CN112665665A - 一种气体流量传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体流量传感器，所述气体流量传感器包括非导磁管，所述非导磁管的一端设有被测气体入口，另一端设有被测气体出口，所述非导磁管的管腔内设置有磁铁，所述磁铁的周围附着有磁性液体，所述磁铁可带动所述磁性液体沿所述非导磁管的管腔移动；所述非导磁管的外侧壁上绕设有多个独立感应线圈，所述多个独立感应线圈分别与测量显示装置电连接，所述测量显示装置用于将所述独立感应线圈输出的电流信号转变为数值并显示在显示器上。上述方案，所述气体流量传感器的结构简单，制作成本低，设置了不同的测量档位，可根据需要扩大测量范围；磁性液体既充当传感器的磁芯，又起到了润滑作用，降低了气体通道内壁和磁铁之间的阻力。

Description

一种气体流量传感器
技术领域
本发明涉及磁性液体流量传感器技术领域，特别是指一种气体流量传感器。
背景技术
将磁性液体应用于气体流量传感器的技术开发研究，尚属于较新的研究领域。磁性液体传感器具有响应时间快、灵敏度高、线性度高、抗干扰能力强、工作范围温度宽、性能稳定、绿色环保等优点。这种将新材料与新技术的结合，在航空航天、气体管道测漏、医学呼吸量测量等领域有广泛的应用前景。
但现在研究的磁性液体流量传感器还处于理论和实验研究阶段，主要有以下几个性能待提高：(1)磁性液体注入量大，这使传感器的投入成本提高；(2)磁场装置可以按需提供所需强度的磁场，但是成本投入高；(3)感应信号不强，需要放大电路等中间装置进行信号放大和转换。
发明内容
本发明提供了一种气体流量传感器，以解决现有的磁性液体流量传感器结构复杂，磁性液体注入量大，成本投入高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种气体流量传感器，包括非导磁管，所述非导磁管的一端设有被测气体入口，另一端设有被测气体出口，所述非导磁管的管腔内设置有磁铁，所述磁铁的周围附着有磁性液体，所述磁铁可带动所述磁性液体沿所述非导磁管的管腔移动；所述非导磁管的外侧壁上绕设有多个独立感应线圈，所述多个独立感应线圈分别与测量显示装置的不同档位电连接，所述测量显示装置用于将所述独立感应线圈输出的电流信号转变为数值并显示在显示器上。
其中，所述非导磁管的管腔内设置有与所述磁铁相连接的自动复位装置，所述自动复位装置位于管腔内靠近所述被测气体出口的一端。
其中，靠近所述被测气体出口的独立感应线圈的两端与控制装置的输入端电连接，所述控制装置的输出端与控制阀的输入端电连接，所述控制阀设置在所述非导磁管内靠近所述被测气体入口的一端。
进一步的，靠近所述被测气体出口的独立感应线圈的两端与报警装置的输入端电连接。
其中，所述自动复位装置为不导磁材质的弹簧。
其中，所述自动复位装置的一端与所述磁铁连接，另一端固定在所述非导磁管靠近所述被测气体出口的端面内侧。
其中，所述被测气体入口和所述被测气体出口呈阶梯状，包括多段尺寸依次减小的连接管，且各段所述连接管之间为可拆卸连接。
其中，所述磁铁为两端分别为两极的柱状结构，且所述磁铁的轴线与所述非导磁管的轴线平行。
本发明的上述技术方案的有益效果至少包括：
上述方案中，所述气体流量传感器的结构简单，磁性液体注入量小，制作成本低，且增强了感应信号；设置了不同的测量档位，可根据需要扩大测量范围；磁性液体既充当传感器的传感介质—磁芯，又起到了很强的润滑作用，大大降低了气体通道内壁和磁铁之间的阻力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明气体流量传感器的结构示意图；
图2为本发明气体流量传感器超量程时的工作状态示意图；
图3为本发明气体流量传感器的工作流程示意图。
[附图标记说明]
1、非导磁管；2、感应线圈组；3、磁性液体；4、磁铁；5、自动复位装置；6、测量显示装置；7、被测气体入口；8、被测气体出口；9、报警装置；10、控制装置；11、控制阀。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1～图3所示的，本发明的实施例提供一种气体流量传感器，包括非导磁管1，所述非导磁管1是横截面为圆环形的空心管状结构，由有机玻璃、不锈钢或其他不导磁材料制成，所述非导磁管1的一端设有被测气体入口7，另一端设有被测气体出口8，所述非导磁管1的管腔内设置有磁铁4，所述磁铁4的周围附着有磁性液体3，所述磁铁4可在气体流量作用下带动所述磁性液体3沿所述非导磁管1的管腔内壁移动，所述磁性液体3被所述磁铁4磁化并随所述磁铁4移动的同时，在所述磁铁4和所述非导磁管1之间形成润滑层，起到减小摩擦阻力的作用。
所述非导磁管1的外侧壁上并列缠绕有多个独立感应线圈，组成感应线圈组2，所述独立感应线圈采用铜漆包线绕制，用于感应线圈内的磁通变化，并输出电流信号，所述多个独立感应线圈分别与测量显示装置6的不同档位电连接，其中，所述独立感应线圈的个数根据传感器需设的不同的测量档位的数量而定。所述测量显示装置6具有信号转换、放大和显示等功能，用于将所述独立感应线圈输出的电流信号转变为数值并显示在显示器上。
工作原理如图3所示，被测气体进入非导磁管1，附着磁性液体3的磁铁4在气体流量的作用下向右发生位移，磁铁4发生位移的同时，相应位置的独立感应线圈内磁通量发生变化，感应电流产生，根据感应电流可反推出磁铁的位置和受力，进而判断被测气体流量值，从而通过所述的测量显示装置6测量并显示相应的流量值。
如图1所示的，所述非导磁管1的管腔内设置有与所述磁铁4相连接的自动复位装置5，所述自动复位装置5位于管腔内靠近所述被测气体出口8的一端。
具体的，所述自动复位装置5为不导磁材质的弹簧，其弹性系数根据传感器的量程需要而定。所述自动复位装置5的一端与所述磁铁4连接，另一端固定在所述非导磁管1靠近所述被测气体出口8的端面内侧。所述磁铁4和所述磁性液体3发生位移时，所述自动复位装置5的长度随之发生变化。
本实施例中，最后一个独立感应线圈，即靠近所述被测气体出口8的独立感应线圈用于感应自动复位装置5极限受压时磁铁4的位置，该独立感应线圈的两端与控制装置10的输入端电连接，所述控制装置10的输出端与控制阀11的输入端电连接，所述控制装置10用于接收该独立感应线圈输出的电流信号，并启动控制阀11，所述控制阀11设置在所述非导磁管1内靠近被测气体入口7的一端，即气体输入通道中。
如图1和2所示的，靠近所述被测气体出口8的独立感应线圈的两端与报警装置9的输入端电连接，所述报警装置9用于当独立感应线圈感应到自动复位装置5被压缩到极限时对外报警。
如图2所示的，所述被测气体入口7和所述被测气体出口8呈阶梯状，包括多段尺寸依次减小的连接管，且各段所述连接管之间为可拆卸连接，具体可采用螺纹连接或卡接，可根据工作需要拆卸或安装连接管，从而调整端口外径。
本实施例中，所述磁铁4为两端分别为两极的柱状结构，且所述磁铁4的轴线与所述非导磁管1的轴线平行。
具体的，所述磁铁4为钕铁硼材质的永久磁铁。所述磁性液体3采用饱和磁化强度高、黏度小又具有较好润滑作用的基载液和包裹了表面活性剂的铁磁性颗粒制备而成，例如煤油基载液、水基磁性液体等。
本发明提供的气体流量传感器工作过程如下：
初始状态时，没有气体流入，磁铁4位移为0，弹簧无压缩，感应线圈组2无感应电流，测量显示装置显示为0；
当被测气体入口7有气体流量输入时，磁铁4所受的气体冲刷力大于弹簧的弹力，磁铁4向右移动，弹簧被压缩，直到气体冲刷力和弹簧的弹力大小相等，磁铁4停止移动，到达平衡位置，此时磁铁4所经历的线圈因其内部发生磁通量变化而产生感应电流，通过所述测量显示装置6测量并显示相应的气体流量值，其中，当被测气体入口7处输入的被测气体流量较大时，磁铁4所受的气体冲刷力远大于弹簧力，磁铁4会发生快速移动直到平衡位置为止；
若弹簧压缩到极限时还未达到平衡位置，对应位置的独立感应线圈检测到相应信号，开启报警装置9并通过控制装置10切断气体输入通道，弹簧恢复原状，磁铁4自动复位。
上述方案中，所述气体流量传感器的结构简单，磁性液体注入量小，制作成本低，且增强了感应信号；设置了不同的测量档位，可根据需要扩大测量范围；磁性液体既充当传感器的传感介质—磁芯，又起到了很强的润滑作用，大大降低了气体通道内壁和磁铁之间的阻力；通过设置自动复位装置，实现传感器磁芯的自动复位，改善了以往传感器的磁性液体自动回流或者重新注入的问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气体流量传感器，其特征在于，包括非导磁管，所述非导磁管的一端设有被测气体入口，另一端设有被测气体出口，所述非导磁管的管腔内设置有磁铁，所述磁铁的周围附着有磁性液体，所述磁铁可带动所述磁性液体沿所述非导磁管的管腔移动；
所述非导磁管的外侧壁上绕设有多个独立感应线圈，所述多个独立感应线圈分别与测量显示装置的不同档位电连接，所述测量显示装置用于将所述独立感应线圈输出的电流信号转变为数值并显示在显示器上。
2.根据权利要求1所述的气体流量传感器，其特征在于，所述非导磁管的管腔内设置有与所述磁铁相连接的自动复位装置，所述自动复位装置位于管腔内靠近所述被测气体出口的一端。
3.根据权利要求2所述的气体流量传感器，其特征在于，靠近所述被测气体出口的独立感应线圈的两端与控制装置的输入端电连接，所述控制装置的输出端与控制阀的输入端电连接，所述控制阀设置在所述非导磁管内靠近所述被测气体入口的一端。
4.根据权利要求2或3所述的气体流量传感器，其特征在于，靠近所述被测气体出口的独立感应线圈的两端与报警装置的输入端电连接。
5.根据权利要求2所述的气体流量传感器，其特征在于，所述自动复位装置为不导磁材质的弹簧。
6.根据权利要求5所述的气体流量传感器，其特征在于，所述自动复位装置的一端与所述磁铁连接，另一端固定在所述非导磁管靠近所述被测气体出口的端面内侧。
7.根据权利要求1所述的气体流量传感器，其特征在于，所述被测气体入口和所述被测气体出口呈阶梯状，包括多段尺寸依次减小的连接管，且各段所述连接管之间为可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的气体流量传感器，其特征在于，所述磁铁为两端分别为两极的柱状结构，且所述磁铁的轴线与所述非导磁管的轴线平行。
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