CN110567540B - 摩擦电式远传型浮子流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摩擦电式远传型浮子流量计，以解决当前浮子流量计存在的机械结构复杂、机械磨损、机械滞后和精度差等技术问题。本发明包括底座、封装壳体、螺栓组件I、锥形管组件、端盖、螺栓组件II、固定螺钉I、传感组件、浮子组件和固定螺钉II。通过内外磁钢耦合原理将锥形管内浮子的直线位移转化为外部外磁环组件的直线位移，并通过统计传感组件输出电压脉冲信号的数量检测流量的大小。本发明所提出的摩擦电式远传型浮子流量计可通过传感组件产生的电压信号特征进行判别流量的大小和方向，具有结构简单、精度高、可实现信号远传等优点。

Description

摩擦电式远传型浮子流量计
技术领域
本发明设计一种摩擦电式远传型浮子流量计，属于流量测量领域。
背景技术
流量监测在自动控制，医药健康，能量测量，流量安全和管道泄漏的早期预警中非常重要。在流量测量领域，浮子流量计因其简单的测量原理和相对成熟的技术而被广泛使用。然而，传统的浮子流量传感器大都属于纯机械式，通过电磁感应耦合和机械连杆机构带动指针或远传机构远传输出，存在着机械结构复杂、机械磨损、机械滞后和精度差等问题。
因此探索出一种新的流量测量原理的流量检测方法，设计一种结构简单、精度高、可实现信号远传的新型浮子流量计显得尤为迫切。
发明内容
为解决当前浮子流量计存在的机械结构复杂、机械磨损、机械滞后和精度差等技术问题，本发明公开了一种摩擦电式远传型浮子流量计。
本发明所采用的技术方案：
包括底座、封装壳体、螺栓组件I、锥形管组件、端盖、螺栓组件II、固定螺钉I、传感组件、浮子组件和固定螺钉II；所述锥形管组件通过固定螺钉II安装在底座上；所述传感组件通过固定螺钉I安装在锥形管组件上；所述浮子组件安装在锥形管组件内部；所述端盖通过螺栓组件II安装在锥形管组件上；所述封装壳体通过螺栓组件I安装在锥形管组件上。
所述底座设置有连接孔、通孔I和进气口I；所述封装壳体包括通孔II和封装壳体安装孔；所述底座通过通孔I安装在锥形管组件上；所述封装壳体通过通孔II安装在锥形管组件上，并通过封装壳体安装孔与螺栓组件I的配合连接在一起。
所述锥形管组件包括锥形管和外磁环组件；所述锥形管上设置有螺纹孔I、T型滑槽、锥形管安装孔I、连接孔II、出气口、锥形腔、限位支撑座和锥形管安装孔II；所述外磁环组件包括外磁环和摩擦材料I；所述外磁环包括磁环、T型滑块和贴板I。
所述外磁环组件通过T型滑槽与T型滑块的配合安装在锥形管上；所述摩擦材料I通过胶粘粘贴在外磁环上的贴板I上；所述端盖设置有端盖安装孔和限位孔；所述端盖通过端盖安装孔安装在锥形管组件上，并通过限位孔对浮子组件进行限位。
所述摩擦材料I包括摩擦单元I和摩擦单元II；所述摩擦单元I和摩擦单元II均包括等间隔平行设置的多个摩擦单元单体；所述摩擦单元I和摩擦单元II之间留有距离为d的间隙，d的取值范围为1 mm~8mm；所述摩擦单元I和摩擦单元II存在距离为e的位错距离，e的取值范围为1 mm~10mm。
所述传感组件包括电极安装板和摩擦材料II；所述电极安装板设置有传感组件安装孔和贴板II；所述摩擦材料II包括电极I、电极II、电极III和电极IV；所述摩擦材料II通过胶粘粘贴在电极安装板上的贴板II上；所述传感组件通过传感组件安装孔安装在锥形管上；所述浮子组件包括浮子和限位轴；所述浮子设置有通孔IV；所述浮子通过通孔IV安装在限位轴上；所述浮子组件通过限位轴安装在锥形管内的限位支撑座上。
所述锥形管的材料可为金属、玻璃或塑料；所述摩擦材料I可为电负性强的PTFE（聚四氟乙烯）、PDMS（聚二甲基硅氧烷）、PVC（聚氯乙烯）、FEP（氟化乙烯丙烯共聚物）、Kapton（聚酰亚胺薄膜材料）材料；所述摩擦材料II是一种电正性的金属材料，可以是铜、铝、银。
本发明的有益效果：本发明提供一种摩擦电式远传型浮子流量计，通过内外磁钢耦合，将锥形管内磁性浮子的直线位移的变化转化为外部的传感组件输出电压信号脉冲数的变化。传感组件由两列相同的叉指电极组成，利用摩擦起电与静电感应耦合原理，通过传感组件输出电压脉冲个数可精准的检测流量的大小。由于摩擦单元I和摩擦单元II存在距离为e的位错，因此两对叉指电极会输出两组具有一定相位差的相同电压脉冲信号。根据输出电压脉冲信号出现的先后顺序可判断浮子的运动方向，进而判断流量的增大或减小。本发明提出了一种新的测量原理的流量检测方法，具有结构简单、精度高、可实现信号远传等优点。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的整体结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的整体结构局部剖视图；
图3所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的底座结构示意图；
图4所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的封装壳体结构示意图；
图5所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的锥形管组件结构示意图；
图6所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的锥形管结构示意图；
图7所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的锥形管结构局部剖视图；
图8所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的外磁环组件结构示意图；
图9所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的外磁环结构示意图；
图10所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的摩擦材料I结构示意图；
图11所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的端盖结构示意图；
图12所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的传感组件结构示意图；
图13所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的电极安装板结构示意图；
图14所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的摩擦材料II结构示意图；
图15所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的浮子组件结构示意图；
图16所示为本发明提出的一种摩擦电式远传型浮子流量计的浮子结构示意图。
具体实施方式
结合图1~图16说明本实施方式，本实施方式提供了一种摩擦电式远传型浮子流量计的具体实施方式。所述一种摩擦电式远传型浮子流量计包括底座1、封装壳体2、螺栓组件I3、锥形管组件4、端盖5、螺栓组件II6、固定螺钉I7、传感组件8、浮子组件9和固定螺钉II10；所述锥形管组件4通过固定螺钉II10安装在底座1上；所述传感组件8通过固定螺钉I7安装在锥形管组件4上；所述浮子组件9安装在锥形管组件4内部；所述端盖5通过螺栓组件II6安装在锥形管组件4上，用于密封和限位；所述封装壳体2通过螺栓组件I3安装在锥形管组件4上。
所述底座1设置有连接孔1-1、通孔I1-2和进气口I1-3；所述封装壳体2包括通孔II2-1和封装壳体安装孔2-2；所述连接孔1-1用于底座1与上一级管道的连接；所述底座1通过通孔I1-2安装在锥形管组件4上；所述封装壳体2通过通孔II2-1安装在锥形管组件4上，并通过封装壳体安装孔2-2与螺栓组件I3的配合连接在一起。
所述锥形管组件4包括锥形管4-1和外磁环组件4-2；所述锥形管4-1上设置有螺纹孔I4-1-1、T型滑槽4-1-2、锥形管安装孔I4-1-3、连接孔II4-1-4、出气口4-1-5、锥形腔4-1-6、限位支撑座4-1-7和锥形管安装孔II4-1-8；所述外磁环组件4-2包括外磁环4-2-1和摩擦材料I4-2-2；所述外磁环4-2-1包括磁环4-2-1-1、T型滑块4-2-1-2和贴板I4-2-1-3。
所述螺纹孔I4-1-1用于传感组件8的连接；所述外磁环组件4-2通过T型滑槽4-1-2与T型滑块4-2-2的配合安装在锥形管4-1上；所述锥形管安装孔I4-1-3分布在锥形管4-1的上端面，用于端盖5的连接；所述连接孔II4-1-4用于锥形管4-1与下一级管道的连接；气体从进气口1-3流入，经过锥形腔4-1-6，并通过出气口4-1-5流出；所述限位支撑座4-1-7分布在锥形管4-1的内部，用于浮子组件9的支撑和限位；所述锥形管安装孔II4-1-8分布在锥形管4-1的底部，用于锥形管4-1与底座1的连接；所述摩擦材料I4-2-2通过胶粘粘贴在外磁环4-2-1上的贴板I4-2-1-3上；所述端盖5设置有端盖安装孔5-1和限位孔5-2；所述端盖5通过端盖安装孔5-1安装在锥形管组件4上，并通过限位孔5-2对浮子组件9进行限位。
所述锥形管4-1的材料可为金属、玻璃或塑料；所述摩擦材料I4-2-2可为电负性强的PTFE（聚四氟乙烯）、PDMS（聚二甲基硅氧烷）、PVC（聚氯乙烯）、FEP（氟化乙烯丙烯共聚物）、Kapton（聚酰亚胺薄膜材料）材料，本实施方式中摩擦材料I4-2-2的材料为PTFE（聚四氟乙烯）；所述摩擦材料I4-2-2包括摩擦单元I4-2-2-1和摩擦单元II4-2-2-2；所述摩擦单元I4-2-2-1和摩擦单元II4-2-2-2均包括等间隔平行设置的多个摩擦单元单体，每个摩擦单元单体的长度为a，宽度为b，相邻两摩擦单元单体的间隔距离为c；所述摩擦单元I4-2-2-1和摩擦单元II4-2-2-2之间留有一定间隙，间隙为d，d的取值范围为1 mm~8mm，用以隔开摩擦单元I4-2-2-1和摩擦单元II4-2-2-2，分别产生电压输出信号；所述摩擦单元I4-2-2-1和摩擦单元II4-2-2-2存在距离为e的位错距离，e的取值范围为1 mm~10mm，用于产生两组具有相位差的电信号。
所述传感组件8包括电极安装板8-1和摩擦材料II8-2；所述电极安装板8-1设置有传感组件安装孔8-1-1和贴板II8-1-2；所述摩擦材料II8-2包括电极I8-2-1、电极II8-2-2、电极III8-2-3和电极IV8-2-4；所述摩擦材料II8-2通过胶粘粘贴在电极安装板8-1上的贴板II8-1-2上；所述传感组件8通过传感组件安装孔8-1-1安装在锥形管4-1上；所述浮子组件9包括浮子9-1和限位轴9-2；所述浮子9-1设置有通孔IV；所述浮子9-1通过通孔IV安装在限位轴9-2上；所述浮子组件9通过限位轴9-2安装在锥形管4-1内的限位支撑座4-1-7上。
所述摩擦材料II8-2是一种电正性的金属材料，可以是铜、铝、银，本实施方式中摩擦材料II8-2的材料为铜；所述摩擦材料II8-2既是一种摩擦材料，也可以作为导电电极；所述电极I8-2-1和电极II8-2-2组成一列叉指电极，电极I8-2-1和电极II8-2-2的叉指长度为f，宽度为g，电极I8-2-1和电极II8-2-2的叉指间隔为h；所述电极III8-2-3和电极IV8-2-4组成另一对叉指电极，电极I8-2-1和电极II8-2-2的叉指长度为i，宽度为j，电极I8-2-1和电极II8-2-2的叉指间隔为k；两对叉指电极的间隔距离为l；电极I8-2-1和电极III8-2-3的叉指完全对齐，电极II8-2-2和电极IV8-2-4的叉指完全对齐；b=g=j=2c=2h=2k，a=f=i，d=l，0<e <b。
工作原理：当流体经过摩擦电式远传型浮子流量计时，锥形管内的浮子将会随着流量的变化上下移动。由于浮子为磁性浮子，因此可通过外磁环将锥形管内的浮子的直线位移转化为外部外磁环组件的直线位移。外磁环上贴有具有一定位错距离的摩擦单元I和摩擦单元II，传感组件上贴有与之对应的两列完全相同的叉指电极。摩擦单元I和摩擦单元II都属于强电负性材料，得电子的能力较强；叉指电极的材料为显电正性的金属材料，易于失去电子；由于两种材料得失电子的能力不同，基于摩擦起电与静电感应耦合原理，当外磁环组件与传感组件在相互滑动时，将会产生两组相同的电压脉冲信号，根据累计电压脉冲信号的多少标定流量的大小；由于摩擦单元I和摩擦单元II存在e的位错距离，当摩擦单元I与一列叉指电极对齐时，摩擦单元II与另一列叉指电极存在e的位错距离，因此产生的两组电压脉冲信号存在一定的相位差；根据两组电压脉冲信号出现的先后顺序标定浮子的运动方向，进而判断流量的增加或减少。
综合以上所述内容，本发明提供一种摩擦电式远传型浮子流量计，以解决当前浮子流量计存在的机械结构复杂、机械磨损、机械滞后和精度差等技术问题。本发明所提出的摩擦电式远传型浮子流量计可通过传感组件产生的电压信号特征进行判别流量的大小和方向，具有结构简单、精度高、可实现信号远传等优点。

Claims (4)

1.一种摩擦电式远传型浮子流量计，其特征在于：所述摩擦电式远传型浮子流量计包括底座（1）、封装壳体（2）、螺栓组件I（3）、锥形管组件（4）、端盖（5）、螺栓组件II（6）、固定螺钉I（7）、传感组件（8）、浮子组件（9）和固定螺钉II（10）；所述锥形管组件（4）通过固定螺钉II（10）安装在底座（1）上；所述传感组件（8）通过固定螺钉I（7）安装在锥形管组件（4）上；所述浮子组件（9）安装在锥形管组件（4）内部；所述端盖（5）通过螺栓组件II（6）安装在锥形管组件（4）上；所述封装壳体（2）通过螺栓组件I（3）安装在锥形管组件（4）上，所述锥形管组件（4）包括锥形管（4-1）和外磁环组件（4-2）；所述锥形管（4-1）上设置有螺纹孔I（4-1-1）、T型滑槽（4-1-2）、锥形管安装孔I（4-1-3）、连接孔II（4-1-4）、出气口（4-1-5）、锥形腔（4-1-6）、限位支撑座（4-1-7）和锥形管安装孔II（4-1-8）；所述外磁环组件（4-2）包括外磁环（4-2-1）和摩擦材料I（4-2-2）；所述外磁环（4-2-1）包括磁环（4-2-1-1）、T型滑块（4-2-1-2）和贴板I（4-2-1-3），所述外磁环组件（4-2）通过T型滑槽（4-1-2）与T型滑块（4-2-2）的配合安装在锥形管（4-1）上；所述摩擦材料I（4-2-2）通过胶粘粘贴在外磁环（4-2-1）上的贴板I（4-2-1-3）上，所述摩擦材料I（4-2-2）包括摩擦单元I（4-2-2-1）和摩擦单元II（4-2-2-2）；所述摩擦单元I（4-2-2-1）和摩擦单元II（4-2-2-2）均包括等间隔平行设置的多个摩擦单元单体；所述摩擦单元I（4-2-2-1）和摩擦单元II（4-2-2-2）之间留有距离为d的间隙，d的取值范围为1mm~8mm；所述摩擦单元I（4-2-2-1）和摩擦单元II（4-2-2-2）存在距离为e的位错距离，e的取值范围为1 mm~10mm，所述传感组件（8）包括电极安装板（8-1）和摩擦材料II（8-2）；所述电极安装板（8-1）设置有传感组件安装孔（8-1-1）和贴板II（8-1-2）；所述摩擦材料II（8-2）包括电极I（8-2-1）、电极II（8-2-2）、电极III（8-2-3）和电极IV（8-2-4）；所述摩擦材料II（8-2）通过胶粘粘贴在电极安装板（8-1）上的贴板II（8-1-2）上；所述传感组件（8）通过传感组件安装孔（8-1-1）安装在锥形管（4-1）上；所述浮子组件（9）包括浮子（9-1）和限位轴（9-2）；所述浮子（9-1）设置有通孔IV；所述浮子（9-1）通过通孔IV安装在限位轴（9-2）上；所述浮子组件（9）通过限位轴（9-2）安装在锥形管（4-1）内的限位支撑座（4-1-7）上。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦电式远传型浮子流量计，其特征在于：所述底座（1）设置有连接孔（1-1）、通孔I（1-2）和进气口I（1-3）；所述封装壳体（2）包括通孔II（2-1）和封装壳体安装孔（2-2）；所述底座（1）通过通孔I（1-2）安装在锥形管组件（4）上；所述封装壳体（2）通过通孔II（2-1）安装在锥形管组件（4）上，并通过封装壳体安装孔（2-2）与螺栓组件I（3）的配合连接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦电式远传型浮子流量计，其特征在于：所述端盖（5）设置有端盖安装孔（5-1）和限位孔（5-2）；所述端盖（5）通过端盖安装孔（5-1）安装在锥形管组件（4）上，并通过限位孔（5-2）对浮子组件（9）进行限位。
4.根据权利要求1所述的一种摩擦电式远传型浮子流量计，其特征在于：所述锥形管（4-1）的材料可为金属、玻璃或塑料；所述摩擦材料I（4-2-2）可为电负性强的PTFE（聚四氟乙烯）、PDMS（聚二甲基硅氧烷）、PVC（聚氯乙烯）、FEP（氟化乙烯丙烯共聚物）、Kapton（聚酰亚胺薄膜材料）材料；所述摩擦材料II（8-2）是一种电正性的金属材料，可以是铜、铝或银。
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