=21.3296*x-225.2712, 对应的气体流量为16.61sccm到23.1sccm；L2段的线性关系式为Y2=130.1636*x -2741.29，对应的气体流量为23.1sccm到23.65sccm；L3段的拟合关系式为y3=40.27*x-624.8206, 对应的气体流量为23.65sccm到28.05sccm；通过上述实验测试可以看出，高定向热解石墨转子的转速与气体流量呈一定关系。在实验中所使用的气体控制阀（(SEC-N112, Horiba Ltd.）能显示的最小控制流量是16.61sccm（标准立方厘米），但是我们发现当气体流量低于这个数值时，高定向热解石墨转子仍然能转动，因此可以预见，本发明的气流量计可以检测更小的气体流量。

作为优选，本实施例为了便于调节气流与高定向热解石墨转子的作用力方向，气体引入口前端呈锥形收缩，气体引入口相对壳体在水平方向转动一定角度范围，这样可以便于调节气流作用与高定向热解石墨转子的作用角度。

Claims (7)

1.一种基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：包括外壳(1)，在外壳内部设有抗磁悬浮部分、外壳上端设有盖板(2)，所述盖板上设有检测装置；所述抗磁悬浮部分包括永久磁铁组件和高定向热解石墨转子(3)，高定向热解石墨转子悬浮于永久磁铁组件正上方，永久磁铁组件由钕铁硼或钐钴永磁体构成，所述永久磁铁组件包括一个内磁铁(4)和一个外环磁铁(5)，所述外环磁铁套设在内磁铁外周，外环磁铁和内磁铁的磁化方向均沿其轴向且外环磁铁和内磁铁的磁化方向相反，所述高定向热解石墨转子的外径大于外环磁铁的内径、小于外环磁铁的外径；所述检测装置包括传感器(6)和处理模块(7)，所述传感器设于高定向热解石墨转子正上方，传感器将信号输送至处理模块，所述外壳呈圆柱筒形，在外壳的侧壁上设有气体引入口(8)和气体排出口(9)，所述气体引入口和气体排出口之间通过连接管相连，气体引入口与高定向热解石墨转子设置在同一水平面上。

2.根据权利要求1所述的基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：所述高定向热解石墨转子呈圆盘形或齿轮形，其外圆周均匀设有至少三个齿轮，所述齿轮的外径为2mm、厚度为0.6mm。

3.根据权利要求1所述的基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：所述传感器为激光位移传感器，激光位移传感器与处理模块相连接并将信号输送至处理模块，所述处理模块上设有用于显示信号的显示屏。

4.根据权利要求1所述的基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：所述内磁铁为圆环形磁铁或者圆柱形磁铁，所述圆柱形磁铁的直径为1.5875mm、高度为1.5875mm。

5.根据权利要求1所述的基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：所述外环磁铁的外径为3.175mm、内径为1.5875mm、高度为1.5875mm。

6.根据权利要求5所述的基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：在所述永久磁铁组件底部设有导磁板(10)。

7.根据权利要求6所述的基于抗磁悬浮机理的气体微流量计，其特征在于：所述导磁板底部设有底部环形磁铁，所述底部环形磁铁的外径大于外环磁铁的外径，底部环形磁铁沿轴向磁化，且其磁化方向与内磁铁的磁化方向相反。