CN108431553B - 利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能够以磁致伸缩方式测量浮标的高度来准确测量流量的锥管形面积式流量计。本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计（1）包括：锥管（10），在下方具有流入口且在上方具有流出口，并呈直径越向下侧越变小的锥形形状；浮标（20），内置有磁铁，上述浮标（20）的高度随着上述锥管内的流量而发生变化；探针轴（30），内置有磁致伸缩方式线，并设置于上述锥管内，用于以磁致伸缩方式感测上述浮标的位置；以及磁致伸缩方式的距离测量部（40），向上述探针轴施加脉冲后接收从上述浮标反射出的信号来对上述浮标的位置进行测量后，通过浮标的位置计算流量。本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计可通过在浮标的位置测量中适用磁致伸缩方式而精密度高，且使用简单的机械结构来准确测量流量，具有可通过以电信号提供测量值来使用于工序控制等多种领域中的优点。

Description

利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计

技术领域

本发明涉及锥管形面积式流量计，更详细地，涉及能够以磁致伸缩方式测量浮标的高度来准确测量流量的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计。

背景技术

通常，在液体或气体的流量测量中所使用的流量计为多种形态的流量计，其中，锥管形面积式流量计的结构简单且精密度高，到达可利用于流量计的刻度(calibration)的程度，但是，无法将测量值生成为电信号，从而应用于通过用刻度表示测量值的现场指示仪来用肉眼确认流量的领域中，因此可操作性受限，而且不能够适用于工序控制用流量控制系统。

差压流量计的流体流动通路被固定的，从而在锁紧单元上下游所测量的差压具有与流量间函数关系，但是面积式流量计具有流体的通路随着流量而发生变化的结构，因此浮标上下的压力差始终保持一定程度。即，在面积式流量计中的流体流动的流路的面积变化为流量的函数，因而，若使用锥管，则可以使流量与流路面积变化成线性关系。

虽然锥管形面积式流量计有很多种，但如图1所示，最简单的形态的锥管形面积式流量计50由形成有流入口53和流出口54的呈锥形的透明玻璃或塑料管51和在管内进行垂直移动的浮标52构成。参照图1，若在锥管形面积式流量计50中垂直设置上部方向宽且下部方向窄的锥(Taper)管51，则浮标52(Float)在管内进行垂直移动，当流体在锥管51的内部从下往上流动时，浮标52以与流量成比例的方式上升。这是因为流体的流动在浮标52起到锁紧单元的作用而在浮标52前后产生差压。若浮标52上升，则锥管51的面积变宽且差压降低，从而浮标52在与浮标52的重量平衡(BALANCE)的位置建立平衡，由此如图1所示，浮标52被停止。

而且，根据浮标52的垂直移动位置决定的锥管51的流通断面面积与流量成立比例关系，因此，通过检测浮标52的垂直移动位置来测量流量。例如，在韩国授权专利公报(B1)的授权号为第10-0650526号中公告的现有技术中，公开了在具有流入口和流出口的锥管内配置有浮标的常规的面积式流量计。

并且，在韩国公开专利公告(A)的公开号为特2002-0006138号中公开的浮动型面积式流量计包括：本体，直径越向下侧越变窄，下端与流路的入口连通，上端与流路的出口连通，并具有锥形流路部；浮标，收容于上述本体的锥形流路部内，并根据流量进行垂直移动；距离测量仪，安装于本体的锥形流路部的上侧，若输入从上述距离测量仪至浮标的距离与流量之间的关系数据，则测量浮标的位置并从距离-流量关系数据计算流量来进行输出，距离测量仪位于锥形流路部的正上部，用于测量其与浮标之间的距离，并包括以电信号输出测量值的激光或超声波传感器。

发明内容

技术问题

以往的大部分锥管形面积式流量计适用可通过玻璃管观测浮标的高度的用刻度标记的方式，因此，难以准确地计算流量，而作为利用电信号进行检测的方式，提出使用激光或雷达传感器或者超声波传感器作为用于测量浮标的位置的传感器的方式，但是由于难以进行精确的测量，无法实现商品化。

即，雷达或激光方式的距离测量技术中使用极超短波，具有发射脉冲后从目标物反射出的时间太短的传播特性，因此不适合用于50cm以下的短距离测量中，而超声波方式的距离测量技术具有折射及衍射严重的传播特性，基于传播介质的传播速度不定，因而存在因测量误差大而无法适用的问题。

本发明为了解决如上所述的问题而提出，本发明的目的在于，提供能够以磁致伸缩方式测量浮标的高度来准确测量流量的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计。

解决问题的方案

为了实现如上所述的目的，本发明的锥管形面积式流量计的特征在于，包括：锥管，在下方具有流入口且在上方具有流出口，并直径越向下侧越变小的呈锥形形状；浮标，内置有磁铁，上述浮标的高度随着上述锥管内的流量而发生变化；探针轴，内置有磁致伸缩方式线，并设置于上述锥管内，用于以磁致伸缩方式感测上述浮标的位置；以及磁致伸缩方式的距离测量部，向上述探针轴施加脉冲后接收从上述浮标反射出的信号来对上述浮标的位置进行测量后，通过浮标的位置计算流量。

上述面积式流量计在本体直接标记流量或者以电信号向外部传输上述距离测量部的测量数据，上述磁致伸缩方式的距离测量部包括：脉冲发生器，根据启动信号产生规定的脉冲来对上述探针轴进行施加；反射波接收单元，从上述探针轴接收由上述脉冲产生的反射波信号；比较器，对通过上述反射波接收单元接收的信号与规定的比较电压进行比较来输出停止信号；比较电压发生部，根据控制信号向上述比较器提供比较电压；微处理器，若需要测量，则控制上述比较电压发生部来提供第一电压作为比较电压，并向上述脉冲发生器提供启动信号来产生脉冲，同时启动内部的计时器，根据上述比较器的输出求出接收数据，若没有接收信号，则以降低比较电压的方式进行控制并反复进行脉冲施加及接收过程，若首次检测出接收信号，则储存当前的比较电压作为接收信号的上限值，再次以降低比较电压的方式反复进行脉冲施加及接收过程，若接收信号的脉冲宽度为规定值以上，则储存当前的比较电压作为接收信号的下限值后，将上限值与下限值的中间值设定为基准比较电压，设定上述基准比较电压后，为了进行测量而向上述脉冲发生器提供启动信号来产生脉冲，同时启动内部的计时器，上述比较器对接收信号与基准比较电压进行比较来输出停止信号后，读取计时器值来求出从施加脉冲开始至接收反射波为止的时间，从而计算液面的高度。

上述磁致伸缩方式的距离测量部还包括用于传输测量数据的通信部，上述微处理器从液面的高度计算流量，从温度传感器接收所输入的温度来换算纯(NET)流量，从而可通过上述通信部向外部传输。

附图说明

图1为示出以往的锥管形面积式流量计的简要图。

图2为用于说明适用于本发明的磁致伸缩方式的距离测量的图。

图3为示出本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计的简要图。

图4为在图3中示出的磁致伸缩方式的距离测量部的结构框图。

图5为本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计的实施例。

图6为本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计的另一实施例。

具体实施方式

通过在以下说明的本发明的优选实施例使由本发明和本发明的实施例实现的目的更加明确。以下的实施例仅用于举例说明本发明，而并不用限定本发明的范围。

图2为用于说明适用于本发明的磁致伸缩方式的距离测量的图。

首先，本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计可通过在锥管形态的面积式流量计的浮标距离测量中适用磁致伸缩方式来以低费用准确测量浮标的高度。即，锥管形态的面积式流量计的精密度高，到达可适用于流量计的刻度的程度，但是，无法将测量值生成为电信号，从而应用于用肉眼确认流量的领域中，在使用方面上有所限制，然而，在本发明中，以磁致伸缩方式准确测量锥管内的浮标的位置，并以电信号提供测量值，从而可使用于工序控制等多种领域中。

适用于本发明的磁致伸缩方式的距离测量技术中利用向磁性体物体施加磁场时产生弹性波的磁致伸缩现象，如图2所示，若在磁致伸缩方式线63上配置内置有永久磁铁64的浮标来产生横向的磁场，并利用脉冲施加装置61向磁致伸缩方式线63施加脉冲(Pulse)来沿着轴方向产生磁场，则在与永久磁铁64间的交叉点产生弹性波，通过对从发射脉冲开始至向磁致伸缩方式线63上传播的弹性波被接收装置62接收为止的时间进行测量，来对从脉冲施加装置61至内置有永久磁铁64的浮标的距离进行测量。

图3为示出本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计的简要图，图4为在图3中示出的磁致伸缩方式的距离测量部的结构框图。

如图3所示，本发明实施例的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计1包括锥管10、安装有永久磁铁22的浮标20、内置有磁致伸缩方式线的探针轴30、磁致伸缩方式的距离测量部40。

参照图3，本发明的面积式流量计1包括：锥管10，在下方具有流入口12且在上方具有流出口14，并呈锥形形状；浮标20，安装有永久磁铁22，上述浮标20的高度随着锥管10内的流量而发生变化；探针轴30，内置有磁致伸缩方式线，并设置于锥管10内中央，用于以磁致伸缩方式感测浮标20的位置；以及磁致伸缩方式的距离测量部40，向探针轴30施加脉冲后接收从浮标20反射出的信号来对浮标20的位置进行测量，从而计算流量。其中，距离测量部40直接在本体标记测量流量值或者通过通信端口向外部提供电信号来显示在外部的液晶显示器(LCD)或可作为如工序控制等其他用途来使用。

并且，能够以通过直接使用以往的锥管形面积式流量计的浮标并在内部内置圆筒形永久磁铁22的结构实现浮标20。

而且，如图4所示，磁致伸缩方式的距离测量部40包括微处理器(MPU)41、脉冲发生器42、脉冲施加部43、反射波接收部44、放大器(AMP)45、伯克利封包过滤器(BPF)46、比较电压发生部47、比较器48及通信部49。

参照图4，微处理器41具有中央处理器(CPU)磁芯和内置计时器、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、数字输入输出端子、模拟输入输出端子等，用于执行本发明的测量软件。即，微处理器41若需要测量，则控制比较电压发生部47来提供第一电压作为比较电压，并向脉冲发生器42提供启动信号来产生脉冲，同时启动内部的计时器。接着，微处理器41根据比较器48的输出求出接收数据，若没有接收信号，则以降低比较电压的方式进行控制并反复进行脉冲施加及接收过程，若首次检测出接收信号，则储存当前的比较电压作为接收信号的上限值。接着，再次以降低比较电压的方式反复进行脉冲施加及接收过程，若接收信号的脉冲宽度为规定值以上，则储存当前的比较电压作为接收信号的下限值后，将上限值与下限值的中间值设定为基准比较电压。设定基准比较电压后，为了进行测量而向脉冲发生器42提供启动信号来产生脉冲，同时启动内部的计时器，比较器48对接收信号与基准比较电压进行比较来输出停止信号后，读取计时器值来求出从施加脉冲开始至接收反射波(弹性波)为止的时间，从而计算液面的高度。

脉冲发生器42由多级倍压电路构成，若从微处理器41接收启动(Start)信号，则产生规定大小的脉冲，并通过脉冲施加部43向探针轴30内的磁致伸缩方式线施加脉冲。

放大器45从反射波接收部44接收施加脉冲后通过探针轴内的磁致伸缩方式线传输的反射波(弹性波)信号并进行放大，伯克利封包过滤器46首先去除不必要的带域的杂音，比较器48对经过滤的接收信号与比较电压进行比较来向微处理器41传输比较结果作为停止(Stop)信号。由此，微处理器41利启动信号启动内部的计时器后，利用停止信号计算到计时器结束为止的时间，从而可计算从施加脉冲开始至接收反射波为止的时间。

比较电压发生部47根据微处理器41的控制选择多级比较电压中的一个来向比较器48输出，通信部49通过有线或无线使在显示装置或外部主机装置(未图示)与处理器41之间进行通信。即，可向未图示的显示装置传输微处理器41所提供的测量结果数据来进行显示。

具有如上所述的结构的本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计1为了对高度随着流量向垂直方向发生变化的浮标20的位置进行测量而向探针轴30的磁致伸缩方式线施加脉冲来沿着轴方向产生磁场后，接收在与浮标20的永久磁铁22间的交叉点所产生的弹性波并发射脉冲后，通过对传播至磁致伸缩方式线上的弹性波被接收为止的时间进行测量来测量浮标20的位置后，计算流量。

图5为本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计的实施例。

参照图5，本发明实施例的锥管形面积式流量计100中，流入口102和流出口104形成为一列，在流入口102和流出口104分别形成有凸缘106a、凸缘106b来垂直安装在流体经由的管，以测量流量。锥管110借助支撑杆108以螺栓与螺母相结合的方式被稳定支撑，在锥管110的内部空间配置有探针轴120和浮标130，在上述探针轴120内置有磁致伸缩方式线122，上述浮标130插入于探针轴120随着流体的流动沿着探针轴120向上下方向流动。在浮标130内置有永久磁铁132，在探针轴130的上端140配置有用于施加脉冲的脉冲施加装置142和用于接收弹性波的接收装置144，由4个线与外部的控制箱200连接。

在设置于锥管110的外侧的控制箱200内置有磁致伸缩方式电路部210、字符型液晶显示器220、图像型液晶显示器230、通信部240，上述磁致伸缩方式电路部210对向磁致伸缩方式线122施加脉冲后从接收装置144接收的信号进行处理来计算浮标130的高度(距离)并将其换算为流量值，从而测量流量，上述字符型液晶显示器220用于将通过磁致伸缩方式电路部210测量的流量数据显示为字符，上述图像型液晶显示器230用于将通过磁致伸缩方式电路部210测量的流量数据显示为图像，上述通信部240用于向远处传输通过磁致伸缩方式电路部210测量的流量数据。通信部240利用有线/无线信号向专用显示装置300传输所测量的数据，由此，专用显示装置300可在管理系统等显示所测量的流量等的信息。

图6为本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计的另一实施例。

参照图6，在为了工序控制或同时处理而分散设置多个流量计100-1～100-N的情况下，可通过有线/无线通信方式连接各流量计100-1～100-N与整合显示装置400来进行整合显示。

整合显示装置400包括用于与分散设置的各流量计100-1～100-N进行通信的通信部410、用于输入动作的操作部440、用于显示各流量计100-1～100-N的测量值的液晶显示器430、用于打印测量值的打印机450、用于控制整体动作的中央处理器420，将从各流量计100-1～100-N接收的测量值通过根据操作部440的输入而选择的方式显示在液晶显示器430或者利用打印机450打印。

以上，参照附图中所示出的一实施例说明本发明，但应理解为，本技术领域的普通技术人员可由此实施多种变形及等同的其他实施例。

产业上可利用性

本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计可通过在浮标的位置测量中适用磁致伸缩方式而精密度高，且并使用简单的机械结构来以低费用进行测量。例如，根据本发明的实施例，将距离测量精密度设为0.1mm，并将测量间隔设为0.1秒钟，从而可准确测量浮标的高度，因此可精密测量流量。

并且，本发明的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计由于适用磁致伸缩方式来测量浮标的位置，具有可通过以电信号提供测量值来使用于工序控制等多种领域中的优点。

Claims (4)

1.一种利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计，其特征在于，

包括：

锥管，在下方具有流入口且在上方具有流出口，并呈直径越向下侧越变小的锥形形状；

浮标，内置有永久磁铁，上述浮标的高度随着上述锥管内的流量而发生变化，并在中央形成有贯通孔；

探针轴，呈杆形状，内置有磁致伸缩方式线，在上述锥管内贯通上述浮标的贯通孔来垂直设置，用于以磁致伸缩方式感测上述浮标的位置；以及

磁致伸缩方式的距离测量部，向上述探针轴施加脉冲后接收从上述浮标的永久磁铁反射出的信号来对上述浮标的位置进行测量后，通过浮标的位置计算流量，从而能够对锥管形态的面积式流量计的浮标的位置测量适用磁致伸缩方式来准确测量浮标的高度；

其中，上述磁致伸缩方式的距离测量部包括：

脉冲发生器，根据启动信号产生规定的脉冲来对上述探针轴进行施加；

反射波接收单元，从上述探针轴接收由上述脉冲产生的反射波信号；

比较器，对通过上述反射波接收单元接收的信号与规定的比较电压进行比较来输出停止信号；

比较电压发生部，根据控制信号向上述比较器提供比较电压；

微处理器，若需要测量，则控制上述比较电压发生部来提供第一电压作为比较电压，并向上述脉冲发生器提供启动信号来产生脉冲，同时启动内部的计时器，根据上述比较器的输出求出接收数据，若没有接收信号，则以降低比较电压的方式进行控制并反复进行脉冲施加及接收过程，若首次检测出接收信号，则储存当前的比较电压作为接收信号的上限值；再次以降低比较电压的方式反复进行脉冲施加及接收过程，若接收信号的脉冲宽度为规定值以上，则储存当前的比较电压作为接收信号的下限值后，将上限值与下限值的中间值设定为基准比较电压；设定上述基准比较电压后，为了进行测量而向上述脉冲发生器提供启动信号来产生脉冲，同时启动内部的计时器，上述比较器对接收信号与基准比较电压进行比较来输出停止信号后，读取计时器值来求出从施加脉冲开始至接收反射波为止的时间，从而计算液面的高度。

2.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计，其特征在于，上述面积式流量计在本体直接标记流量或者以电信号向外部传输上述距离测量部的测量数据。

3.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计，其特征在于，上述磁致伸缩方式的距离测量部还包括用于传输测量数据的通信部。

4.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩方式的距离测量的锥管形面积式流量计，其特征在于，上述锥管的流入口和流出口配置成一列，在流入口和流出口形成有凸缘来垂直安装在流体流动的管。

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