CN111406183A - 在磁性过滤器中测量磁性碎片的堆积 - Google Patents

Abstract

一种用于磁性过滤器(100)的磁性碎片的水平测量设备(10)。磁性碎片水平测量设备(10)包括磁力计和温度传感器(18)。由温度传感器(18)测得的温度用于计算校正后的磁力计读数，其可以相应地用于确定保持在过滤器内的捕获的磁性碎片的量。设备(10)具有用于校正的磁力计读数的存储阈值。当校正后的磁力计读数超过存储的阈值时，发出通知，通知过滤器已满。如果在发出‘已满’通知后检测到要继续捕获碎片，则将相应地更新存储的阈值。

Description

在磁性过滤器中测量磁性碎片的堆积

技术领域

本发明涉及测量通过磁性过滤器，特别是在中央加热系统中使用的磁性过滤器捕获的磁性碎片的量。

背景技术

现在通常将电磁过滤器安装到中央加热系统。在基本形式中，磁性过滤器包括具有入口和出口的腔室，该磁过滤器连接到中央加热电路，以便中央加热系统的水通过腔室流入磁过滤器的入口，然后经由腔室，从出口流出，继续围绕加热电路运行。腔室内设有磁铁，并且随着流体流过腔室，磁体将吸引系统水中的磁性碎片，将磁性碎片从流体中去除，并将其保留在腔室内。

从系统水中去除磁性碎片可保护锅炉中的热交换器，否则热交换器会由于流体中的碎片而被堵塞。但是，最终过滤器将装满，并且将停止捕获更多碎片。在这一阶段，需要清空过滤器，以便它可以继续清除碎片并保护系统。

由于不同的中央加热系统将产生不同数量和类型的磁性碎片，因此很难预测磁性过滤器的合适的保养间隔。新安装在旧加热系统上的过滤器最初会捕获大量的磁性碎片，但是当系统已基本上清洁了随时间而堆积的碎片时，捕获量可能会下降。最终，由于腐蚀，捕获率将下降至不超过将铁氧化物碎片从散热器内部进入系统水中的速率。同样，这种“稳态”速率将取决于系统中散热器的寿命和状况。

磁性过滤器的保养说明通常地是基于一个相当主观的保养间隔，该间隔可确保大多数过滤器将得到足够的清洁，而无需进行不必要的昂贵的频繁保养。通常地，过滤器可能每年清洁一次，这对应于燃气锅炉的一般维护和安全检查间隔。但是，对于新安装在旧系统上的过滤器，更频繁的维护间隔(例如在最初的6-12个月中每60天进行一次维护)可能会非常有益。对于安装在现代系统中且腐蚀率不高的辐射器的过滤器，每年清洁过滤器可能不是必须的。

本发明的目的是测量在中央加热系统中的磁性过滤器中捕获的磁性碎片的量，从而可以在需要时清洁过滤器。

发明内容

根据本发明，提供了一种捕获碎片的水平测量设备，用于在中央加热系统中的磁性过滤器，该测量设备包括：

磁力计，用于安装到磁过滤器上，以测量由于磁铁和任何捕获的磁性碎片而产生的磁场强度；

温度传感器，用于安装在电磁过滤器上，以及

控制单元、磁力计和温度传感器连接到控制单元的输入，并且提供输出装置，该输出装置适用于当过滤器内捕获的磁性碎片量超过阈值水平时，基于磁力计读数和温度传感器读数的组合发出通知，从而提供指示。

磁力计在相对于磁体的固定点处，安装到磁性过滤器。在一个优选的实施例中，这在磁力过滤器的腔室外部，但是在其他实施例中，如果磁力计是适当地防水的，可以将磁力计安装在内部。磁力计测量该固定点的磁场强度，可以发现，基于磁体捕获的磁性碎片的数量，磁场强度可预测地变化。

所有磁铁均受温度影响。通常地，在加热系统的磁性过滤器中使用的磁体的最高工作温度约为120摄氏度。只要不超过该温度，温度的显著影响将只是暂时的，即，只要温度低于该水平，就不会永久损坏或改变磁体的性能。但是，需要对温度进行测量和计算，以便补偿临时影响，并提供通过过滤器捕获了多少磁性碎片的准确指示。

当温度读数超出设定范围时，一个简单的实施例可以通过忽略磁力计读数来简单地操作。例如，可以用适当的阈值对控制单元进行校准，从而在例如15到25摄氏度之间的温度下，磁力计读数超过或低于阈值时表明过滤器已满，应当予以清洁。如果可以假设在某个合理的频繁时间将关闭加热系统，从而使水处于高于或低于的环境温度，则这可能就足够了。

然而，无论通过温度传感器测量的当前温度如何，其他实施例都可优选地考虑温度，以估算当前在过滤器内的磁性碎片的量。当开启加热系统时，中央加热系统的水通常地最高可达85度左右，尽管取决于锅炉和设置其可能在很大的范围内变化。当加热或冷却时，水可以处于在环境室温到系统最高流量温度之间的任何温度。

优选地，温度传感器设置成与磁性过滤器的储罐的外壁接触。尽管这显然地与磁铁和过滤器内的水略有热绝缘，但通常发现测量与外壁接触的温度，对于合理准确地读取是有用的。可替代地，如果温度传感器是适当地防水的，则温度传感器可以设置在电磁过滤器内部。在其他实施例中，可以简单地通过仅当温度传感器的读数在某个预定范围内保持恒定一段时间之后，再进行测量，从而能够计算出由温度传感器和磁体之间的绝缘引起的温度传感器的延迟响应。例如，如果在1分钟的时间内读数变化不超过1摄氏度，则可以进行有效测量。

控制单元可以适用于根据以下形式的计算，来计算校正的磁力计读数：

y_c＝(y_o-t^x)+C

其中y_c是校正后的磁力计读数，y_o是从磁力计获取的原始磁力计读数，t是通过温度传感器测得的温度，x是校正指数，C是常数。

一旦计算出，便可以将校正后的磁力计读数y_c与阈值水平进行比较。当校正后的磁力计读数超过或低于阈值水平时，会发出指示，表明过滤器已满，并且应当清洁。在更高级的实施例中，校正后的磁力计读数，可用于提供指示当前保留在过滤器中的磁性碎片的近似量的输出，例如，可提供输出LED来显示过滤器是0-25％已满、25-50％已满、50％-75％已满，或75％-100％已满。具有适当偏移量C的校正后的磁力计读数，原则上与捕获的磁性碎片量相关(取决于磁力计安装点处的磁场方向，它可以是正相关的或负相关的)，并且校正后磁力计读数可以适当地缩放，以推断出对过滤器内捕获的磁性碎片量的估算，估算值是从完全空的(0％)到已满的(100％)。

当已知过滤器中的磁性碎片量相同时，可以通过在多个不同温度下测量原始磁力计值来实验地确定校正指数x的适合的值。然后可以根据以下计算确定校正因子x：

其中y₁是在温度t₁时的磁力计读数，y₂是在温度t₂时的磁力计读数。

对多个元组读数(y₁，y₂，t₁，t₂)可以重复该计算。发现对于特定的过滤器，在正常温度范围内，每次得出的x值是相当一致的。

可以进一步地调整和选择校正指数，以便在过滤器中恒定数量的磁性碎片的温度范围内，最小化校正值y_c的范围。在一个实施例中，发现1.6是用于校正指数的合适的值。然而，取决于过滤器和测量设备的特定的特性，在其他实施例中可以使用用于校正指数的其他值。

C的值可以简单地通过选择C来计算，从而当过滤器为空的时，校正后的y_c为零。在一些实施例中，可以通过按下“重置”按钮，来指示空的过滤器状态。当按下复位按钮时，这可能会产生设置C值的效果。

可选地，然后可以应用比例因子，即，当校正的磁力计读数y_c在0和表示过滤器已满的阈值之间时，因子乘以y_c，从而所得数值在例如，0-100范围内。应当注意的是，在许多实施例中，可以设置阈值，使得当过滤器接近、但不完全满时，发出指示以促进清洁。因此，在该示例中，当过滤器“过满”时，比例值原则上可以大于100。同样，校正后的磁力计读数y_c是正的或是负的，以及随着磁性碎片累积是增加或减小，取决于磁场相对于磁力计的方向。因此，在一些实施例中，比例因子可以为负的。“已满”阈值通常地，定义为当按下复位按钮时，相对于零点的相对偏移。在应用了偏移量C之后，也可以将阈值设置为校正后的磁力计读数的绝对值。

根据本发明的第二方面，提供了一种测量在中央加热系统中的磁性过滤器内捕获的磁性碎片的量的方法，该磁性过滤器具有一个腔室，该腔室具有连接到中央加热系统电路的入口和出口，以及提供了在腔室内的磁体，该方法包括：

提供安装在磁滤波器上的磁力计；

提供安装在磁性过滤器上的温度传感器；

根据磁力计读数和温度传感器读数计算校正后的磁力计读数，并使用校正后的磁力计读数确定过滤器内捕获的磁性碎片量何时超过阈值水平。

权利要求15至23中叙述了本发明第二方面的优选的/可选的特征。

根据本发明的第三方面，提供了一种捕获的碎片的水平测量设备，用于中央加热系统中的电磁过滤器，

该磁过滤器包括分离腔室、该腔室的入口和该腔室的出口，以及设置在该腔室中的磁性元件，该磁性元件用于在流经该腔室的系统水中吸引磁性碎片，并从系统水中除去磁性碎片，

该测量设备包括磁力计，该磁力计安装在磁性过滤器上，以测量由于磁铁和任何捕获的磁性碎片引起的磁场强度；

控制单元，磁力计连接到控制单元的输入，并且控制单元适用于在磁力计测量的磁场强度超过或低于存储的阈值时，在输出装置上发出通知，

该控制装置进一步地适用于在发出通知后监测磁力计测量的磁场强度，并且在测量的磁场强度进一步升高到阈值以上或下降到阈值以下时，根据测量的结果更新存储的阈值读数。

当过滤器充满时，磁力计可能会输出增加或减小的读数，这取决于磁场相对于磁力计的方向。因此，在不同的实施例中，当测量的磁场强度升高到高于存储的阈值时，或者当测量的磁场强度下降到存储的阈值以下时，可以发出“已满”的通知。

所测量的磁场强度可以是来自磁力计的原始测量，或者可替代地，在一些实施例中，可以是校正后的测量，例如计算以补偿温度，或者可以是若干读数的平均值或其他合并值以补偿噪声。

通过一批不同的磁体产生的磁场的强度和方向可以是可变的。此外，在安装磁力计的任何点处由磁力计测量的磁场强度，将不仅取决于过滤器中的磁体和捕获的材料量，还取决于捕获的材料类型。在密封的加热系统中，去除的大部分磁性材料是氧化铁(II，III)(“磁铁矿”或“黑色氧化铁”)，而开放式加热系统可能包含更大量的氧化铁(III)(“红色氧化铁”)。这些材料具有不同的磁性，因此通过磁力计测量的磁场强度，将与过滤器的已使用容量和剩余容量具有不同的关系，这取决于在特定加热系统中去除的磁性污垢的确切成分。

因此有利的是，提供了一种系统，如果在超过先前存储的阈值之后所测量的磁场继续变化，则所述系统将更新存储的阈值。一旦发出“已满”通知后，不太可能立即清洗过滤器。在发出“已满”通知和清洁过滤器之间，可能会收集更多的污垢。因此，存储的阈值将增加/减少，从而一旦清洁并重置了过滤器，在发出下一个“已满”通知之前，将捕获更多的污垢。经过多次清洁和重置过滤器的周期后，存储的阈值很可能地接近过滤器的实际容量，因此保养间隔已增加到，确保从中央加热系统中不断清除磁性碎片所需的最大间隔(即将保养次数最小化)。

控制单元可以包括数据传输装置，并且可以适用于将测量的磁场强度数据传输到中央服务器。从在不同条件下在不同加热系统中运行的大量过滤器收集的数据，可用于确定存储的阈值，从而在制造时将其编程到新的捕获碎片的水平测量设备中。

附图说明

为了更好地理解本发明，并更清楚地示出本发明如何实施，现在将参考附图描述优选的实施例，其中：

图1是根据本发明的第一和第三方面的捕获碎片的水平测量设备的透视图；

图2是图1的捕获碎片的水平测量设备的后视平面图；

图3是图1的捕获碎片的水平测量设备透视图同时示出磁性过滤器；以及

图4是图3的捕获碎片的水平测量设备和过滤器的透视图，其中捕获碎片的水平测量设备安装在过滤器上。

具体实施方式

首先参考图1和图2，捕获碎片的水平测量设备总体以附图标记10表示。该水平测量设备设计为安装在磁性过滤器上，水平测量设备(图2)的背面紧靠过滤器的壁。在这种情况下，水平测量设备10通过螺丝安装在过滤器上。通过设备10顶部附近的沉孔12提供了两个螺丝。通过设备10底部附近的孔14提供了另外两个螺丝固定件。在图1中，这些孔(14)的前部被电池盒盖16遮盖。

设备10在使用中半永久性地固定到电磁过滤器，从而设备10将不会相对于过滤器移动。水平测量设备10包含一个三轴磁力计(由于在设备10的壳体内，因此在图中不可见)。三轴磁力计固定在设备10的壳体内，因此，当在使用中将设备10固定到磁过滤器时，三轴磁力计将相对于磁过滤器中的磁体处于固定的位置和方向。

温度传感器18从水平测量设备10的壳体的背面突起。优选地，提供的温度传感器18安装在板簧上，板簧的一端相对于设备10的壳体固定，而另一自由端在弹簧的作用下朝设备10的壳体可移动。因此，当装置10的背面抵靠在磁性过滤器的外壁上，并且将装置固定到磁性过滤器上时，板簧的自由端上的温度传感器18将被压向磁性过滤器的外壁。因此，温度传感器安装在最佳位置以测量过滤器的温度，同时仍在过滤器外部，因此可以防止水损坏。以这种方式将温度传感器安装在弹簧上，还允许将水平测量设备简单且有效地改装到现有的磁性过滤器上。

在图1中，通过五个LED 20a、b、c、d、e和按钮22的形式，水平测量设备的用户界面是显而易见的。实施例还可以包括诸如NFC、蓝牙等的数据通信装置，用于提供更高级的界面和数据交换能力。

在操作中，前四个LED 20a、b、c、d(在该实施例中为绿色)，指示检测到的在过滤器中捕获的磁性碎片的水平。当检测到捕获的碎片是在容量的0-25％之间时，仅第一LED 20a将点亮。当捕获的碎片在25-50％之间时，前两个LED 20a、b将点亮。当捕获的碎片在50-75％之间时，前三个LED 20a、b、c将点亮。当捕获的碎片在75-100％之间时，前四个LED20a、b、c将点亮。第五个LED 20e是电池低电量指示器。

为了节省电量，在正常情况下，不会点亮任何LED。仅当按下瞬时按钮22时，相应的LED才会点亮，以显示捕获的磁性碎片水平和电池状态。

另一个按钮24位于设备的底部。该按钮是一个重置按钮。该按钮很小，位于壳体的凹槽内，因此设计成难以误按。当保养过滤器时，应该按下复位按钮24以校准设备10，即，按下复位按钮24使控制器存储当前的磁力计读数(或校正后的磁力计读数)，以表示过滤器是空的。以上述方式将校正后的磁力计读数定义为y_c＝(y_o-t^x)+C时，存储“零偏移”等效于更新C的值。

现在参考图3和图4，水平测量设备10是如何固定在磁性过滤器100上是显而易见的。在过滤器壳体的外壁上的与水平测量设备10的螺纹孔12相对应的位置上设有凸台102(在图3的透视图中只有一个可见)。当水平测量设备10固定在过滤器100上时，安装在板簧上的温度传感器18被压在过滤器100的外壁上。

在使用中，温度传感器(18)和磁力计分别测量过滤器100的外壁的温度，和在过滤器100外部的固定点处的磁场强度。由于由过滤器壁提供的绝热，通过温度传感器18测量的温度将滞后于加热系统的温度，例如，滞后几分钟。但是，如果在一段时间内测得的温度没有任何显著变化，例如在1分钟内没有超过1℃的变化，则可以假定传感器18测得的温度非常接近加热系统的流体温度，这相应地也非常接近过滤器内磁体的温度。因此，通过温度传感器测量的温度和通过磁力计测量的原始磁场强度，可以用于以上述方式计算校正后的磁场强度。然后可以按比例缩放磁场强度，以得出过滤器内磁性碎片量的指示，例如，以0(空的)到100(已满)的比例表示。然后可以例如使用如上所述的LED显示出碎片量，或者通过有线或无线通信通信手段，将其发送到服务器。

缩放校正后的磁场强度涉及使用两个存储的参考值——‘空的’参考值和‘已满’参考值。已满参考值存储为空的参考值的偏移量。当按下复位按钮24时，‘空的’参考值将存储为校正后的磁力计读数的当前值。可替代地，设置空的参考值可以被实现为设置常数C的值。在制造时将‘已满’参考值设置为相应低的值，即，给定磁体的变化以及收集的污垢类型，在大多数情况下，会在电磁过滤器实际上完全充满之前达到该值。但是，控制单元配置为，当检测在达到‘已满’参考值之后，捕获的碎片量何时继续增加，并且如果捕获碎片的数量确实增加，则可以相应地更新存储的‘已满’参考值。这样，对于安装在特定系统中的特定过滤器，控制单元将随时间，在过滤器真正装满时‘学习’，并且可以将过滤器的清洁减少到确保能够连续捕获磁性碎片所需的最小量。除了节省劳力之外，这还具有过滤器上的螺纹，密封件等不易损坏的优点，因为过滤器的拆卸频率较低。

应当理解的是，优选的实施例被提供作为如何将本发明结合到产品中的示例。所描述的不同特征能够以不同的组合来设置。本发明由权利要求书限定。

Claims (29)

1.一种捕获碎片的水平测量设备，所述水平测量设备用于中央加热系统中的磁性过滤器，

所述测量设备包括：

磁力计，用于安装到磁性过滤器上，以测量由于磁铁和捕获的任何磁性碎片而产生的磁场强度；

温度传感器，用于安装到磁性过滤器；以及

控制单元，所述磁力计和所述温度传感器连接到控制单元的输入，以及输出装置，所述输出装置适用于当过滤器内捕获的碎片超过阈值水平时，基于磁力计读数和温度传感器读数的组合以发出通知，从而提供指示。

2.根据权利要求1所述的捕获碎片的水平测量设备，其中当温度传感器的读数在预定范围内时，所述控制单元适用于基于超过或低于存储的阈值的磁力计的读数，以发出通知。

3.根据权利要求2所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述预定温度范围是15-25℃。

4.根据权利要求1所述的捕获碎片的水平测量设备，其中将来自所述温度传感器的温度读数与来自所述磁力计的原始磁场强度读数相结合，以得出校正后的磁场强度。

5.根据权利要求4所述的捕获碎片的水平测量设备，其中校正后的磁场强度y_c被计算为：

y_c＝(y_o-t^x)+C

其中y_o是从磁力计获取的原始磁力计读数，t是通过温度传感器测得的温度，x是校正指数，C是常数。

6.根据权利要求5所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述校正指数x根据以下确定：

其中y₁是在温度t₁时的磁力计读数，y₂是在温度t₂时的磁力计读数，其中y₁、t₁、y₂、t₂是实验地获得的，用于过滤器内恒定数量的磁性碎片。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的捕获碎片的水平测量设备，其中将校正的磁场强度与存储的阈值水平进行比较，当校正的磁力计读数超过或下降到存储的阈值水平以下时，发出通知。

8.根据权利要求7所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述控制单元适用于检测何时捕获的磁性碎片继续增加至超过所存储的阈值水平，并相应地更新所存储的阈值水平。

9.根据前述权利要求中任一项所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述控制单元适用于提供指示当前保留在所述过滤器内的磁性碎片的量的输出。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述温度传感器设置成接触所述磁性过滤器的储罐的外壁。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述控制单元适用于仅当温度传感器读数在预定时间内变化不超过预定温度差时，才使用来自温度传感器的读数来确定捕获的磁碎片量。

12.根据权利要求11所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述预定的温度差是1℃。

13.根据权利要求11或12所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所述预定的时间为至少一分钟。

14.一种测量在中央加热系统的磁性过滤器中捕获的磁性碎片量的方法，所述磁性过滤器具有腔室，所述腔室具有连接到中央加热系统电路的入口和出口，以及在所述腔室内的磁体，所述方法包括：

提供安装在磁性过滤器上的磁力计；

提供安装在磁性过滤器上的温度传感器；

根据磁力计读数和温度传感器读数计算校正后的磁力计读数，并使用校正后的磁力计读数确定过滤器内捕获的碎片量何时超过阈值水平。

15.根据权利要求14所述的方法，其中校正后的磁力计读数y_c计算为：

y_c＝(y_o-t^x)+C

其中y_o是从磁力计获取的原始磁力计读数，t是通过温度传感器测得的温度，x是校正指数，C是常数。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述校正指数x根据以下确定：

其中y₁是在温度t₁时的磁力计读数，y₂是在温度t₂时的磁力计读数，其中y₁、t₁、y₂、t₂是实验地获得的，用于过滤器内恒定数量的磁性碎片。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中将校正后的磁场强度与所存储的阈值水平进行比较，当校正后的磁力计读数超过或低于所存储的阈值水平时，发出通知。

18.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中在已经检测到碎片量超过阈值水平之后，继续计算校正的磁场强度读数，并且在检测到的碎片量持续增加的情况下，所述阈值水平增加。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，还包括输出对当前保留在所述过滤器内的磁性碎片的量的指示。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中所述温度传感器与所述磁性过滤器的腔室的外壁接触。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，其中仅使用当由温度传感器检测到的温度在预定时间段内变化不超过预定温度差时所获得的温度读数，来计算校正的磁力计读数。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述预定温度差是1℃。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述预定时间是至少一分钟。

24.一种用于在中央加热系统中的电磁过滤器的捕获碎片的水平测量设备，

所述磁性过滤器包括分离室，所述腔室的入口和所述腔室的出口，以及设置在所述腔室中的磁性元件，所述磁性元件用于吸引磁性碎片并在系统水流经所述腔室时将其除去，

以及所述测量设备包括磁力计，用于安装到磁性过滤器上，以测量由于磁铁和任何捕获的磁性碎片引起的磁场强度；

控制单元，磁力计连接到控制单元的输入，以及控制单元适用于在磁力计测量的磁场强度超过或低于存储的阈值时在输出装置上发出通知，

控制单元进一步适用于在发出通知后监测通过磁力计测量的磁场强度，并且在测量的磁场强度进一步升高到阈值以上或下降到阈值以下时，根据测量的结果更新存储的阈值读数。

25.根据权利要求24所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所测量的磁场强度是来自磁力计的原始测量结果。

26.根据权利要求24所述的捕获碎片的水平测量设备，其中所测量的磁场强度是校正后的磁场强度。

27.根据权利要求26所述的捕获碎片的水平测量设备，其中基于从温度传感器获取的温度读数，计算校正后的磁场强度以补偿温度。

28.根据权利要求26所述的捕获碎片的水平测量设备，其中校正后的磁场强度是若干读数的平均值或其他合并值，以补偿噪声。

29.用于中央加热系统的磁性过滤器，装配有如权利要求1-13或权利要求24-28所述的捕获碎片的水平测量装置。

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