CN109282865A - 基于磁场切割原理的流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于磁场切割原理的流量传感器，包括管状的外壳和设置在外壳两端的前导向器和后导向器，所述前导向器和后导向器之间形成安装腔，还包括叶轮、轴组合件、和多个相互串联的感应线圈；所述感应线圈与外壳同轴设置，且周向均匀分布在外壳表面；所述叶轮通过轴组合件安装在安装腔内，且所述叶轮与外壳同轴设置；所述叶轮上设置有与叶轮同轴的磁铁；所述磁铁与叶轮同步转动。本发明公开了一种基于磁场切割原理的流量传感器的叶轮前后结构统一，流体在叶轮前后经过前导向器、后导向器导流后产生的压力降能充分满足测量的精度要求。

Description

基于磁场切割原理的流量传感器

技术领域

本发明涉及一种流量传感器技术领域，具体涉及一种基于磁场切割原理的流量传感器。

背景技术

目前测量管道流体流速的流量传感器主要有电磁流量传感器、超声波流量传感器和涡轮流量传感器。电磁流量传感器具有内部无阻流件，无压力损伤以及测量范围大等优点，但其安装环境苛刻，对流体导电特性要求严，对流体杂质要求低，输出信号低需要改进仪表结构提高测量精度等缺点。超声波流量传感器同电磁流量传感器一样，内部无阻流件，无压力损伤以及测量范围大，同时其还能测量强腐蚀性或非导电介质的流体，但其缺点也很明显，首先对流体的温度条件苛刻，抗干扰能力差，安装环境困难，可靠性、精度等级不高、重复性差，使用寿命短等。涡轮式流量传感器为时下应用最广的一种流量传感器。

涡轮流量传感器是在外体内部固定一个可自由旋转的叶轮，当流体通过时,冲击叶轮的叶片,对叶轮产生驱动力矩,使叶轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定流量范围内，对一定的流体介质粘度，叶轮的旋转角速度与流体流速成正比，由此，流体流速可通过叶轮的旋转角速度得到，从而可计算得出外体内流体流量。相比前两种流量传感器，其具有测量元件结构简单、可靠性高、使用寿命长、测量范围宽、被测体积流量不受流体的温度、压力、密度及粘度的影响、压力损伤小、准确度高等特点。目前测量叶轮旋转信息的主要为涡轮蜗杆联动将信息输出，但其存在不足之处在于：

（1）涡轮蜗杆结构无论在叶轮前端还是后端都影响流体流速，会存在压力损伤带来测量误差。

（2）纯机械结构输出信号使得传感器的抗振性能差，无论外来振动还是流体流过后产生的内部振动都使得测量精度降低。

（3）涡轮蜗杆作为信号传输方式，会存在迟滞现象影响测量精度。

发明内容

本发明针对现有技术，提供了一种密度传感器高低温实验装置。

本发明通过下述技术方案实现：基于磁场切割原理的流量传感器，包括管状的外壳和设置在外壳两端的前导向器和后导向器，所述前导向器和后导向器之间形成安装腔。所述流量传感器还包括叶轮、轴组合件、和多个相互串联的感应线圈；所述感应线圈与外壳同轴设置，且周向均匀分布在外壳表面；所述叶轮通过轴组合件安装在安装腔内，且所述叶轮与外壳同轴设置；所述叶轮上设置有与叶轮同轴的磁铁；所述磁铁与叶轮同步转动。

所述前导向器和后导向器沿外壳的轴线均设置有通孔，用于流体流入使得叶轮旋转。

整个叶轮前后结构统一，确定磁铁的极数与感应线圈一致，将磁铁固定在叶轮的中心。多个所述磁感线圈组成的圆环的磁铁在一个平面上。

所述密度传感器上还设置有感应线圈电路连接的滤波放大器。磁铁随着叶轮旋转时，磁铁形成的旋转磁场周期性的被设置在外壳上的感应线圈围成的定子线圈切割，通过导线将感应线圈输出的电流信号引入至滤波放大器中，对信号进行滤波及放大处理，再通过滤波放大器传输给下一级单元处理。

进一步地，所述轴组合件包括光轴和套设在光轴上的第一轴承、第二轴承，所述光轴沿外壳轴线延伸，所述光轴一端通过第一轴承与前导向器转动连接，所述光轴远离前导向器的一端通过第二轴承与后导向器转动连接。所述光轴与第一轴承连接的一端嵌入前导向器的通孔中，所述光轴与第二轴承连接的一端嵌入后导向器的通孔中。

进一步地，所述感应线圈包括骨架和绕制在骨架上的漆包线；所述感应线圈表面包裹有氟塑料薄膜；每个所述感应线圈绕制的漆包线匝数相同，保证每个所述感应线圈的电阻相同。

进一步地，所述外壳外套设有位于感应线圈外侧的金属外壳，用于屏蔽外界信号干扰。

进一步地，所述外壳与前导向器通过钢丝挡圈固定，所述外壳与后导向器热压配合，使外壳与前导向器、后导向器连接稳固，保证了流量传感器的结构强度，同时又使轴组合件和叶轮能准确高效工作。

进一步地，所述外壳采用铝材一体加工成型，使得外壳的内部结构和感应线圈完全物理隔离，良好的保证了产品的气密性。

所述感应线圈通过螺钉和卡箍整齐均匀的固定在外壳四周，增强了其采集信号的准确度，同时减少了流量传感器的零件数量，使得传感器的抗争性能良好。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明所提供的基于磁场切割原理的流量传感器的叶轮前后结构统一，流体在叶轮前后经过前导向器、后导向器导流后产生的压力降能充分满足测量的精度要求。

（2）本发明所提供的基于磁场切割原理的流量传感器采用外壳一体化设置，使得外壳内部结构和信号采集部分完全物理隔离,良好的保证了产品的气密性；同时减少了流量传感器的零件数量，使得传感器的抗争性能良好。

（3）本发明所提供的基于磁场切割原理的流量传感器采用磁场转换为电能的方式传输测量信号，其测量精度高，可实现实时准确的测量。

（4）本发明所提供的基于磁场切割原理的流量传感器适用范围广，可适用于飞机燃油测量控制系统、汽车油箱、油罐车、铁路机车、油库等管路中的流体流速测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的感应线圈结构示意图；

图3为本发明的轴侧结构示意图；

其中：1—外壳，2—前导向器，3—后导向器，4—叶轮，5—轴组合件，51—光轴，52—第一轴承，53—第二轴承，6—感应线圈，61—骨架，62—漆包线，63—氟塑料薄膜，7—磁铁，8—金属外壳，9—滤波放大器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

所述滤波放大器9为FA系列滤波放大器9。

实施例1

如图1所示，基于磁场切割原理的流量传感器，包括管状的外壳1和设置在外壳1两端的前导向器2和后导向器3，所述前导向器2和后导向器3之间形成安装腔。所述流量传感器还包括叶轮4、轴组合件5、和多个相互串联的感应线圈6；所述感应线圈6与外壳1同轴设置，且周向均匀分布在外壳1表面；所述叶轮4通过轴组合件5安装在安装腔内，且所述叶轮4与外壳1同轴设置；所述叶轮4上设置有与叶轮4同轴的磁铁7；所述磁铁7与叶轮4同步转动。

所述前导向器2和后导向器3沿外壳1的轴线均设置有通孔，用于流体流入使得叶轮4旋转。

整个叶轮4前后结构统一，确定磁铁7的极数与感应线圈6一致，将磁铁7固定在叶轮4的中心。多个所述磁感线圈组成的圆环的磁铁7在一个平面上。

所述密度传感器上还设置有感应线圈6电路连接的滤波放大器9。

其工作原理为：当流体通过前导向器2的通孔进入安装腔，由于流体的流速推动叶轮4转动，安装在叶轮4中间的磁铁7与叶轮4同步转动，磁铁7形成的旋转磁场周期性的被外壳1外的多个感应线圈6串联形成的定子线圈切割，形成电流信号，电流通过导线将定子线圈的电流信号输出至滤波放大器9，再通过滤波放大器9传输给下一级单元处理。流体流过叶轮4，再通过后导向器3的通孔流出流量传感器。

所述叶轮4中心设置有安装磁铁7的安装槽，所述安装槽与叶轮4同轴设置，所述磁铁7压入安装槽中与叶轮4过盈配合。

所述前导向器2和后导向器3的在同一轴线上，且结构相同或相似，使叶轮4的前后结构统一，流体在叶轮4前后经过前导向器2、后导向器3导流后产生的压力降能充分满足测量的精度要求。

在使用过程中，可通过改变磁铁7的极数和定子线圈中感应线圈6的数量得到不同频率和幅值的电流信号，不同的频率或不同的幅值可使本发明公开的流量传感器适用于不同的场合。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行改进，其改进之处在于：所述轴组合件5包括光轴51和套设在光轴51上的第一轴承52、第二轴承53，所述光轴51沿外壳1轴线延伸，所述光轴51一端通过第一轴承52与前导向器2转动连接，所述光轴51远离前导向器2的一端通过第二轴承53与后导向器3转动连接。所述光轴51与第一轴承52连接的一端嵌入前导向器2的通孔中，所述光轴51与第二轴承53连接的一端嵌入后导向器3的通孔中。

所述光轴51上固定套设有用于安装叶轮4的安装板，所述叶轮4通过螺杆固定在安装板上，使叶轮4与光轴51同轴设置，叶轮4转动时光轴51随之转动。所述安装板与光轴51之间通过紧固螺母固定，可以通过调节紧固螺母使安装板处于合适位置，使叶轮4位于合适位置。

所述通孔与安装腔连通。其连通可采用以下结构实现：所述前导向器2的通孔和后导向器3的通孔的内壁上均设置有若干沿通孔延伸方向延伸的流体槽，所述流体通过流体槽和第一轴承52或第二轴承53的间隙进入或流出安装腔中。

本实施例中其他部分与实施例1基本相同，故不再一一赘述。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上进行改进，其改进之处在于：所述感应线圈6包括骨架61和绕制在骨架61上的漆包线62；所述感应线圈6表面包裹有氟塑料薄膜63；每个所述感应线圈6绕制的漆包线62匝数相同，保证每个所述感应线圈6的电阻相同。

本实施例中其他部分与实施例2基本相同，故不再一一赘述。

实施例4

本实施例是在实施例1~3任一实施例的基础上进行改进，其改进之处在于：所述外壳1外套设有位于感应线圈6外侧的金属外壳8，用于屏蔽外界信号干扰。

所述外壳1与前导向器2通过钢丝挡圈固定，所述外壳1与后导向器3热压配合，使外壳1与前导向器2、后导向器3连接稳固，保证了流量传感器的结构强度，同时又使轴组合件5和叶轮4能准确高效工作。

本实施例中其他部分与1~3任一实施例基本相同，故不再一一赘述。

实施例4

本实施例是在实施例1~4任一实施例的基础上进行改进，其改进之处在于：所述外壳1采用铝材一体加工成型，使得外壳1的内部结构和感应线圈6完全物理隔离，良好的保证了产品的气密性。

所述感应线圈6通过螺钉和卡箍整齐均匀的固定在外壳1四周，增强了其采集信号的准确度，同时减少了流量传感器的零件数量，使得传感器的抗争性能良好。

本实施例中其他部分与1~4任一实施例基本相同，故不再一一赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于磁场切割原理的流量传感器，包括管状的外壳（1）和设置在外壳（1）两端的前导向器（2）和后导向器（3），所述前导向器（2）和后导向器（3）之间形成安装腔，其特征在于：还包括叶轮（4）、轴组合件（5）、和多个相互串联的感应线圈（6）；所述感应线圈（6）与外壳（1）同轴设置，且周向均匀分布在外壳（1）表面；所述叶轮（4）通过轴组合件（5）安装在安装腔内，且所述叶轮（4）与外壳（1）同轴设置；所述叶轮（4）上设置有与叶轮（4）同轴的磁铁（7）；所述磁铁（7）与叶轮（4）同步转动。

2.根据权利要求1所述的基于磁场切割原理的流量传感器，其特征在于：所述轴组合件（5）包括光轴（51）和套设在光轴（51）上的第一轴承（52）、第二轴承（53），所述光轴（51）沿外壳（1）轴线延伸，所述光轴（51）一端通过第一轴承（52）与前导向器（2）转动连接，所述光轴（51）远离前导向器（2）的一端通过第二轴承（53）与后导向器（3）转动连接。

3.根据权利要求1所述的基于磁场切割原理的流量传感器，其特征在于：所述感应线圈（6）包括骨架（61）和绕制在骨架（61）上的漆包线（62）；所述感应线圈（6）表面包裹有氟塑料薄膜（63）；每个所述感应线圈（6）绕制的漆包线（62）匝数相同。

4.根据权利要求3所述的基于磁场切割原理的流量传感器，其特征在于：所述外壳（1）外套设有位于感应线圈（6）外侧的金属外壳（8）。

5.根据权利要求1~4任一项所述的基于磁场切割原理的流量传感器，其特征在于：所述外壳（1）与前导向器（2）通过钢丝挡圈固定，所述外壳（1）与后导向器（3）热压配合。

6.根据权利要求1~4任一项所述的基于磁场切割原理的流量传感器，其特征在于：所述外壳（1）采用铝材一体加工成型。