CN110763865A - 一种液体流速传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液体流速传感器，包括空心结构的刚性电路板以及应力传感器；所述应力传感器包括多根导电纤维束，所述多根导电纤维束互相交叉叠放在刚性电路板上，且在刚性电路板的空心结构上形成多个交叉结结构；所述应力传感器与两根向外延伸的导线连接。本发明具有体积微小、灵敏度高、能够内置与管道内部等优点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器设备技术领域，特别是涉及一种液体流速传感器。
背景技术
随着科学技术的发展与社会的进步，人们对于水资源的有效利用逐渐受到的广泛的关注，然而生物圈内的水资源污染、浪费等问题，使得水资源日益减少，节水是社会实现可持续发展的永久话题。为了实现节约水资源的目的，需要对水流速进行精准、实时、高灵敏监测，以解决水管漏水而人不知的问题。
目前，针对水流速的传感方法主要依赖于液体流速计的使用，然而传统的水流速计多数为涡轮式，这种流速计基于法拉第电磁感应定律，通过内部的叶轮在水流的带动转动，利用数学上的变换，得出当前的水流速。同样地，因为其工作原理，导致了涡轮式的水流速计存在很大局域性：一方面，从材料上无法选用如不锈钢等易磁化、带磁性的材料，导致流速计成本较高；另一方面，从结构上对于叶轮的加工精度高，且叶轮的旋转方向固定，若水流方向改变，水流速计则无法使用，甚至损坏。除此之外，涡轮式的水流速计为连接式设计，若对现有管道加装流速计，则需要对管道进行裁剪至合适的长度，大大增加施工难度。
因此，发明一种能够体积微小、对材质限制小且能够内置于管道内部的液体流速传感器是社会可持续性发展的迫切需求。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液体流速传感器，其具有体积微小、灵敏度高、能够内置与管道内部等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种液体流速传感器，包括空心结构的刚性电路板以及应力传感器；所述应力传感器包括多根导电纤维束，所述多根导电纤维束互相交叉叠放在刚性电路板上，且在刚性电路板的空心结构上形成多个交叉结结构；所述应力传感器与两根向外延伸的导线连接。
由此，本发明所述的液体流速传感器，通过不同流速的液体对应力传感器的压力大小不一样，从而改变传感器的电阻大小，并反馈到外电路中，经过后续信号处理，最后输出当前液体流速大小，更可通过数学上的变换，得出累积水流量，当前水流量等技术参数。再者，本发明结构简单，且安装便捷灵活、通用性强，具有很高的市场推广价值。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述刚性电路板为圆环状结构，该圆环状结构上等间距设有多个导电连接件；所述多根导电纤维束互相交叉叠放，每根导电纤维束两端依次固定在相应的导电连接件上并与导电连接件电连接。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述导电连接件为焊盘。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述多根导电纤维束均包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙并构成疏松结构；所述交叉结结构由两根导电纤维束的疏松结构互相交叉叠放形成，该交叉结结构表面的互相接触的导电纤维丝的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述应力传感器包括的导电纤维束的数量应多于或等于两根，且每根导电纤维束所包括的导电纤维丝的数量多于10根。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述刚性电路板的空心结构的面积大于所述应力传感器的面积。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述刚性电路板包括至少两根引线，用于与外电路实现电连接。
附图说明
图1为本发明的液体流速传感器的结构示意图；
图2为本发明的液体流速传感器的疏松结构的结构示意图；
图3为本发明的液体流速传感器的使用状态参考图；
图4为本发明的液体流速传感器在不同流量下测试的实验结果图；
图5为本发明的液体流速传感器的不同流量与电阻变化率的关系图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域的普通技术人员应能理解其他可能得实施方式以及本发明的优点。
请同时参阅图1至图5。
一种液体流速传感器，包括空心结构的刚性电路板10以及应力传感器20；所述应力传感器20包括多根导电纤维束21，所述多根导电纤维束21互相交叉叠放在刚性电路板10上，且在刚性电路板10的空心结构上形成多个交叉结结构30；所述应力传感器20与两根向外延伸的导线40连接。
其中，所述刚性电路板10优选为圆环状结构，该圆环状结构上等间距设有多个导电连接件50；所述多根导电纤维束21互相交叉叠放，每根导电纤维束21两端依次固定在相应的导电连接件50上并与导电连接件50电连接。本实施例中，优选地，所述导电连接件50为焊盘。
另外，所述刚性电路板10的空心结构的面积大于所述应力传感器20的面积；且所述刚性电路板10包括至少两根引线，用于与外电路实现电连接。
具体地，所述应力传感器20包括的导电纤维束21的数量应多于或等于两根，且每根导电纤维束21所包括的导电纤维丝的数量多于10根。所述多根导电纤维束21均包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙并构成疏松结构；所述交叉结结构30由两根导电纤维束21的疏松结构互相交叉叠放形成，该交叉结结构30表面的互相接触的导电纤维丝的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。本实施例中，所述交叉结结构30表面的互相接触的导电纤维丝的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着液体流速大小的改变相应地发生改变。另外，所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。
为了更好地说明本发明的液体流速传感器，本实施例中，优选地，所述导电纤维束21的数量为六条，所述导电连接件50的数量为四个，且等间距分布在圆环状的刚性电路板10上，每个导电连接件50上均设有三个焊点51，六条导电纤维束21分别包括横向分布的三条导电纤维束21和竖向分布的三条导电纤维束21；横向分布的三条导电纤维束21的两端分别与横向布置的两个导电连接件50上的三个焊点51依次连接；竖向分布的三条导电纤维束21的两端分别与竖向布置的两个导电连接件50上的三个焊点51依次连接；并且横向分布的三条导电纤维束21与竖向分布的三条导电纤维束21在刚性电路板10的空心位置上依次交叉叠放并形成九个交叉结结构30，两根导线40分别与其中的两个导电连接件50电连接，从而组成本发明的液体流速传感器。
以下说明本发明的液体流速传感器的工作原理：
本发明的液体流速传感器整体为圆形对称结构，其直径与管道60的内径相匹配；刚性电路板10通过两侧的多个固定件70将其固定在管道30的内部，且其平面与液体流动方向相垂直，从而使得液体垂直流过刚性电路板10空心结构中的应力传感器20，应力传感器20通过两根向外延伸的导线40与检测处理设备连接，从而进行检测分析。
其中，如图4和图5所示，本实施例的液体流速传感器可以检测水在管道60内的流量范围为16mL/s至112mL/s，且响应速度较快，为42ms。通过建立不同流速与电阻变化率的对应关系，可以发现，流速与电阻变化率具有良好的线性度，为实现传感器的商业化与产品化奠定基础。
与现有技术相比，本发明所述的液体流速传感器，通过不同流速的液体对应力传感器的压力大小不一样，从而改变传感器的电阻大小，并反馈到外电路中，经过后续信号处理，最后输出当前液体流速大小，更可通过数学上的变换，得出累积水流量，当前水流量等技术参数。再者，本发明结构简单，且安装便捷灵活、通用性强，具有很高的市场推广价值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明液体流速传感器范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种液体流速传感器，其特征在于：包括空心结构的刚性电路板以及应力传感器；所述应力传感器包括多根导电纤维束，所述多根导电纤维束互相交叉叠放在刚性电路板上，且在刚性电路板的空心结构上形成多个交叉结结构；所述应力传感器与两根向外延伸的导线连接。
2.根据权利要求1所述的液体流速传感器，其特征在于：所述刚性电路板为圆环状结构，该圆环状结构上等间距设有多个导电连接件；所述多根导电纤维束互相交叉叠放，每根导电纤维束两端依次固定在相应的导电连接件上并与导电连接件电连接。
3.根据权利要求2所述的液体流速传感器，其特征在于：所述导电连接件为焊盘。
4.根据权利要求1所述的液体流速传感器，其特征在于：所述多根导电纤维束均包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙并构成疏松结构；所述交叉结结构由两根导电纤维束的疏松结构互相交叉叠放形成，该交叉结结构表面的互相接触的导电纤维丝的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。
5.根据权利要求4所述的液体流速传感器，其特征在于：所述应力传感器包括的导电纤维束的数量应多于或等于两根，且每根导电纤维束所包括的导电纤维丝的数量多于10根。
6.根据权利要求4所述的液体流速传感器，其特征在于：所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。
7.根据权利要求1所述的液体流速传感器，其特征在于：所述刚性电路板的空心结构的面积大于所述应力传感器的面积。
8.根据权利要求1所述的液体流速传感器，其特征在于：所述刚性电路板包括至少两根引线，用于与外电路实现电连接。
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