CN114166301A - 流量传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及传感测量技术领域，公开了一种流量传感器，包括：外筒，外筒内部具有中空结构，且外筒的两端均为开口端；用于检测液位信息的液位传感单元，液位传感单元安装于外筒，并液位传感单元与外筒内部连通，液位传感单元内设有第一摩擦纳米发电机结构，第一摩擦纳米发电机结构可在水流的作用下摩擦发电产生电信号；用于检测流速的流速传感单元，流速传感单元安装于外筒内部，并流速传感单元可在水流的驱动下转动，流速传感单元内设有第二摩擦纳米发电机结构，第二摩擦纳米发电机结构可在水流的作用下摩擦发电产生电信号。上述流量传感器，可用于提高测量精度和稳定性。

Description

流量传感器

技术领域

本申请涉及传感测量技术领域，特别涉及一种流量传感器。

背景技术

流量检测与压力检测、温度检测并列为工业生产过程中的三大检测。其中，流量检测作为能源计量的重要组成部分，在工农业生产、人民生活、军事国防和科学研究等领域均有广泛的应用。而非满管流存在于许多管道中，尤其是在大口径管道中，如废液处理、污水排放、能源输送等，因此，监测其流体流动参数，如流速、液位、流量等具有重要的科学意义。目前，流量监测技术主要包括电磁、机械、超声波等，然而，传统的流量传感器存在非满管流时需要外部电源供电，导致无法保持长时间稳定工作，进而导致测量精度低，稳定性低。

发明内容

本申请提供了一种流量传感器，用于提高测量精度和稳定性。

为了达到上述目的，本申请提供一种流量传感器，包括：

外筒，所述外筒内部具有中空结构，且所述外筒的两端均为开口端；

用于检测液位信息的液位传感单元，所述液位传感单元安装于所述外筒，并所述液位传感单元与所述外筒内部连通，所述液位传感单元内设有第一摩擦纳米发电机结构，所述第一摩擦纳米发电机结构可在水流的作用下摩擦发电，以产生电信号；

用于检测流速的流速传感单元，所述流速传感单元安装于所述外筒内部，并所述流速传感单元可在水流的驱动下转动，所述流速传感单元内设有第二摩擦纳米发电机结构，所述第二摩擦纳米发电机结构可在水流的作用下摩擦发电，以产生电信号。

上述流量传感器，通过采用液位传感单元来检测液位信息，并通过采用流速传感单元来检测流速，同时在液位传感单元内设置第一摩擦纳米发电机结构，利用水流进行摩擦发电，产生电信号，以便于检测液位信息，在流速传感单元内设置第二摩擦纳米发电机结构，利用水流进行摩擦发电，产生电信号，以便于检测流速信息。由于摩擦纳米发电机是一种将机械能转化为电能的发电技术，具有结构简单、抗干扰能力强的特性，通过设置第一摩擦纳米发电机和第二摩擦纳米发电机，在水流的作用下能够持续摩擦发电，从而自身产生电信号以获取液位信息和流速信息，省去了外部电源，使得液位传感单元和流速传感单元能够保持长时间稳定工作，提高了测量精度和稳定性。

因此，本申请提供的流量传感器，通过设置第一摩擦纳米发电机结构和第二摩擦纳米发电机结构，可用于提高测量精度和稳定性。

所述液位传感单元包第一摩擦管以及第一液位检测电极，所述第一摩擦管和所述第一液位检测电极构成所述第一摩擦纳米发电机结构，其中：

所述第一摩擦管通过第一连接管连接于所述外筒，所述第一连接管为“L”型，所述第一连接管的一端沿第一方向延伸，并与所述外筒内部连通，所述第一连接管的另一端沿第二方向延伸，并与所述第一摩擦管连接，以使得所述第一摩擦管沿所述第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述第一液位检测电极沿所述第一摩擦管的延伸方向均匀设置于所述第一摩擦管的外壁。

优选地，所述第一液位检测电极包括第一叉指电极和第二叉指电极，所述第一叉指电极包括多个第一子电极，所述第二叉指电极包括多个第二子电极，所述第一子电极与所述第二子电极交错排布。

优选地，所述液位传感单元包括第二摩擦管、密封管、第二液位检测电极、磁流体以及球形磁铁，所述第二摩擦管、第二液位检测电极和所述磁流体构成所述第一摩擦纳米发电机结构，其中：

所述密封管通过第二连接管连接于所述外筒，所述第二连接管为“L”型，所述第二连接管的一端沿第一方向延伸，并与所述外筒内部连通，所述第二连接管的另一端沿第二方向延伸，并与所述密封管连接，以使得所述密封管沿所述第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述第二摩擦管套设于密封管的外部，并与所述密封管相对固定；

所述第二液位检测电极沿所述第二摩擦管的延伸方向均匀设置于所述第二摩擦管的内壁；

所述球形磁铁设置于所述密封管内，且所述球形磁铁可在水流的驱动下沿所述第二方向移动，并驱动所述磁流体沿所述第二方向移动；

所述磁流体设置于所述密封管与所述第二摩擦管之间，所述磁流体与所述第二摩擦管之间摩擦接触，且所述磁流体可随所述球形磁铁同步移动。

优选地，所述液位传感单元包括环形摩擦薄膜和第三液位检测电极，所述环形摩擦薄膜和所述第三液位检测电极构成所述第一摩擦纳米发电机结构，所述环形摩擦薄膜沿所述外筒的周向安装于所述外筒的内壁，所述第三液位检测电极沿所述环形摩擦薄膜的周向均匀设置于所述环形摩擦薄膜背离所述外筒的一侧表面。

优选地，还包括转轮组件，所述转轮组件安装于所述外筒内部，且所述转轮组件与所述流速传感单元连接，以使得水流驱动所述转轮组件转动时，所述转轮组件带动所述流速传感单元转动。

优选地，所述外筒包括第一侧筒，所述第一侧筒沿第一方向延伸地连接所述外筒的侧壁，所述流速传感单元包括定子、第一流速检测电极、第一摩擦薄膜以及转子，所述第一流速检测电极和第一摩擦薄膜构成所述第二摩擦纳米发电机结构，其中：

所述定子固定于所述第一侧筒内部，所述转子与所述转轮组件连接；

所述第一摩擦薄膜沿所述转子的周向均匀设置于所述定子与所述转子之间，所述第一摩擦薄膜的一端固定于所述转子，另一端与所述定子摩擦接触；

所述第一流速检测电极沿所述定子的周向均匀设置于所述定子背离所述转子的一侧表面。

优选地，所述转轮组件包括转轴和水轮，其中：

所述转轴沿第一方向延伸，且所述转轴可绕自身轴线转动；

所述转子设有轴连接槽，所述转子通过所述轴连接槽与所述转轴连接；

所述水轮固定连接于所述转轴。

优选地，所述转轮组件包括：

第一壳体，所述第一壳体内部具有容置空间，且所述第一壳体设有入水口和出水口；

位于所述第一壳体内部的第一中心轴，所述第一中心轴沿第二方向延伸，且所述第一中心轴可绕自身轴线旋转；

位于所述第一壳体内部的转轮，所述转轮固定连接于所述第一中心轴，以使得所述转轮在水流的驱动下转动，以带动所述第一中心轴转动；

位于所述第一壳体内部的磁盘，所述第一磁盘固定连接所述第一中心轴。

优选地，所述流速传感单元包括：

第二壳体，所述第二壳体和所述第一壳体沿所述第二方向排列，且所述第二壳体内部具有容置空间；

位于所述第二壳体内部的第二中心轴，所述第二中心轴沿所述第二方向延伸，且所述第二中心轴可绕自身轴线旋转；

位于所述第二壳体内部的第二磁盘，所述第二磁盘固定连接所述第二中心轴，且所述第二磁盘朝向所述第一磁盘的一侧设有磁铁，以使得所述第二磁盘转动时带动所述第一磁盘转动；

位于所述第二壳体内部的第二流速检测电极，所述第二流速检测电极固定连接所述第二中心轴；

位于所述第二壳体内部的第二摩擦薄膜，所述第二摩擦薄膜固定于所述第二壳体的侧壁，并与所述第二流速检测电极摩擦接触，以使得所述第二流速检测电极和所述第二摩擦薄膜构成所述第二摩擦纳米发电机结构。

优选地，所述流速传感器包括靶板组件、主轴以及第三流速检测电极，其中：

所述主轴沿第一方向延伸，且所述主轴的两端分别固定于所述外筒的内壁；

所述第三流速检测电极沿所述主轴的周向套设于所述主轴；

所述靶板组件沿所述主轴的周向套设于所述主轴，所述靶板组件与所述主轴连接的部位设有条状电极和第三摩擦薄膜，所述第三摩擦薄膜设置于所述条状电极与所述第三流速检测电极之间，以使得所述条状电极、所述第三摩擦薄膜与所述第三流速检测电极构成所述第二摩擦纳米发电机结构，且所述靶板组件可在水流的驱动下相对所述主轴转动。

优选地，所述靶板组件还包括靶板、靶板轴以及管夹，其中：

所述靶板连接于所述靶板轴，且所述靶板朝向所述外筒的开口端设置；

所述管夹套可相对于所述主轴移动地设于所述主轴，所述靶板轴连接于所述管夹；

所述条状电极贴附于所述管夹的内壁，所述第三摩擦薄膜贴附于所述条状电极背离所述管夹的一侧。

附图说明

图1为本申请实施例中流量传感器的一种结构示意图；

图2为图1中流量传感器的内部的一种结构示意图；

图3为图1中流量传感器的部分结构示意图；

图4为图1中液位传感单元的一种结构示意图；

图5为图1中流速传感单元的一种结构示意图；

图6为图5中转子的一种结构示意图；

图7为图1中转轮组件的一种结构示意图；

图8为本申请实施例中流量传感器的又一种结构示意图；

图9为图8中流量传感器内部的一种结构示意图；

图10为图8中液位传感器的一种结构示意图；

图11为图10中密封装置的一种结构示意图；

图12为图9中流速传感单元的一种结构示意图；

图13为图12中第二流速检测单元的一种结构示意图；

图14为图12中靶板组件的一种部分结构示意图；

图15为本申请实施例中流量传感器的又一种内部结构示意图；

图16为图15中液位传感单元的一种结构示意图；

图17为图15中转轮组件的一种结构示意图；

图18为图17中第一壳体的部分结构示意图；

图19为图15中流速传感单元的一种结构示意图；

图20为图19中流速传感单元的部分结构示意图；

图21为图19中第二磁盘的一种结构示意图；

图22为图19中流速传感单元的部分结构示意图；

图23为图19中流速传感单元的部分结构示意图。

图中：

100-外筒；110-流道；120-第一侧筒；130-法兰；200-液位传感单元；201-第一摩擦管；202-第一液位检测电极；203-第二摩擦管；204-密封管；205-第二液位检测电极；206-球形磁铁；207-磁流体；208-密封装置；209-环形摩擦薄膜；210-第三液位检测电极；300-流速传感单元；301-定子；302-第一流速检测电极；303-第一摩擦薄膜；304-转子；3041-轴连接槽；3042-安装槽；305-主轴；306-第三流速检测电极；307-靶板组件；3071-靶板；3071-靶板轴；3073-管夹；3074-条状电极；3075-第三摩擦薄膜；308-第二壳体；3081-固定槽；3082-第二外壳；3083-第二凹槽；3084-第二端盖；3085-第二密封槽；309-第二中心轴；310-第二流速检测电极；311-第二摩擦薄膜；312-第二磁盘；3121-磁铁固定槽；313-磁铁；401-转轴；402-水轮；403-第一轴承盖；404-第二轴承盖；405-第一壳体；4051-入水口；4052-出水口；4053-第一端盖；4054-第一外壳；4055-第一凹槽；406-第一中心轴；407-转轮；408-第一磁盘；500-第一连接管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图3，本申请实施例提供了一种流量传感器，可用于对非满管流进行流量的检测，流量传感器可包括外筒100、液位传感单元200和流速传感单元300，其中，外筒100的内部具有中空结构，并且外筒100的两端均为开口端，以使得水能够穿过外筒100而流动，此外，外筒100的两端还可分别设置法兰130，以便于流量传感器能够固定安装于待检测管道内；液位传感单元200用于检测液位信息，安装于外筒100，并与外筒100的内部连通，以使得水流经过外筒100内部时能够与液位传感单元200接触，此外，液位传感单元200内还设有第一摩擦纳米发电机结构，该结构可在水流的作用下摩擦发电，从而产生可用于显示液位信息的电信号；流速传感单元300用于检测水流的流速，其安装于外筒100的内部，以保证能够与水流充分接触，从而使得水流能够驱动流速传感单元300转动，此外，流速传感单元300内还设有第二摩擦纳米发电机结构，该结构可在水流的作用下摩擦发电，从而产生可用于显示流速信息的电信号。

上述流量传感器，通过采用液位传感单元200来检测液位信息，并通过采用流速传感单元300来检测流速，同时在液位传感单元200内设置第一摩擦纳米发电机结构，利用水流进行摩擦发电，从而产生液位信息的电信号，在流速传感单元300内设置第二摩擦纳米发电机结构，利用水流进行摩擦发电，从而产生流速信息的电信号。由于摩擦纳米发电机是一种将机械能转化为电能的发电技术，具有结构简单、抗干扰能力强的特性，通过设置第一摩擦纳米发电机和第二摩擦纳米发电机，在水流的作用下能够持续摩擦发电，从而持续产生液位信息和流速信息的电信号，省去了外部电源，使得液位传感单元200和流速传感单元300能够保持长时间稳定工作，提高了测量精度和稳定性。

一些实施方案中，流量传感器还可包括转轮组件400，安装于外筒100的内部，并与流速传感单元300连接，以使得转轮组件400可在水流的作用下转动，从而带动流速传感单元300转动。

一些实施方案中，如图3所示，外筒100设有流道110，流道110可沿第一方向延伸，此处的第一方向可以是水平的方向，流道110的一端与外筒100的内部连通，以使得水流能够流入流道110内部。外筒100还可包括第一侧筒120和第二侧筒(图中未示出)，第一侧筒120和第二侧筒可沿第一方向分别连接于外筒100的两侧，并且可沿外筒100的中心轴线为对称轴对称设置。

在一些实施例中，结合图1和图4，液位传感单元200可包括第一摩擦管201以及第一液位检测电极202，第一摩擦管201可通过第一连接管500连接于外筒100，第一连接管500的形状可以是“L”型，一端与流道110过盈连接，另一端与第一摩擦管201过盈连接，从而使得第一摩擦管201可沿第二方向延伸，并保证液位传感单元200和外筒100内气压平衡，使得液位保持一致。此处的第二方向可视为竖直方向，即与第一方向垂直。第一液位检测电极202可沿第二方向均匀设置于第一摩擦管201的外壁，具体实施时，第一液位检测电极202可贴附于第一摩擦管201的外壁，此时，第一液位检测电极202和第一摩擦管201构成了用于摩擦发电的第一摩擦纳米发电机结构。

第一液位检测电极202可包括第一叉指电极和第二叉指电极，第一叉指电极包括多个第一子电极，第二叉指电极包括多个第二子电极，第一子电极和第二子电极交错排列，第一子电极和第二子电极的宽度可不相同，一个第一子电极和一个第二子电极可组成一个子电极组，多个子电极组沿第二方向均匀排布，示例性地，子电极组的数量可以为4。当水流由流道110进入第一摩擦管201内时，水流经过第一摩擦管201贴附有子电极组的部位时，第一液位检测电极202与第一摩擦管201之间的电荷发生移动，从而产生电流，即产生电信号，由于多个子电极组沿第二方向分布，水流经过的子电极组的数量不同，则产生的液位信号不同，以此来检测液位。

第一摩擦管201的材料可以是聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等等，优选为聚四氟乙烯，第一液位检测电极202的材料可以是铜、铝、银等金属材料，优选为铜材料。

结合图2和图7，转轮组件400可包括转轴401、水轮402、第一轴承盖403和第二轴承盖404，其中，转轴401的一端可通过轴承和第一轴承盖403连接于第一侧筒120，另一端可通过轴承和第二轴承盖404连接于第二侧筒，并且转轴401可绕自身轴线转动，水轮402固定于转轴401上，可随转轴401转动时一起转动，需要注意的是，转轴401穿过外筒100的侧壁的部位可通过密封圈连接，以保证密封效果。

结合图2、图5以及图6，流速传感单元300可包括定子301、第一流速检测电极302、第一摩擦薄膜303以及转子304，其中，第一流速检测电极302和第一摩擦薄膜303可构成第二摩擦纳米发电机结构，其中，定子301固定安装于第一侧筒120内部，转子304可设置于定子301的内部，转子304通过轴连接槽3041与转轴401连接，以使得转轴401转动时，带动转轴401转动，此时，第一流速检测电极302沿定子301的周向均匀设置于定子301的内壁，具体实施时，第一流速检测电极302可贴附于定子301的内壁，第一摩擦薄膜303位于定子301和转子304之间，并且第一摩擦薄膜303的一端固定于转子304，另一端可与定子301摩擦接触。具体实施时，转子304朝向定子301的一侧可设置多个均匀分布的安装槽3042，以使得第一摩擦薄膜303固定于安装槽3042内。

当水流经过转轮组件400时，水流可驱动水轮402和转轴401同时转动，转轴401转动时可带动转子304转动，转子304转动时可带动第一摩擦薄膜303转动，第一摩擦薄膜303与第一流速检测电极302之间的电荷转移，从而产生电信号，而第一摩擦薄膜303的转速可取决于水流的流速，以此来检测流速信息。

第一摩擦薄膜303的材料可以是聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等等，优选为聚四氟乙烯，第一流速检测电极302可以是叉指电极，叉指电极的每一个子电极的宽度相同，其材料可以是铜、铝、银等金属材料，优选为铜材料，转子304可采用轻质材料制作，以降低转子304的质量，轻质的结构不但可以降低水轮402的启动扭矩，使其转动受到的阻力越小，而且可以减少水轮402组件正常运行时摩擦磨损以提高流速传感单元300的使用寿命。

在一些实施例中，参考图8和图10，液位传感单元200可包括第二摩擦管203、密封管204、第二液位检测电极205、球形磁铁206和磁流体207，其中，密封管204可通过第二连接管连接于外筒100，第二连接管的形状为“L”型，其一端可过盈连接外筒100的流道110，另一端可过盈连接密封管204，以使得密封管204可沿第二方向延伸。第二摩擦管203套设于密封管204的外部，并与密封管204固定，球形磁铁313位于密封管204内，第二液位检测电极205沿第二方向均匀设置于第二摩擦管203的内壁，具体实施时，第二液位检测电极205可贴附于第二摩擦管203的内壁，磁流体207位于密封管204和第二摩擦管203之间，并且磁流体207与第二液位检测电极205摩擦接触，当球形磁铁206在密封管204内上升下降时，可带动磁流体207同步上升下降。

结合图11，密封管204连接第二连接管的一端设有密封装置208，用于限制球形磁铁206的移动行程，当球形磁铁206位于初始状态时，球形磁铁位于密封装置208处而无法由密封管204的开口流入流道110，也即球形磁铁206初始状态位于密封管204的底部，当水流通过流道110进入密封管204内时，可驱动球形磁铁206上升，球形磁铁206上升的过程中可带动磁流体207上升，第二液位检测电极205和第二摩擦管203之间的电荷由于磁流体207的摩擦产生转移，从而产生电信号，并且磁流体207的上升高度不同，导致经过的第二液位检测电极205不同，则产生的液位信号也不同，以此来检测液位信息。

第二液位检测电极205可以是每一个子电极宽度相同的叉指电极，其材料可以是铜、铝、银等金属材料，优选为铜材料，第二摩擦管203的材料可以是聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等等，优选为聚四氟乙烯。

参考图9以及图12至图14，流速传感单元300可包括靶板组件307、主轴305以及第三流速检测电极306，靶板组件307可包括靶板3071、靶板轴3071、管夹3073、条状电极3074以及第三摩擦薄膜3075，其中，主轴305可沿第一方向放置，其两端分别固定于外筒100的内壁，第三流速检测电极306可沿主轴305的周向套设于主轴305上，并可贴附于主轴305。靶板3071连接于靶板轴3071的一端，并且可朝向外筒100的开口端设置，靶板轴3071的另一端通过管夹3073连接于主轴305，条状电极3074贴附于管夹3073的内侧，第三摩擦薄膜3075贴附于条状电极3074背离管夹3073的一侧，并且第三摩擦薄膜3075与贴附于主轴305的第三流速检测电极306摩擦接触，以使得第三摩擦薄膜3075、条状电极3074以及第三流速检测电极306可构成第二纳米摩擦发电机结构。

管夹3073可相对于主轴305移动，当水流进入外筒100内部时，水流冲击靶板3071，靶板3071转动，使得条状电极3074第三流速检测电极306发生摩擦接触，条状电极3074与第三摩擦薄膜3075之间的电荷产生转移，从而产生电信号。该过程可检测到靶板的偏移角度，而偏移角度与流速相关，以此来检测流速信息。

条状电极3074的材料都可以是聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等等，优选为聚四氟乙烯，第三检测电极可以是每一个子电极的宽度相同的叉指电极，其材料与第三摩擦薄膜3075的材料都可以是铜、铝、银等金属材料，优选为铜材料。

在一些实施例中，参考图15和图16，液位传感单元200可包括环形摩擦薄膜209和第三液位检测电极210，二者可构成第一纳米摩擦发电机结构，其中，环形摩擦薄膜209可沿外筒100的周向固定于外筒100的内壁，第三液位检测电极210可沿环形薄膜的周向均匀设置于环形摩擦薄膜209背离外筒100的一侧表面。当水流进入外筒100内部时，水流经过第三液位检测电极210时，第三液位检测电极210和环形摩擦薄膜209之间的电荷产生转移，从而产生电信号，电信号与电极数与液位高度相关，以此来检测液位信息。

参考图17和图18，转轮组件400可包括第一壳体405以及位于第一壳体405内部的第一中心轴406、转轮407以及第一磁盘408，其中，第一壳体405设有入水口4051和出水口4052，第一中心轴406可沿第二方向延伸，其两端可相对第一壳体405绕自身轴线转动地连接于第一壳体405，转轮407和第一磁盘408均固定安装于第一中心轴406上，并且第一磁盘408可位于转轮407的下方，二者之间可不接触。当水流从入水口4051进入第一壳体405内部时，水流可推动转轮407转动，转轮407转动的过程中可带动第一中心轴406转动，从而带动第一磁盘408转动。

第一壳体405可包括第一外壳4054和第一端盖4053，第一外壳4054的一端具有第一开口，第一端盖4053可盖合于第一开口，从而形成第一壳体405。通过将第一外壳4054和第一端盖4053做成可拆卸式的连接形式，可便于更换第一壳体405内部的零部件。具体实施时，可在第一外壳4054的第一开口处设置第一凹槽4055，并且在第一端盖4053设置第一密封槽，当第一端盖4053盖合于第一外壳4054时，第一凹槽4055与第一密封槽配合，不仅可起到固定的作用，还可起到密封的作用。

参考图19至图23，流速传感单元300可包括第二壳体308以及位于第二壳体308内的第二中心轴309、第二磁盘312、第二流速检测电极310以及第二摩擦薄膜311，其中，第二壳体308可位于第一壳体405的下方，第二中心轴309可沿第二方向延伸，其两端可相对第二壳体308绕自身轴线转动地连接于第二壳体308。第二磁盘312和第二流速检测电极310均固定连接于第二中心轴309，第二摩擦薄膜311固定于第二壳体308的侧壁，并且可与第二流速检测电极310摩擦接触，以使得第二摩擦薄膜311和第二流速检测电极310构成第二摩擦纳米发电机结构。

具体实施时，如图20所示，第二流速检测电极310可以为多个，并且呈片状的电极片，并且绕第二中心轴309均匀间隔分布，第二摩擦薄膜311可包括与第二流速检测电极310一一对应，并且还可在第二壳体308的侧壁设置固定槽3081，使得第二摩擦薄膜311固定于固定槽3081内。初始状态时，每一个第二流速检测电极310与对应的第二摩擦薄膜311接触。

第二磁盘312朝向第一磁盘408的一侧可设有磁铁313，具体实施时，可在第二磁盘312的表面设置磁铁固定槽3121，并将磁铁313通过胶粘固定于磁铁固定槽3121内。当水流进入第一壳体405内并驱动第一磁盘408转动时，由于磁铁313的作用，第一磁盘408可带动第二磁盘312转动，第二磁盘312转动的过程中可带动第二中心轴309转动，从而带动第二流速检测电极310转动，由于第二摩擦薄膜311固定不动，第二流速检测电极310与第二摩擦薄膜311之间可在摩擦接触和不接触的状态中来回切换，从而产生电信号。同时，第二流速检测电极310与第二摩擦薄膜311之间可在摩擦接触和不接触的状态中来回切换时，状态切换的时间与水流的流速有关，以此来检测流速信息。

如图22和图23所示，第二壳体308可包括第二外壳3082和第二端盖3084，第二外壳3082的一端具有第二开口，第二端盖3084可盖合于第二开口，从而形成第二壳体308。通过将第二外壳3082和第二端盖3084做成可拆卸式的连接形式，可便于更换第二壳体308内部的零部件。具体实施时，可在第二外壳3082的第二开口处设置第二凹槽3083，并且在第二端盖3084设置第二密封槽3085，当第二端盖3084盖合于第二外壳3082时，第二凹槽3083与第二密封槽3085配合，不仅可起到固定的作用，还可起到密封的作用。

第二流速检测电极310的材料可以是铜、铝、银等金属材料，优选为铜材料，第二摩擦薄膜311的材料可以是聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等等，优选为聚四氟乙烯。

需要说明的是，上述各实施例中液位传感单元、流速传感单元以及转轮组件在不影响功能实现的前提下可自由组合，并不限于各实施例中所描述的组合。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种流量传感器，其特征在于，包括：

外筒，所述外筒内部具有中空结构，且所述外筒的两端均为开口端；

用于检测液位信息的液位传感单元，所述液位传感单元安装于所述外筒，并所述液位传感单元与所述外筒内部连通，所述液位传感单元内设有第一摩擦纳米发电机结构，所述第一摩擦纳米发电机结构可在水流的作用下摩擦发电，以产生电信号；

用于检测流速的流速传感单元，所述流速传感单元安装于所述外筒内部，并所述流速传感单元可在水流的驱动下转动，所述流速传感单元内设有第二摩擦纳米发电机结构，所述第二摩擦纳米发电机结构可在水流的作用下摩擦发电，以产生电信号。

2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述液位传感单元包第一摩擦管以及第一液位检测电极，所述第一摩擦管和所述第一液位检测电极构成所述第一摩擦纳米发电机结构，其中：

所述第一摩擦管通过第一连接管连接于所述外筒，所述第一连接管为“L”型，所述第一连接管的一端沿第一方向延伸，并与所述外筒内部连通，所述第一连接管的另一端沿第二方向延伸，并与所述第一摩擦管连接，以使得所述第一摩擦管沿所述第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述第一液位检测电极沿所述第一摩擦管的延伸方向均匀设置于所述第一摩擦管的外壁。

3.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，所述第一液位检测电极包括第一叉指电极和第二叉指电极，所述第一叉指电极包括多个第一子电极，所述第二叉指电极包括多个第二子电极，所述第一子电极与所述第二子电极交错排布。

4.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述液位传感单元包括第二摩擦管、密封管、第二液位检测电极、磁流体以及球形磁铁，所述第二摩擦管、第二液位检测电极和所述磁流体构成所述第一摩擦纳米发电机结构，其中：

所述密封管通过第二连接管连接于所述外筒，所述第二连接管为“L”型，所述第二连接管的一端沿第一方向延伸，并与所述外筒内部连通，所述第二连接管的另一端沿第二方向延伸，并与所述密封管连接，以使得所述密封管沿所述第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述第二摩擦管套设于所述密封管的外部，并与所述密封管相对固定；

所述第二液位检测电极沿所述第二摩擦管的延伸方向均匀设置于所述第二摩擦管的内壁；

所述球形磁铁设置于所述密封管内，且所述球形磁铁可在水流的驱动下沿所述第二方向移动，并驱动所述磁流体沿所述第二方向移动；

所述磁流体设置于所述密封管与所述第二摩擦管之间，所述磁流体与所述第二摩擦管之间摩擦接触，且所述磁流体可随所述球形磁铁同步移动。

5.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述液位传感单元包括环形摩擦薄膜和第三液位检测电极，所述环形摩擦薄膜和所述第三液位检测电极构成所述第一摩擦纳米发电机结构，所述环形摩擦薄膜沿所述外筒的周向安装于所述外筒的内壁，所述第三液位检测电极沿所述环形摩擦薄膜的周向均匀设置于所述环形摩擦薄膜背离所述外筒的一侧表面。

6.根据权利要求1-5任一项所述的流量传感器，其特征在于，还包括转轮组件，所述转轮组件安装于所述外筒内部，且所述转轮组件与所述流速传感单元连接，以使得水流驱动所述转轮组件转动时，所述转轮组件带动所述流速传感单元转动。

7.根据权利要求6所述的流量传感器，其特征在于，所述外筒包括第一侧筒，所述第一侧筒沿第一方向延伸地连接所述外筒的侧壁，所述流速传感单元包括定子、第一流速检测电极、第一摩擦薄膜以及转子，所述第一流速检测电极和第一摩擦薄膜构成所述第二摩擦纳米发电机结构，其中：

所述定子固定于所述第一侧筒内部，所述转子与所述转轮组件连接；

所述第一摩擦薄膜沿所述转子的周向均匀设置于所述定子与所述转子之间，所述第一摩擦薄膜的一端固定于所述转子，另一端与所述定子摩擦接触；

所述第一流速检测电极沿所述定子的周向均匀设置于所述定子背离所述转子的一侧表面。

8.根据权利要求7所述的流量传感器，其特征在于，所述转轮组件包括转轴和水轮，其中：

所述转轴沿第一方向延伸，且所述转轴可绕自身轴线转动；

所述转子设有轴连接槽，所述转子通过所述轴连接槽与所述转轴连接；

所述水轮固定连接于所述转轴。

9.根据权利要求6所述的流量传感器，其特征在于，所述转轮组件包括：

第一壳体，所述第一壳体内部具有容置空间，且所述第一壳体设有入水口和出水口；

位于所述第一壳体内部的第一中心轴，所述第一中心轴沿第二方向延伸，且所述第一中心轴可绕自身轴线旋转；

位于所述第一壳体内部的转轮，所述转轮固定连接于所述第一中心轴，以使得所述转轮在水流的驱动下转动，以带动所述第一中心轴转动；

位于所述第一壳体内部的磁盘，所述第一磁盘固定连接所述第一中心轴。

10.根据权利要求9所述的流量传感器，其特征在于，所述流速传感单元包括：

第二壳体，所述第二壳体和所述第一壳体沿所述第二方向排列，且所述第二壳体内部具有容置空间；

位于所述第二壳体内部的第二中心轴，所述第二中心轴沿所述第二方向延伸，且所述第二中心轴可绕自身轴线旋转；

位于所述第二壳体内部的第二磁盘，所述第二磁盘固定连接所述第二中心轴，且所述第二磁盘朝向所述第一磁盘的一侧设有磁铁，以使得所述第二磁盘转动时带动所述第一磁盘转动；

位于所述第二壳体内部的第二流速检测电极，所述第二流速检测电极固定连接所述第二中心轴；

位于所述第二壳体内部的第二摩擦薄膜，所述第二摩擦薄膜固定于所述第二壳体的侧壁，并与所述第二流速检测电极摩擦接触，以使得所述第二流速检测电极和所述第二摩擦薄膜构成所述第二摩擦纳米发电机结构。

11.根据权利要求1-5任一项所述的流量传感器，其特征在于，所述流速传感器包括靶板组件、主轴以及第三流速检测电极，其中：

所述主轴沿第一方向延伸，且所述主轴的两端分别固定于所述外筒的内壁；

所述第三流速检测电极沿所述主轴的周向套设于所述主轴；

所述靶板组件沿所述主轴的周向套设于所述主轴，所述靶板组件与所述主轴连接的部位设有条状电极和第三摩擦薄膜，所述第三摩擦薄膜设置于所述条状电极与所述第三流速检测电极之间，以使得所述条状电极、所述第三摩擦薄膜与所述第三流速检测电极构成所述第二摩擦纳米发电机结构，且所述靶板组件可在水流的驱动下相对所述主轴转动。

12.根据权利要求11所述的流量传感器，其特征在于，所述靶板组件还包括靶板、靶板轴以及管夹，其中：

所述靶板连接于所述靶板轴，且所述靶板朝向所述外筒的开口端设置；

所述管夹套可相对于所述主轴移动地设于所述主轴，所述靶板轴连接于所述管夹；

所述条状电极贴附于所述管夹的内壁，所述第三摩擦薄膜贴附于所述条状电极背离所述管夹的一侧。

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