CN111307027B - 机电一体式自供能位置传感装置及流体流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电一体式自供能位置传感装置及流体流量传感器，包括：磁性浮子部，能够随液位或被测物体位置的变化而运动；位置感应部，包括沿磁性浮子部运动方向设置的多个感应单元，感应单元包括磁性转动件、设置于磁性转动件上的带电件及设置于磁性转动件两侧的电极件，磁性转动件上设置有第一标识区；磁性浮子部运动时，靠近磁性浮子部的磁性转动件能够在磁吸作用下绕自身的轴向转动，随磁性转动件的转动，第一标识区相对于磁性转动件两侧的电极件的位置发生变化，且带电件翻转而与磁性转动件两侧的电极件的距离发生变化，使得磁性转动件两侧的电极件产生电信号。兼具机械传感器和电子传感器的优点，结构简单，便于维护，一致性强。

Description

机电一体式自供能位置传感装置及流体流量传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种机电一体式自供能位置传感装置及流体流量传感器。

背景技术

在工业领域，传感器要求需具有较高的可靠性，因此机械式传感器在信息技术高速发展的时代仍然被广泛采用。但是工业自动控制大多以电信号的形式进行，因此在许多场合为了使机械系统兼具机械传感器的可靠性同时具有信号远程传输的能力，一般在系统中同时装配两种独立的传感器。

机械传感器可以从外观判断故障并且故障率极低，而电子传感器无法从外观判断故障，因此当电子传感器出现读数异常时，机械传感器便成了确定电子传感器是否存在故障的有利保障。

然而，两套传感器的引入会导致读数不统一，系统复杂度提高，以及维护难度加大，安装成本提高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种机电一体式自供能位置传感装置及流体流量传感器，以解决现有的传感器结构复杂度高，维护难度大，一致性较差的问题。

一方面，本发明实施例提出了一种机电一体式自供能位置传感装置，包括：磁性浮子部，能够随液位或被测物体位置的变化而运动；位置感应部，包括沿磁性浮子部运动方向设置的多个感应单元，感应单元包括磁性转动件、设置于磁性转动件上的带电件及设置于磁性转动件两侧的电极件，磁性转动件上设置有第一标识区；磁性浮子部运动时，靠近磁性浮子部的磁性转动件能够在磁吸作用下绕自身的轴向转动，随磁性转动件的转动，第一标识区相对于磁性转动件两侧的电极件的位置发生变化，且带电件翻转而与磁性转动件两侧的电极件的距离发生变化，使得磁性转动件两侧的电极件产生电信号。

根据本发明实施例的一个方面，多个感应单元的磁性转动件第一侧的电极件相互电性连接，多个感应单元的磁性转动件第二侧的电极件相互电性连接。

根据本发明实施例的一个方面，电极件设置于磁性转动件轴向的两侧，带电件位于磁性转动件轴向两侧的电极件之间，随磁性转动件的转动，带电件绕磁性转动件的轴向翻转而与磁性转动件轴向两侧的电极件的距离发生变化。

根据本发明实施例的一个方面，多个感应单元设置于壳体内，磁性转动件通过转轴与壳体转动连接。

根据本发明实施例的一个方面，电极件通过连接槽与壳体可拆卸连接。

根据本发明实施例的一个方面，磁性转动件两侧的电极件相对于磁性转动件的轴向对称设置。

根据本发明实施例的一个方面，带电件设置于磁性转动件上，且带电件与第一标识区分别位于磁性转动件对立的两侧。

根据本发明实施例的一个方面，磁性转动件上还设置有第二标识区，第二标识区与第一标识区相对于磁性转动件的轴向对称设置。

根据本发明实施例的一个方面，带电件的材料为驻极体。

根据本发明实施例的一个方面，带电件的材料与电极件的材料的带电极性相反；或者，带电件的材料与电极件的材料的带电极性相同且存在强弱差别。

另一方面，本发明实施例提出了一种流体流量传感器，包括如前述的机电一体式自供能位置传感装置，其中，磁性浮子部设置于流体管道或流体腔室内。

本发明实施例提供的机电一体式自供能位置传感装置，磁性浮子部运动过程中能够带动磁性转动件转动，随磁性转动件的转动，第一标识区相对于磁性转动件两侧的电极件的位置发生变化，从而能够通过第一标识区的位置变化直接得出磁性浮子部的位置，同时，带电件翻转而与磁性转动件两侧的电极件的距离发生变化，在磁性转动件两侧的电极件之间感应出电压信号，通过该信号能够判断出磁性转动件的状态，确定发生转动的磁性转动件，间接得出磁性浮子部的位置，兼具机械传感器的稳定、可靠、易于从外观判断故障，和电子传感器的信号可远程传输、能够以电信号的形式将监测量传输至采集控制电路的优点，且磁性转动件的状态与感应出的电信号一一对应，保证了机械信号与电信号的一致性，还无需外部能量的供给，能够作为主动式传感装置，整体结构简单，便于维护，一致性强，节能环保，解决了现有的传感器结构复杂度高，维护难度大，一致性较差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的机电一体式自供能位置传感装置在某一状态的结构示意图。

图2为本发明实施例的机电一体式自供能位置传感装置在另一状态的结构示意图。

图3为本发明实施例的机电一体式自供能位置传感装置在又一状态的结构示意图。

图4为本发明实施例的机电一体式自供能位置传感装置在再一状态的结构示意图。

附图中：

100-磁性浮子部；

201-磁性转动件，202-带电件，203-电极件，204-第一标识区，205-第二标识区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请依次参阅图1、图2、图3及图4，本发明实施例的机电一体式自供能位置传感装置，包括：磁性浮子部100，能够随液位或被测物体位置的变化而运动；位置感应部，包括沿磁性浮子部100运动方向设置的多个感应单元，感应单元包括磁性转动件201、设置于磁性转动件201上的带电件202及设置于磁性转动件201两侧的电极件203，磁性转动件201上设置有第一标识区204；磁性浮子部100运动时，靠近磁性浮子部100的磁性转动件201能够在磁吸作用下绕自身的轴向转动，随磁性转动件201的转动，第一标识区204相对于磁性转动件201两侧的电极件203的位置发生变化，且带电件202翻转而与磁性转动件201两侧的电极件203的距离发生变化，使得磁性转动件201两侧的电极件203产生电信号。在本实施例中，磁性浮子部100运动过程中能够带动磁性转动件201转动，随磁性转动件201的转动，第一标识区204相对于磁性转动件201两侧的电极件203的位置发生变化，从而能够通过第一标识区204的位置变化直接得出磁性浮子部100的位置，同时，带电件202翻转而与磁性转动件201两侧的电极件203的距离发生变化，在磁性转动件201两侧的电极件203之间感应出电压信号，通过该信号能够判断出磁性转动件201的状态，确定发生转动的磁性转动件201，间接得出磁性浮子部100的位置，故，本位置传感装置能够机械式显示磁性浮子部100的位置，还能够电子式判断磁性浮子部100的位置，且能够以电信号的形式将磁性浮子部100的位置信息进行远距离传输，兼具机械传感器的稳定、可靠、易于从外观判断故障，和电子传感器的信号可远程传输、能够以电信号的形式将监测量传输至采集控制电路的优点，且磁性转动件201的状态与感应出的电信号一一对应，保证了机械信号与电信号的一致性，还无需外部能量的供给，能够作为主动式传感装置，整体结构简单，便于维护，一致性强，节能环保。

需要说明的是，在进行传感工作之前，将位置感应部调整至初始状态，使得多个感应单元的磁性转动件201上的第一标识区204位于同一侧，即由位置感应部的某一侧观察时，能够观察到全部磁性转动件201上的第一标识区204，继而，可以进行传感工作；磁性浮子部100运动过程中，在运动方向上磁性浮子部100途经的磁性转动件201，其第一标识区204的位置发生变化，从而，当磁性浮子部100运动到某一位置时，在运动方向上磁性浮子部100途经的所有磁性转动件201的第一标识区204的位置均发生变化，而磁性浮子部100未途经的磁性转动件201的第一标识区204的位置未发生变化，故，通过第一标识区204的位置变化能够直接得出磁性浮子部100的位置。

同时，磁性浮子部100运动过程中，在运动方向上磁性浮子部100途经的磁性转动件201上的带电件202，由靠近一侧的电极件203变化为靠近另一侧的电极件203，磁性转动件201两侧的电极件203之间的电压信号发生变化，故，通过该信号能够判断出磁性转动件201的状态，确定发生转动的磁性转动件201，间接得出磁性浮子部100的位置。

可以理解，磁性浮子部100的运动，可由液体浮力推动，从而，通过本位置传感装置能够直接获取液面位置，实现液位传感。如果利用其他液体浮力推动类的浮子类部件带动磁性浮子部100运动，可以间接获得液面位置，由此可以将本位置传感装置安装于待测容器的顶部，能够有效地隔绝热量向本位置传感装置传递，从而可适用于高温场合。

同时，流体流经管道或腔室的流速不同，磁性浮子部100的位置也会不同，利用本位置传感装置可以获取规定范围内的流体的流速，进而可以获取流体的流量，从而实现流量传感。

进一步可以理解，本位置传感装置不局限于对于流体的监测，只要能带动磁性浮子部100运动，均可作为被测物体。由此，如果被测物体与磁性浮子部100连接，通过本位置传感装置即可获取被测物体的位置，还能够实现被测物体位置的远程监测。

作为一个可选实施例，多个感应单元的磁性转动件201第一侧的电极件203相互电性连接，多个感应单元的磁性转动件201第二侧的电极件203相互电性连接。

在本实施例中，对于全部的感应单元，磁性转动件201一侧的电极件203相互电性连接，磁性转动件201另一侧的电极件203相互电性连接，在磁性浮子部100的运动过程中，一侧的全部电极件203与另一侧的全部电极件203之间产生电压信号，通过检测该信号可以确定发生转动的磁性转动件201的数量，从而得出磁性浮子部100的位置，实现液位或被测物体位置的监测，并且还能够实现液位或被测物体位置信息的远程传输。

作为一个可选实施例，电极件203设置于磁性转动件201轴向的两侧，带电件202位于磁性转动件201轴向两侧的电极件203之间，随磁性转动件201的转动，带电件202绕磁性转动件201的轴向翻转而与磁性转动件201轴向两侧的电极件203的距离发生变化。

在本实施例中，当磁性转动件201转动时，带电件202绕磁性转动件201的轴向翻转，带电件202与两侧的电极件203的距离发生变化，两侧的电极件203之间的电压发生变化。

其中，带电件202可沿磁性转动件201的轴向方向延伸，电极件203也沿磁性转动件201的轴向方向延伸，带电件202与电极件203相互平行，电压的变化更加规则。

作为一个可选实施例，多个感应单元设置于壳体内，磁性转动件201通过转轴与壳体转动连接。

本实施例的多个感应单元依次设置，封装于壳体内，构成机械显示面板，壳体可为全透明，也可为一侧透明，以能够在初始状态观察到全部的感应单元的磁性转动件201上的第一标识区204为准。

其中，磁性转动件201通过转轴与壳体转动连接，或者，磁性转动件201通过圆柱状凸起与孔配合的结构而与壳体转动连接，以保证当磁性浮子部100运动时，磁性转动件201能够在磁吸作用下稳定地转动。

可以理解，可根据被测对象及使用环境而改变感应单元的数量，实现机械显示面板长度的灵活定制。

作为一个可选实施例，电极件203通过连接槽与壳体可拆卸连接。

本实施例的电极件203与壳体可拆卸连接，连接结构可采用连接槽，连接槽可设置于壳体与电极件203二者中的一者上，二者中的另一者上匹配设置有凸起。

在本实施例中，电极件203与壳体采用可拆卸连接的方式，降低了传感装置的装配难度，减少了加工成本，提高了传感装置的可维护性，且有利于实现机械显示面板长度的灵活定制。

作为一个可选实施例，磁性转动件201两侧的电极件203相对于磁性转动件201的轴向对称设置。

本实施例的相对于磁性转动件201的轴向对称设置的两侧电极件203，当磁性转动件201带动带电件202翻转时，两侧电极件203之间的电压信号的变化更具规则。

并且，对称设置的两侧电极件203，更加容易装配，便于传感装置的制造。

进一步地，磁性转动件201两侧的电极件203可处于同一平面内，且磁性转动件201的轴向处于该平面内。

作为一个可选实施例，带电件202设置于磁性转动件201上，且带电件202与第一标识区204分别位于磁性转动件201对立的两侧。

在本实施例中，带电件202与第一标识区204分别位于磁性转动件201对立的两侧，初始状态下，全部磁性转动件201上的第一标识区204位于同一侧，全部磁性转动件201上的带电件202位于该侧的对侧，磁性转动件201转动时，第一标识区204的相对位置发生变化，带电件202也由靠近一侧的电极件203变化为靠近另一侧的电极件203，两侧电极件203之间的电压信号发生变化，实现机械式显示磁性浮子部100的位置，同时实现电子式判断磁性浮子部100的位置。

作为一个可选实施例，磁性转动件201上还设置有第二标识区205，第二标识区205与第一标识区204相对于磁性转动件201的轴向对称设置。

本实施例的带电件202与第二标识区205位于磁性转动件201的同一侧，即带电件202位于第二标识区205内。

在本实施例中，第二标识区205与第一标识区204相对于磁性转动件201的轴向对称设置，磁性转动件201转动时，第一标识区204的相对位置发生变化，第二标识区205的相对位置也发生变化；初始状态时，全部磁性转动件201上的第一标识区204位于同一侧，全部磁性转动件201上的第一标识区204可被观察到，即全部的第一标识区204显现，而全部的第二标识区205隐藏，磁性转动件201转动时，全部的第二标识区205显现，而全部的第一标识区204隐藏。

进一步地，第一标识区204和第二标识区205可分别设有不同颜色的显示层，磁性转动件201转动时，第一标识区204和第二标识区205的相对位置均发生变化，观察到的颜色随之发生变化，对于磁性浮子部100位置的机械式显示更加直观，便于观察。

以磁性转动件201为圆柱体状为例，第一标识区204和第二标识区205均设置于圆柱体状的磁性转动件201的侧面，以轴向截面为界，第一标识区204覆盖磁性转动件201的一半侧面，第二标识区205覆盖磁性转动件201的另一半侧面；带电件202位于第二标识区205的中部。

可以理解，第一标识区204也可同时覆盖到磁性转动件201的顶面(底面)，可根据实际观察需要而设置；第二标识区205亦然。

作为一个可选实施例，带电件202的材料为驻极体。

本实施例的带电件202为驻极体材料，也称为永电体，本身带有电荷，且能够持久地带有电荷，该类材料能够提高传感装置的稳定性，使得传感装置能够长期地进行传感工作。

作为一个可选实施例，带电件202的材料与电极件203的材料的带电极性相反；或者，带电件202的材料与电极件203的材料的带电极性相同且存在强弱差别。

在本实施例中，以带电件202具备电负性、电极件203具备电正性为例，电极件203可选用Cu、Au、Pt、Al等金属电极。

本发明实施例的流体流量传感器，包括如上述实施例的机电一体式自供能位置传感装置，其中，磁性浮子部100设置于流体管道或流体腔室内，位置感应部则根据使用环境而具体设置，需同时保证机械传感和电子传感功能的正常发挥。

在本实施例中，流体流动而推动磁性浮子部100运动，流体流经流体管道或流体腔室的流速不同，磁性浮子部100的位置也会不同，利用本位置传感装置可以获取规定范围内的流体的流速，进而可以获取流体的流量，从而实现流体流量传感。

其中，流体管道或流体腔室可为锥形结构，流体流经锥形流体管道或流体腔室的流量不同，磁性浮子部100的位置随之不同，本流体流量传感器通过获取锥形流体管道或流体腔室内的磁性浮子部100的位置而实现流量传感。

本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种机电一体式自供能位置传感装置，包括磁性浮子部，及沿所述磁性浮子部运动方向设置的多个感应单元；所述磁性浮子部能够随液位或被测物体位置的变化而运动；所述感应单元包括磁性转动件，所述磁性浮子部运动时，靠近所述磁性浮子部的所述磁性转动件能够在磁吸作用下绕自身的轴向转动，其特征在于：

所述感应单元还包括设置于磁性转动件上的带电件及设置于磁性转动件两侧的电极件，所述磁性转动件上设置有第一标识区；

随所述磁性转动件的转动，所述第一标识区相对于所述磁性转动件两侧的电极件的位置发生变化，且所述带电件翻转而与所述磁性转动件两侧的电极件的距离发生变化，使得所述磁性转动件两侧的电极件产生电信号。

2.根据权利要求1所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，多个所述感应单元的所述磁性转动件第一侧的电极件相互电性连接，多个所述感应单元的所述磁性转动件第二侧的电极件相互电性连接。

3.根据权利要求1所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述电极件设置于所述磁性转动件轴向的两侧，所述带电件位于所述磁性转动件轴向两侧的电极件之间，随所述磁性转动件的转动，所述带电件绕所述磁性转动件的轴向翻转而与所述磁性转动件轴向两侧的电极件的距离发生变化。

4.根据权利要求1所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，多个所述感应单元设置于壳体内，所述磁性转动件通过转轴与所述壳体转动连接。

5.根据权利要求4所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述电极件通过连接槽与所述壳体可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述磁性转动件两侧的电极件相对于所述磁性转动件的轴向对称设置。

7.根据权利要求1所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述带电件设置于所述磁性转动件上，且所述带电件与所述第一标识区分别位于所述磁性转动件对立的两侧。

8.根据权利要求1所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述磁性转动件上还设置有第二标识区，所述第二标识区与所述第一标识区相对于所述磁性转动件的轴向对称设置。

9.根据权利要求1至8任一项所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述带电件的材料为驻极体。

10.根据权利要求1至8任一项所述的机电一体式自供能位置传感装置，其特征在于，所述带电件的材料与所述电极件的材料的带电极性相反；

或者，所述带电件的材料与所述电极件的材料的带电极性相同且存在强弱差别。

11.一种流体流量传感器，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的机电一体式自供能位置传感装置，其中，所述磁性浮子部设置于流体管道或流体腔室内。

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