CN108469282A - 一种高精度低功耗电磁式流量传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，包含测量管、上导磁板、第一电极、第二电极、线圈、磁芯、U形导磁体，进一步包含下导磁板，测量管的通孔由上导磁板分割为上通孔和下通孔，测量管的下通孔的下方布置有下导磁板，第一电极和第二电极分别位于测量管的下通孔的两侧，线圈水平环绕磁芯，磁芯位于下导磁板的下方，并置于U形导磁体中，上导磁板、磁芯、U形导磁体、导磁板均为磁导体。本发明具有励磁磁场的磁隙小，励磁效率高、功耗低，磁场分布更均匀，传感器精度高等优点。

Description

一种高精度低功耗电磁式流量传感装置

技术领域

本发明所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，涉及电磁式流量测量领域，特别涉及热计量、水计量、污水计量等低功耗流量测量领域。本发明适用于热量表、冷量表、水表、污水表等，其原理和结构也适用于其他需要低功耗流量测量的通用领域。

背景技术

电磁式流量传感器是一种基于法拉第电磁感应原理的流量测量器件。其工作原理是：当带有导电介质的流体通过磁场时，流体切割磁力线，在磁场的垂直方向产生感应电势，由于感应电势大小和流体的流速成正比，通过测量感应电势的强度，即可以获得流体的流速。

电磁式流量传感器由测量管、线圈、电极等部件组成，其中，测量管内有通孔，通孔的截面一般为圆形或矩形，含有导电介质的流体以一定的流速通过通孔。为了测量通孔内流体的速度，在测量管的周围安装有励磁用的环形线圈，这种环形绕制的线圈在外部电源的激励下，产生和环形线圈轴心同向的磁场，磁力线穿过通孔中的流体，在流体中产生感应电势。在感应电势正负极位置上安装电极，测量感应电势的大小，就可以获得流体的流速。用电磁式流量传感器制造的电磁流量计，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。

现有技术的电磁式流量传感器，通常情况下，是将线圈安装在测量管的周围，比如采用两只线圈相对于测量管安装，或者一只线圈和一只磁芯相对于测量管安装。线圈在外部电源的激励下，所产生的磁场穿越测量管的通孔，在通孔的流体中产生感应电势。电磁流量计电极上感应电势的信噪比，和测量精度密切相关，当信噪比提高时，测量精度也会相应提升。为了提高电磁流量计电极上感应电势的信噪比，需要增大线圈的励磁功率，从而提高磁场强度，这也导致了较大的励磁功率，并且口径越大磁路越长，励磁功率也越大，难以满足电池供电等低功耗应用的场合。

现有技术也有将测量管的通孔面积缩小，同时在通孔外的磁路上增加磁导体，从而减少磁路间隙、降低励磁功耗的方法。由于通孔面积缩小，该方法存在测量管流体阻力增大的问题。发明专利ZL201310196462.0公开了一种流量传感器，用导磁板将测量管的通孔分为上通孔和下通孔，从而在励磁功耗相同的情况下，扩大了测量管通孔的面积，获得了较小的流体阻力，相对于现有技术，该专利缓解了测量管流体阻力大的问题。另一方面，相对于现有技术实现相同的流体阻力，该专利可以获得更小的励磁功耗，从而提高了励磁效率。该专利采用通孔截面为矩形的测量管，为了获得较小的整体体积，通孔底部的磁芯尺寸较小，从而导致测量管通孔内的磁场分布不均匀,当通孔内的流体存在不稳定流场时，容易影响传感器的测量精度。

现有技术的电磁式流量传感器，其通孔的截面为圆形或者矩形，为了实现流道内均匀的磁场分布，均需要使用较大的线圈，从而导致传感器的体积大，特别是小口径传感器，相对体积较大，使得现场应用带来不便。

现有技术的电磁式流量传感器信号调理部分，为含有电极信号调理电路的印刷电路板，通常情况下安置在测量管通孔和线圈的外侧，电极信号由引线接入印刷电路板，由于距离远、信号弱，容易导致电极信号受到周围电场的干扰，导致信噪比下降。

为了进一步降低电磁式流量传感器的功耗，实现电磁式流量计的低功耗供电或者电池供电，在热量表、水表等流量测量中亟需一种高精度低功耗的电磁式流量传感器。

但是现有技术的电磁式流量测量装置至少存在以下问题：

1)励磁磁路的磁隙大，励磁效率低；

2)测量管通孔截面为圆形或矩形，磁场分布不均匀；

3)电极引线长，容易受周围电场干扰；

4)线圈的体积较大，传感器无法小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，解决现有技术电磁式流量计励磁功耗大精度低的问题，特别是解决电磁式户用热量表、户用水表的低功耗供电问题。

一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，包含测量管、上导磁板、第一电极、第二电极、线圈、磁芯、U形导磁体,进一步包含下导磁板，测量管的通孔由上导磁板分割为上通孔和下通孔，测量管的下通孔的下方布置有下导磁板，第一电极和第二电极分别位于测量管的下通孔的两侧，线圈水平环绕磁芯，磁芯位于下导磁板的下方，并置于U形导磁体中，上导磁板、磁芯、U形导磁体、导磁板均为磁导体。

所述第一电极和第二电极穿过下导磁板。

所述导磁板的下方进一步设有印刷电路板，第一电极和第二电极电分别与印刷电路板连接。

所述下导磁板的宽度大于磁芯的宽度。

所述测量管、上导磁板和下导磁体，所包围的下通孔，上方的宽度大于下方的宽度。

所述测量管和下导磁体，所包围的通孔为长圆形，所述长圆形的左右为圆弧、上下为水平直线。

所述上导磁板和U型导磁体的左右两侧接触。

所述测量管、上导磁板和下导磁体，所包围的上通孔和下通孔镜像对称。

本发明的有益效果：

现有技术，还未见有在测量管通孔的下方增加下导磁板，降低励磁功耗、提高测量精度的办法。由于下导磁板的宽度大于线圈中心磁芯的宽度，从而改善通孔内磁场分布的均匀性，避免流场不稳定时，影响传感器的测量精度。另外，所增加的下导磁板位于通孔的底部或下方，特别是位于底部能和通孔内的流体接触，从而减少励磁磁路的磁隙，提高了励磁效率，降低了励磁功耗。

现有技术，也未见有将测量管的通孔截面设计为近似长圆形的形状，从而提高传感器精度、减少传感器体积的办法。由于下导磁板左右两侧的磁场是分布不均匀的，将通孔截面设计为近似长圆形的形状，可以让通孔内的流体避免处于该分布不均匀的磁场内，从而避免流场不稳定时，影响传感器的测量精度。同时，将通孔截面设计为近似长圆形的形状，可以最大限度的缩小线圈的宽度，减少传感器的体积，实现传感器的小型化。

现有技术，也未见有将印刷线路板安装在线圈和下导磁板之间，从而提高电极信号的信噪比、降低励磁功耗的方法。将含有信号调理电路的印刷线路板安装在线圈和下导磁板之间，同时结合长圆形的通孔设计，可以最大限度的缩短电极引线的长度，减少周围电场对电极信号的影响，从而提高电极信号的信噪比。在传感器同等精度要求下，励磁功耗的要求可以降低。

以下简明的将本发明具有的优点进行列举：

1）励磁磁场的磁隙小，励磁效率高、功耗低；

2）通孔截面采用长圆形，磁场分布更均匀，传感器精度高；

3）通孔下方设置下导磁板，磁场分布更均匀，传感器精度高；

4）通孔下方设置下导磁板，传感器体积小；

5）电极引线短，避免周围电场干扰；

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是构成本发明高精度低功耗电磁式流量传感装置实施例的剖面图；

图中，测量管1、上导磁板2、第一电极3a、第二电极3b、线圈4、磁芯5、U形导磁体6、下导磁板7、印刷电路板8。

具体实施方式

参见图1为本发明高精度低功耗电磁式流量传感装置实施例的剖面图。包括测量管1、上导磁板2、第一电极3a、第二电极3b、线圈4、磁芯5、U形导磁体6、下导磁板7、印刷电路板8。

参见图1，测量管1和下导磁板7形成的通孔截面形状为长圆形，其长轴位于水平位置，左右为圆弧，上下为水平直线。上导磁板2水平放置在通孔中，并位于长圆形的长轴位置，从而将长圆形通孔对称的分割为上通孔和下通孔。第一电极3a和第二电极3b分别位于下通孔的两侧，并垂直向下穿过下导磁板7，和印刷电路板8接触，实现电连接。下导磁板7位于通孔的下方。印刷电路板8水平放置在下导磁板7和线圈4之间。线圈4水平绕制在磁芯5的周围，磁芯5的上端垂直穿过印刷电路板8和下导磁板7接触，磁芯5的下端和U形导磁体6接触。U形导磁体6为四周高、中间低的U形结构体，其四周和上导磁板2的左右部分接触。

下导磁板7、磁芯5、U形导磁体6、上导磁板2，均采用具有导磁性的导磁材料制造，如纯铁、钢、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。本实施例的下导磁板7、磁芯5、U形导磁体6、上导磁板2，按图1所示各自相互紧密接触，以减少励磁磁路的磁隙。

本实施例，测量管1通孔的垂直截面为长圆形，也可以采用近似的形状，其中下通孔的上方的宽度大于下方的宽度。例如，通孔采用六边形，并由上导磁板2分为上通孔和下通孔，上通孔为梯形，下通孔为倒梯形。通孔采用本发明近似形状的技术方案，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，上导磁板2水平放置，将测量管的流道分为上通孔和下通孔，并且上通孔和下通孔以水平轴镜像对称。但本发明并不仅限于镜像对称的结构，采用非对称结构，也能达到本发明所具备的降低励磁功率、改善磁场分布的目的。上通孔和下通孔采用非镜像对称的技术方案，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，电极采用垂直方向布置，但实施方案并不仅限于垂直布置。倾斜一定角度的布置，并不影响本发明的总体结构和性能。电极近似垂直布置，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，印刷电路板8包含有信号调理电路，但印刷电路板上所载有的各种不同电子元器件，并不影响本发明的结构。印刷电路板8所载有的各种不同电子元器件，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例，下导磁板7、磁芯5、U形导磁体6、上导磁板2，均采用导磁材料制造，为磁导体，构成了本发明流量传感器励磁部分的磁路。本实施例为了获得最大的磁场强度，下导磁板7、磁芯5、U形导磁体6、上导磁板2，各部件之间相互接触，从而减小磁路的间隙。如果各部件之间留有较小的间隙，并不影响传感器的主要性能，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例的第一电极3a、第二电极3b，位于通孔磁场中心位置的平面上，以获得最大的信号强度，也可以安排在该平面的前方或者后方，并不影响传感器的主要性能，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例的高精度低功耗电磁式流量传感装置，下导磁板7、磁芯5、U形导磁体6、上导磁板2采用导磁材料制造，为磁导体，构成了本发明流量传感励磁所需的磁路。每个整体的导磁部件也可以由几个更小的导磁和/或不导磁部件组合而成，也可以将导磁部件局部去除，这种组合和局部去除几乎不影响整体的导磁特性。将一个导磁部件拆分为多个部件、以及局部去除的技术方案，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例的高精度低功耗电磁式流量传感装置，如将本装置镜像、和/或任何方向旋转任何角度，并不影响本装置的基本特性，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例的高精度低功耗电磁式流量传感装置，下导磁板7和上导磁板2表面进一步附着塑料、涂层等材料，改善流道的表面物理特性，如增加防腐性能、改善光洁度、增加绝缘性等，为本领域专业人士所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，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 (8)

1.一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，包含测量管（1）、上导磁板（2）、第一电极（3a）、第二电极（3b）、线圈（4）、磁芯（5）、U形导磁体（6），其特征在于：进一步包含下导磁板（7），测量管（1）的通孔由上导磁板（2）分割为上通孔和下通孔，测量管（1）的下通孔的下方布置有下导磁板（7），

第一电极（3a）和第二电极（3b）分别位于测量管（1）的下通孔的两侧，线圈（4）水平环绕磁芯（5），磁芯（5）位于下导磁板（7）的下方，并置于U形导磁体（6）中，上导磁板（2）、磁芯（5）、U形导磁体（6）、导磁板（7）均为磁导体。

2.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述第一电极（3a）和第二电极（3b）穿过下导磁板（7）。

3.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述导磁板（7）的下方进一步设有印刷电路板（8），第一电极（3a）和第二电极（3b）电分别与印刷电路板（8）连接。

4.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述下导磁板（7）的宽度大于磁芯（5）的宽度。

5.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述测量管（1）、上导磁板（2）和下导磁体（7），所包围的下通孔，上方的宽度大于下方的宽度。

6.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述测量管（1）和下导磁体（7），所包围的通孔为长圆形，所述长圆形的左右为圆弧、上下为水平直线。

7.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述上导磁板（2）和U型导磁体（6）的左右两侧接触。

8.如权利要求1所述的一种高精度低功耗电磁式流量传感装置，其特征在于：所述测量管（1）、上导磁板（2）和下导磁体（7），所包围的上通孔和下通孔镜像对称。