CN204831405U - 一种流量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种流量传感器，在叶轮上安置金属片，在叶轮腔外对应金属片处安置至少两个LC传感器，两个LC传感器分别由第一电感、第一电容和第二电感、第二电容组成，MSP430FW427芯片中的SCANIF模块给第一电感和第二电感一个微弱的交变电流信号，在叶轮金属片转动时切割电感磁力线，通过感应电动势消弱电感振荡幅值，从而达到识别转动信号目的。本实用新型的流量传感器有效的解决了现有技术中无磁流量传感器采样的可靠性受到窜量影响的问题，测量精度高，工作稳定，使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及流体计量领域，特别涉及一种流量传感器。
背景技术
在流体的计量领域，常用的流量计按照其原理不同，大体可以分为全电子式(如电磁流量计、超声波流量计等)和机械式(如叶轮或旋翼式等)。随着社会发展和科技进步，在流量计的应用领域，普遍要求其能够具备自动抄表及远传控制等功能，即智能化仪表。
叶轮或旋翼式流量计在水计量和热计量等领域的应用，已经是时间最久、最普及、最经济可靠的流量计量仪表。但随着社会智能化的需求，这类机械式仪表也需要电子、智能化改造。
目前，机械式仪表最典型的改造方式有：
(1)在叶轮通过轴直接驱动的流量计读数转盘上设置几组光电管，在转盘转动时由光电管按照对应位置关系输出流量电子信号，达到信息拾取目的；
(2)通过在叶轮上部放置磁铁而形成独立密封腔，当叶轮转动时，在腔外通过如韦根、霍尔等磁感应器件，按照电磁感应原理拾取叶轮转动信号，达到信息拾取目的。
上述两种信息拾取方式在应用中有着严重缺陷。
光电拾取方式：光电部分被密封在水里，这就要求其在有输出轴转动的情况下，严格密水。在几年的实际应用中，常常因为水蒸汽的逐步进入而使光电识别出现错误。随着时间的推移，水质变差，信息拾取出错概率明显增加，而且光电拾取方式的成本很高。
叶轮上安装磁铁方式：由于磁铁在水中，随着时间推移，水中含铁及铁氧化物会吸附在磁铁周围，使叶轮转动失调，计量不准。
无磁信号拾取方式是指在流量信号采集上采用电感振动的原理取得，中间没有任何磁性物质，而信号拾取电感和基表叶轮上的金属片没有任何物理接触，处在两个完全隔离的空间，对转速不会产生任何阻力。具体原理是：当流量检测电感振荡时，有水流推动叶轮，叶轮上的金属片就会随之转动，流量检测电感就会检测到，经差频后即衰减振荡，就可测出流量信号。在无磁流量检测技术中，因为检测流量的电感的振荡频率是固有的，所以不怕外界干扰，特别是人为干扰，如放置磁铁、放置静电物质等，都不影响计量的准确性。而且，在无磁流量检测技术中，因为没有任何磁性物质，所以不会吸附水中的铁质，更不会存在褪磁现象，在复杂水质、高温环境下使用非常可靠。
机械式流量计的无磁信号拾取方式有着明显的优势，其叶轮密封，不需要驱动其他齿轮，不需要在叶轮上安装磁铁，制造电子式表的成本很低，但近十年来在热能表、水表等领域的应用普及率却十分低，追其原因是电感取样信号随叶轮摆动、窜动或水温升高而丢失，目前各厂家均无法彻底解决此问题。
电感取样信号丢失问题的解决方案：
方案1：扩大金属片，弊端加重叶轮重量，影响启动流量及小流量。
方案2：改善电感性能，增加输出信号幅值，窜量对其影响小，不会影响叶轮的性能，不影响启动和小流量。
因此，改善电感性能是目前业界研究的重点和热点。但是，不论单流束表还是多流束表，都存在叶轮沿轴向上下窜动的位移量，这个量业内称之为窜量。国内的无磁流量传感器，无磁采样的可靠性都不同程度的受到窜量的影响。
实用新型内容
本实用新型提出一种流量传感器，解决了现有技术中无磁流量传感器采样的可靠性受到窜量影响的问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种流量传感器，在叶轮上安置金属片，在叶轮腔外对应金属片处安置至少两个LC传感器，两个LC传感器分别由第一电感、第一电容和第二电感、第二电容组成，MSP430FW427芯片中的SCANIF模块分别给第一电感和第二电感提供交变电流信号，在叶轮金属片转动时切割电感磁力线，通过感应电动势消弱电感振荡幅值，识别转动信号。
可选地，所述LC传感器中的电感的设计参数为：
工帽直径ΦA尺寸为3.95-4.15mm；
工颈直径ΦB＝2.2±0.05mm；
工帽厚度D＝1.35±0.15mm；
工颈长度H＝3.4±0.05mm；
绕线直径Φ＝0.08mm，双股同绕；
绕线引出过出线槽；
电感量为50μH±5μH。
可选地，所述电感工帽直径ΦA尺寸为4.10mm。
可选地，所述LC传感器中的电感外无热缩护套，涂防护胶。
可选地，所述电感选用抗热冲击系列。
可选地，所述电感选用具有抗热冲击能力的初始磁导率为400、或者650、或者900的镍锌铁氧体材料系列。
本实用新型的有益效果是：
(1)有效的解决了现有技术中无磁流量传感器采样的可靠性受到窜量影响的问题；
(2)测量精度高，工作稳定，使用寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种流量传感器的控制框图；
图2为本实用新型的LC传感器的控制框图；
图3为本实用新型的LC传感器位于不同区域时的振荡波形图；
图4为本实用新型的LC传感器的电感结构图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的无磁方式流量传感器，流量检测利用MSP430FW427芯片中的SCANIF模块的LC振荡测量功能，测量出系统中所需的流量；在叶轮上安置金属片，在叶轮腔外对应金属片处安置至少两个LC传感器，图1所示实施例中，两个LC传感器分别由电感L1、电容C1和电感L2、电容C2组成，给电感L1和电感L2一个微弱的交变电流信号，在叶轮金属片转动时切割电感磁力线，通过感应电动势消弱电感振荡幅值，从而达到识别转动信号目的。
MSP430FW427芯片中的SCANIF模块的振荡测量法是通过将流体流动转换为旋转运动来实现对流体流量的检测。叶轮把流体流动转换为转动，把一个谐振回路中的电感置于叶轮的上方可以检测到叶轮的转动，叶轮的一部分为具有阻尼特性的金属片。本实用新型的流量传感器利用现有MSP430FW427芯片中的SCANIF模块的振荡测量功能，控制程序为MSP430FW427芯片的现有程序，并不涉及对现有已知程序的改进。
如图2所示，LC传感器固定于叶轮上方，并且2个电感成一定角度分布，当流体流动时带动叶轮转动，使得金属片交替经过2个LC传感器，SCANIF模块定时给LC传感器回路激励信号，LC传感器在有金属片经过时，LC阻尼振荡的振幅衰减的速度快；相反，金属片不经过时，LC阻尼振荡的振幅衰减的速度慢，这样通过SCANIF模块检测包络线或衰减的幅度可以判断LC传感器的状态。
图3给出了两个LC传感器位于不同区域时的振荡波形，转动信号经过LC传感器转换成为电信号送至SCANIF模块，SCANIF模块通过检测不同的振荡波形来计算转动速度和方向，达到准确计量流体流量的效果。
如图4所示，本实用新型LC传感器中的电感的设计具体为：
1.工帽直径ΦA尺寸在3.95-4.15mm间，优选为4.10mm；
2.工颈直径ΦB＝2.2±0.05mm；
3.工帽厚度D＝1.35±0.15mm；
4.工颈长度H＝3.4±0.05mm；
5.绕线直径Φ＝0.08mm，双股同绕；
6.绕线引出线一定要过出线槽，出线槽深度满足保护绕线即可；
7.电感量50μH±5μH；
8.绕线要平整，电感外不需要热缩护套，需涂防护胶。
本实用新型的电感材质选用抗热冲击系列，优选具有抗热冲击能力的初始磁导率为400、或者650、或者900的镍锌铁氧体材料系列。
本实用新型的流量传感器有效的解决了现有技术中无磁流量传感器采样的可靠性受到窜量影响的问题，测量精度高，工作稳定，使用寿命长。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种流量传感器，其特征在于，在叶轮上安置金属片，在叶轮腔外对应金属片处安置至少两个LC传感器，两个LC传感器分别由第一电感、第一电容和第二电感、第二电容组成，MSP430FW427芯片中的SCANIF模块分别给第一电感和第二电感提供交变电流信号，在叶轮金属片转动时切割电感磁力线，通过感应电动势消弱电感振荡幅值，识别转动信号。
2.如权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述LC传感器中的电感的设计参数为：
工帽直径ΦA尺寸为3.95-4.15mm；
工颈直径ΦB＝2.2±0.05mm；
工帽厚度D＝1.35±0.15mm；
工颈长度H＝3.4±0.05mm；
绕线直径Φ＝0.08mm，双股同绕；
绕线引出过出线槽；
电感量为50μH±5μH。
3.如权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，所述电感工帽直径ΦA尺寸为4.10mm。
4.如权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，所述LC传感器中的电感外无热缩护套，涂防护胶。
5.如权利要求1至4任一项所述的流量传感器，其特征在于，所述电感选用抗热冲击系列。
6.如权利要求5所述的流量传感器，其特征在于，所述电感选用具有抗热冲击能力的初始磁导率为400、或者650、或者900的镍锌铁氧体材料系列。
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