CN114674383A - 小型化电磁流量传感器的电极和引出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置。包括测量腔、第一电极、第二电极、U形导磁板；测量腔的通孔两侧分别设置导电的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极与测量腔内的流体介质接触，用于测量流体介质产生的感应电势；测量腔的上方设置包含电极引出孔的U形导磁板，第一电极和第二电极通过电极引出孔向上贯穿U形导磁板；U形导磁板采用导磁材料，以便和测量腔外围的导磁材料形成磁路，提供测量腔所需的分布磁场。本发明在电极引出部分设置导磁板，减少微分干扰，增加电极的信号灵敏度。

Description

小型化电磁流量传感器的电极和引出装置

技术领域

本发明所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，涉及小型化电磁式流量传感器、流量精准测量、水计量、热计量等技术领域，特别涉及集中供热系统和水系统空调的精准测量、热计量、流量和热量平衡，以及城市给排水、农业灌溉、生产过程的流量计量等领域。本发明适用于平衡热量表、内置控制阀的热计量装置、流量传感器和控制阀一体的供热测控终端、小型化电磁流量计、水表等产品。

背景技术

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应原理的流量测量仪表，其基本原理是：当带有导电介质的流体通过磁场时，流体切割磁力线，在磁场的垂直方向上产生感应电势，感应电势的幅度和流体的流速成正比，从而获得流体的流速，进而获得流体的流量。为了产生磁场，在测量腔的周围，安装有励磁线圈，所产生的磁场穿过流体，从而在流体中产生感应电势，在感应电势的正负极位置安装电极，即可测量感应电势的大小。电磁流量计在流量测量中有广泛的应用，具有测量精度高、线性度好、测量腔内无构造件、抗污染物等优势。

通常电磁式流量传感器，电极在测量管内采用对称布置，电极的引出一般采用直接对向引出，如工业用电磁流量计，引出结构复杂，不利于电磁屏蔽，占用空间，不利于小型化。而对于小型化、低成本电磁式流量传感器的电极和引出装置，专利ZL201210301748.6“电磁流量计的电极装置”公开了一种布置结构，包括测量管、第一电极、第二电极、第一引线、第二引线、信号调理电路、印刷电路板；第一电极、第二电极分别位于测量管内壁的两侧，并在测量管的内壁形成光滑表面；第一引线、第二引线的一端分别连接第一电极、第二电极，第一引线、第二引线的另一端连接信号调理电路，信号调理电路设在印刷电路板上。所述的第一电极、第二电极采用的材料包括导电塑料，以注塑成型方法制造；所述的测量管采用绝缘塑料，以注塑成型方法制造。专利ZL201910472847.2“一种电磁式流量传感器的电极装置”公开了另一种布置结构，包括本体、引线、第一电极、第二电极、第一导电塑料、第二导电塑料、温度传感器、导电弹片。本体包含有水平通孔，第一电极和第二电极分别位于通孔的左右两侧，第一导电塑料和第二导电塑料位于通孔上方，引线下部设置有温度传感器，侧面设置导电弹片。第一电极连接第一导电塑料，第二电极连接第二导电塑料，第一导电塑料通过导电弹片和引线连接。

现有技术，电极和引出装置均布置在测量腔内，且测量腔未布置磁场隔离装置，使得电极信号的引出装置处于励磁磁场的分布中，由于电磁流量传感器采用交流励磁技术，电极信号的引出装置在磁场中存在投影面积，使得励磁磁场变化时，在电极信号的引出装置上产生尖峰状的感应电势，这种干扰信号称之为微分干扰。微分干扰是电磁流量传感器一种常见干扰，会影响信号的采样精度。为了降低微分干扰，一方面可以采取降低电极装置投影面积的方法，但受零部件结构和尺寸精度的限制，这种方法并不能完全消除干扰；另一方面可以采用电极直接引出的方式，降低电极引出装置部分的磁场，这种在工业电磁流量传感器结构中普遍应用的方法，无法实现小型化、低成本的流量传感器。

现有技术，由于测量腔上方的电极引出位置未设置导磁装置，使得磁隙较大，测量腔通孔内的磁场强度难以提高，影响电磁流量传感器的信号灵敏度。为了提高磁场强度，一般可以在靠近测量腔通孔的上方和下方设置导磁装置，但由于受结构和空间的限制，这种方式较难实现。

随着智慧供热系统的发展，以及能源管理的需要，热能的计量、数字管理以及热能的精准调度成为节能的关键。发明一种即能实现高精度流量和热量测量，以满足智慧供热系统对供热计量、数字化管理和调度的需求，现有技术还未见在小型化、低成本方案中实现降低微分干扰和降低磁隙的方法。

综上所述，现有技术的小型化电磁流量传感器的电极和引出装置存在以下问题：

1）测量腔未布置磁场隔离装置，存在微分干扰；

2）磁隙较大，影响信号灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，解决现有技术的未布置磁场隔离装置存在微分干扰、磁隙较大影响信号灵敏度等问题，特别是解决平衡热量表、供热测控终端设备的高精度流量测量等技术问题。

一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，包括测量腔、第一电极、第二电极、U形导磁板；测量腔的通孔两侧分别设置导电的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极与测量腔内的流体介质接触，用于测量流体介质产生的感应电势；测量腔的上方设置包含电极引出孔的U形导磁板，第一电极和第二电极通过电极引出孔向上贯穿U形导磁板；U形导磁板采用导磁材料，以便和测量腔外围的导磁材料形成磁路，提供测量腔所需的分布磁场。

所述测量腔采用绝缘材料，并设置包围电极的引出机构，通过U形导磁板的电极引出孔贯穿U形导磁板。

所述第一电极和第二电极，与流量介质的接触面为矩形，且垂直方向尺寸大于水平方向尺寸。

所述第一电极和第二电极采用导电塑料，测量腔采用绝缘塑料，测量腔采用二次注塑工艺紧密包围第一电极和第二电极。

所述第一电极和第二电极采用金属材料，测量腔采用绝缘塑料，测量腔紧密包围第一电极和第二电极。

所述第一电极和第二电极，与介质接触的表面设置有特殊金属材料，如：不锈钢、哈氏合金、钽、镍等，以降低电极噪声、增强防腐能力。

所述U形导磁板的U形底上方设置有电连接第一电极和第二电极的印刷电路板，以实现电极的信号调理。

所述测量腔周围设置具有流道入口和流道出口的外壳，测量腔的通孔连接外壳的流道入口和流道出口，从而形成流体介质通过的流道。

所述外壳的腔体上开口处，设置有密封圈，以实现腔体上开口的密封。

所述外壳包含导磁材料，导磁材料和U形导磁板接触，以形成导磁通道。

所述外壳采用导磁材料制造，如软铁、导磁不锈钢等。

所述外壳包含螺栓，螺栓采用导磁材料制造，如软铁、导磁不锈钢等。

所述测量腔的底部设置导磁体，导磁体采用导磁材料制造，如软铁、导磁不锈钢等。

所述导磁体和外壳的导磁材料之间设置非导磁体，使得导磁体和外壳的导磁材料不直接接触，非导磁体采用不导磁材料制造。

所述外壳、导磁体和非导磁体采用金属材料一体化制造。

所述外壳、导磁体采用导磁塑料，非导磁体采用不导磁塑料，并通过二次注塑工艺复合。

本发明提供了一种小型化电磁流量传感器降低微分干扰的方法。本发明测量腔上部电极引出部位设置U形导磁板，并且U形导磁板和外壳等形成闭合导磁体，将磁场屏蔽在测量腔的通孔内，大大降低了U形导磁板上部的磁场强度。电极垂直向上贯通U形导磁板，使得电极和电路板的电连接部分几乎无磁场，并且电极采用对称结构，投影面积可以忽略，从而降低了这部分产生的感应电势，降低了微分干扰。

本发明提供了一种小型化电磁流量传感器提高磁场强度的方法。本发明测量腔靠近通孔的上部设置U形导磁板，从而降低了磁隙，提高通孔内的磁场强度，使得电极感应的信号强度提高，改善了信号的灵敏度。

本发明具有以下优点：

1）测量腔上部设置U形导磁板，降低了电极信号引出位置的磁场强度，从而降低了磁场变化时的感应电势，降低了微分干扰。

2）在测量腔上部靠近通孔部位设置U形导磁板，降低了磁隙，增加磁场强度，从而提升了信号的灵敏度。

当然，本发明的任一技术方案不一定能全部实现以上有益效果。

附图说明

图1、图2和图3分别是构成本发明小型化电磁流量传感器的电极和引出装置实施例的剖面图和分解图。

图中，外壳1、测量腔2、第一电极3a、第二电极3b、U形导磁板4、印刷电路板5、密封圈6、导磁体7、非导磁体8。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

参见图1、图2和图3，为本发明小型化电磁流量传感器的电极和引出装置一种实施例的剖面图和分解图。

本实施例装置包括外壳1、测量腔2、第一电极3a、第二电极3b、U形导磁板4、印刷电路板5、密封圈6、导磁体7、非导磁体8。

外壳1形成一个连接流道入口和流道出口的腔体，腔体内布置带有通孔的测量腔2。流道入口、测量腔2的通孔、流道出口之间依次平滑对接，使得流体介质的流形保持稳定。第一电极3a和第二电极3b垂直方向布置在测量腔2的两侧，电极与流体介质的接触面为垂直方向的矩形，并形成较大的接触面积，以降低流体介质冲击造成的噪声。第一电极3a和第二电极3b用导电塑料注塑成形，测量腔2采用绝缘塑料和电极进行二次注塑成形，使得电极和测量腔壁紧密结合，以避免渗水。外壳1采用具有导磁能力的导电材料制造，如软铁、导磁不锈钢等，实现电屏蔽的同时，实现导磁功能。

测量腔2的上部设置突起的电极引出机构，同时设置U形导磁板4，第一电极3a和第二电极3b由测量腔2的突起包围，并从U形导磁板4的电极引出孔伸出。U形导磁板4采用导磁材料制造，如软铁、导磁不锈钢等，和外壳1接触形成导磁回路。U形导磁板4的U形槽内设置印刷电路板5，印刷电路板5电连接第一电极3a和第二电极3b，用于电极信号的调理。由于电极采用垂直布置，且印刷电路板采用直线布置，使得电极信号的走线投影面积最小，同时U形导磁板4和外壳形成的磁屏蔽，使得U形导磁板4上方的磁场可以忽略，当磁场强度变化时，电极引线的感应电压可以忽略，从而不会产生微分效应。

测量腔2的底部设置导磁体7和不导磁体8，导磁体7和U形导磁板4形成磁场的两极，且靠近测量腔2的通孔，使得测量腔2通孔内能形成较大的磁场，有利于提高电极上的感应电势强度，改善信号灵敏度。导磁体7采用导磁材料制造，如软铁、导磁不锈钢等。不导磁体8采用不导磁材料制造，以切断导磁体7和外壳1的磁路。外壳1、导磁体7和不导磁体8可以采用不锈钢材料，采用焊接、螺栓或其他连接方式连接为一体。

本实施例一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，外壳的内腔为圆柱体，也可以设计成圆锥形，以利于密封和装配，这些形状的改变，并不影响本装置的特有属性，这种为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，电极采用金属材料或导电塑料制造，也可以采用金属和导电塑料复合的方式，即流体介质的接触部分为金属材料，以降低电极噪声，而电极信号引出采用导电塑料，以实现电极的密封，此技术为公开技术，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，U形导磁板、外壳、导磁体和不导磁体的磁路组合方式，并不仅限于实施例，将各个部分重新分割、重组，以及磁路的简单变化，并不影响磁路的基本结构和组成，有关磁路采用目前公开的通用技术重组，并不影响本装置的特征属性，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，未包含励磁装置的技术，有关励磁装置可以采用目前公开的通用技术，并不影响本装置的特征属性，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

本实施例一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，将本装置镜像和/或旋转任何角度，并不影响本装置的特性，为本领域技术人员所熟知的技术，此类情况亦在本发明的保护范围内。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：包括测量腔（2）、第一电极（3a）、第二电极（3b）、U形导磁板（4）；测量腔（2）的通孔两侧分别设置导电的第一电极（3a）和第二电极（3b），第一电极（3a）和第二电极（3b）与测量腔内的流体介质接触，用于测量流体介质产生的感应电势；测量腔（2）的上方设置包含电极引出孔的U形导磁板（4），第一电极（3a）和第二电极（3b）通过电极引出孔向上贯穿U形导磁板（4）；U形导磁板（4）采用导磁材料，以便和测量腔（2）外围的导磁材料形成磁路，提供测量腔（2）所需的分布磁场。

2.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述测量腔（2）采用绝缘材料，并设置包围电极的引出机构，通过U形导磁板（4）的电极引出孔贯穿U形导磁板（4）。

3.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述第一电极（3a）和第二电极（3b），与流量介质的接触面为矩形，且垂直方向尺寸大于水平方向尺寸。

4.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述第一电极（3a）和第二电极（3b）采用导电塑料，测量腔（2）采用绝缘塑料，测量腔（2）采用二次注塑工艺紧密包围第一电极（3a）和第二电极（3b）。

5.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述第一电极（3a）和第二电极（3b）采用金属材料，测量腔（2）采用绝缘塑料，测量腔（2）紧密包围第一电极（3a）和第二电极（3b）。

6.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述第一电极（3a）和第二电极（3b），与介质接触的表面设置有特殊金属材料，包括不锈钢、哈氏合金、钽、镍，以降低电极噪声、增强防腐能力。

7.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述U形导磁板（4）的U形底上方设置有电连接第一电极（3a）和第二电极（3b）的印刷电路板（5），以实现电极的信号调理。

8.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述测量腔（2）周围设置具有流道入口和流道出口的外壳（1），测量腔（2）的通孔连接外壳（1）的流道入口和流道出口，从而形成流体介质通过的流道。

9.如权利要求8所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述外壳（1）的腔体上开口处，设置有密封圈（6），以实现腔体上开口的密封。

10.如权利要求8所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述外壳（1）包含导磁材料，导磁材料和U形导磁板（4）接触，以形成导磁通道。

11.如权利要求10所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述外壳（1）采用导磁材料制造，导磁材料包括软铁、导磁不锈钢。

12.如权利要求10所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述外壳（1）包含螺栓，螺栓采用导磁材料制造，导磁材料包括软铁、导磁不锈钢。

13.如权利要求1所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述测量腔（2）的底部设置导磁体（7），导磁体（7）采用导磁材料制造。

14.如权利要求10或者13所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述导磁体（7）和外壳（1）的导磁材料之间设置非导磁体（8），使得导磁体（7）和外壳（1）的导磁材料不直接接触，非导磁体（8）采用不导磁材料制造。

15.如权利要求14所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述外壳（1）、导磁体（7）和非导磁体（8）采用金属材料一体化制造。

16.如权利要求14所述的一种小型化电磁流量传感器的电极和引出装置，其特征在于：所述外壳（1）、导磁体（7）采用导磁塑料，非导磁体（8）采用不导磁塑料，并通过二次注塑工艺复合。

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