CN204944565U - 一种流量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种流量传感器，现有的流量传感器，多采用单霍尔器件，无法判别流体的流动方向，可靠性差，误差大。本实用新型所提供的流量传感器，包括壳体，设置在所述壳体内的一根管道和一个电源接口，设置在所述管道中的叶轮，设置在所述叶轮上的磁环，其特征是：还包括设置在所磁环的侧面的第一霍尔传感芯片和第二霍尔传感芯片，所述两个霍尔传感芯片之间存在夹角，所述两个霍尔传感芯片分别与信号特征比较电路以及所述电源接口连接。采用本实用新型所述的流量传感器，可靠性高，抗干扰能力强，寿命长，可以判别流体的流动方向，可对流体进行双向计量。

Description

一种流量传感器

技术领域

本实用新型属于流体计量设备领域，具体涉及一种流量传感器。

背景技术

现有的用于流体计量仪表中的流量传感器，一般采用多磁极、单霍尔器件的流量传感器。流经流量传感器的流体推动带磁环的叶轮旋转，当叶轮无论向哪个方向旋转都会有流量信号输出，因此，现有的流量传感器存在以下不足：(1)无法判断流体的流动方向：通常单个霍尔传感器，当叶轮无论向哪个方向转动时霍尔传感器只能输出一种流量信号。(2)不能实现对流体双向计量：无法判别流经传感器流体的流动方向，导致无法进行对流体双向计量；(3)可靠性低，当霍尔传感器发生故障时流量传感器停止计量；(4)抗干扰能力差：当叶轮高速旋转时，由于叶轮发生抖动，造成对传感器的输出信号占空比出现混乱。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种能广泛用于流体计量仪表的具有可靠性强、能够对流体的方向进行测量、能对流体进行双向计量、使用寿命长、能输出理想信号的一种流量传感器。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种流量传感器，包括壳体，设置在所述壳体内的一根管道和一个电源接口，设置在所述管道中的叶轮，设置在所述叶轮上的磁环，还包括设置在所述磁环的侧面的第一霍尔传感芯片和第二霍尔传感芯片，所述两个霍尔传感芯片之间存在夹角，所述两个霍尔传感芯片分别与信号特征比较电路以及所述电源接口连接。

进一步，所述第一霍尔传感芯片、第二霍尔传感芯片设置在所述磁环的径向一侧。

更进一步，所述霍尔传感芯片之间的夹角为90度。

进一步，所述磁环由两对异极相对的环形磁极构成，在所述磁环上形成第一磁极交汇点和第二磁极交汇点两处四磁极连接点，所述第一磁极交汇点和第二磁极交汇点沿同一直径对称分布在所述磁环上。

进一步，还包括与所述第一霍尔传感芯片连接的第一信号输出端，与所述第二霍尔传感芯片连接的第二信号输出端；所述第一信号输出端、第二信号输出端连接所述信号特征比较电路。

进一步，所述霍尔传感芯片包括：依次连接的磁极感应电桥、信号比较器、信号放大器、信号输出电路，以及连接电源并对上述各部件供电的电源线路。

进一步，还包括连接所述两个霍尔传感芯片的电路：

所述电源接口的正极分别连接所述第一霍尔传感器芯片、第二霍尔传感芯片的电源端；

所述电源接口的负极分别连接所述第一霍尔传感器芯片、第二霍尔传感芯片的接地端；

所述第一霍尔传感器芯片的信号端连接所述第一信号输出端，所述第二霍尔传感芯片的信号端连接所述第二信号输出端；

所述第一霍尔传感器芯片的信号端通过第一上拉电阻R1连接所述电源接口的正极，所述第二霍尔传感芯片的信号端通过第二上拉电阻R2连接所述电源接口的正极。

进一步，所述霍尔传感芯片内还设置有超低压差稳压器，用于通过所述霍尔传感芯片内部的电源线路向所述磁极感应电桥提供稳定的电源。

本实用新型的效果有以下几点：

1.可以判别经过流量传感器的流体的流动方向；

2.通过两个霍尔传感芯片输出的信号的电平变化时序，可以对正反两个方向流经流体传感器的流体的流量/流速进行计量(双向流量/流速计量)；

3.通过两个霍尔传感芯片输出信号频率的值，可以直接计算出流经流量传感器的流体的流速；

4.通过两个霍尔传感芯片输出信号的脉冲个数，可以直接计算出流经流量传感器的流体的流量；

5.通过综合两个霍尔传感芯片输出信号频率的值和脉冲个数，可以实现流量传感器的高精度计量；

6.抗干扰能力强，可以防止叶轮来回摆动所造成的叶轮虚转的干扰。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中所述流量传感器的结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式中所述流量传感器的结构框图；

图3是本实用新型具体实施方式中所述霍尔传感芯片的结构框图；

图4是本实用新型具体实施方式中所述流量传感器的电路示意图；

图5是本实用新型具体实施方式中所述流量传感器的磁环逆时针方向旋转时所输出信号的相位图；

图6是本实用新型具体实施方式中所述流量传感器的磁环顺时针方向旋转时所输出信号的相位图；

图7是本实用新型具体实施方式中所述流量传感器的磁环逆时针方向旋转360°时所输出信号的一个周期的相位图；

图中：1-叶轮，2-磁环，3-第一霍尔传感芯片，4-第二霍尔传感芯片，5-电路，6-壳体，7-管道，8-电源接口，9-信号特征比较电路，10-磁极感应电桥，11-信号比较器，12-信号放大器，13-信号输出电路，14-第一磁极交汇点，15-第二磁极交汇点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

如图1、2所示，一种流量传感器，包括壳体6，置在壳体6内的一根管道7和一个电源接口8，设置在管道7中的叶轮1，设置在叶轮1上的磁环2，还包括设置在磁环2的径向侧面的第一霍尔传感芯片3和第二霍尔传感芯片4，在两个霍尔传感芯片之间存在夹角，霍尔传感芯片通过电路5同信号特征比较电路9以及电源接口8连接，其中两个霍尔传感芯片之间的夹角为90°(即第一霍尔传感芯片3到磁环2的轴心连线和第二霍尔传感芯片4到磁环2的轴心连线之间的夹角为90°，见图4和图7)，两个霍尔传感芯片之间的相对距离根据磁环2半径所决定。

如图1、4所示，叶轮1上设置有磁环2，两者同轴，磁环2能够随着叶轮1一起旋转。磁环2由两对异极相对的环形磁极叠加在一起构成，在磁环2上形成两处四磁极连接点，分别是第一磁极交汇点14和第二磁极交汇点15，第一磁极交汇点14和第二磁极交汇点15沿磁环2中的同一直径对称分布在磁环2上。

此外，如图2所示，本实用新型所提供的流量传感器还包括与第一霍尔传感芯片3连接的第一信号输出端HS③，与第二霍尔传感芯片4连接的第二信号输出端HS④；第一信号输出端HS③、第二信号输出端HS④连接信号特征比较电路9。

如图3所示，本实用新型所提供的流量传感器中的霍尔传感芯片包括：依次连接的磁极感应电桥10、信号比较器11、信号放大器12、信号输出电路13，以及连接电源(也就是设置在流量传感器上的电源接口8)并对上述各部件供电的电源线路。还包括超低压差稳压器(图中未标出)，用于通过霍尔传感芯片内部的电源线路向磁极感应电桥10提供稳定的电源，从而保证磁极感应电桥10对叶轮1上的磁极信号的可靠采集。

如图4所示，连接两个霍尔传感芯片的电路包括：

电源接口8、第一霍尔传感器芯片3、第二霍尔传感芯片4、第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、第一信号输出端HS③、第二信号输出端HS④；

其中，电源接口8的正极分别连接第一霍尔传感器芯片3、第二霍尔传感芯片4的电源端；

电源接口8的负极分别连接第一霍尔传感器芯片3、第二霍尔传感芯片4的接地端；

第一霍尔传感器芯片3的信号端连接第一信号输出端HS③，第二霍尔传感芯片4的信号端连接第二信号输出端HS④；

第一霍尔传感器芯片3的信号端通过第一上拉电阻R1连接电源接口8的正极，第二霍尔传感芯片4的信号端通过第二上拉电阻R2连接电源接口8的正极。

其中，霍尔传感芯片能够判断叶轮1旋转时的磁环2的磁极变化。当叶轮1旋转时，叶轮1上磁环2随之转动，磁极相应发生变化，霍尔传感芯片上的磁极感应电桥10采集到这种磁极变化所产生的磁极信号，并通过信号比较器11对该信号进行整形后，再经信号放大器12放大，最后由信号输出电路13输出，此时输出的信号就具有叶轮1旋转方向的相位特征。也就是说，只有在叶轮1的磁极发生变化时(叶轮1旋转时)，才输出具有流体流动方向的相位特征的信号。又因为本实用新型的两个霍尔传感芯片之间采用了特定的间距和角度，当流体从(管道7的)正反两个方向分别通过时，叶轮1的旋转方向截然相反，所以霍尔传感芯片产生的信号的相位特征明显不同。最后，通过在流量传感器的信号特征比较电路9中，对两个霍尔传感芯片分别输出的两组信号的相位特征进行比较，就可以判断出流经流量传感器的流体的流动方向。

具体的信号的相位变化如图4至图6所示，当磁环2随叶轮1沿逆时针方向旋转时(图4中实线箭头方向)，第一信号输出端HS③和第二信号输出端HS④会输出如图5所示信号，即第二信号输出端HS④的信号的相位超前于第一信号输出端HS③的信号的相位。反之当磁环2随叶轮1沿顺时针方向旋转时(图4中虚线箭头方向)，第一信号输出端HS③和第二信号输出端HS④会输出如图6所示信号，即第一信号输出端HS③的信号的相位超前于第二信号输出端HS④的信号的相位。这样通过两个霍尔传感芯片输出的信号的相对相位差，就可以判断出磁环2和叶轮1的旋转方向，从而得到流体的流动方向。

当磁环2随叶轮1沿某一个方向完成一周(360°)旋转时，第一信号输出端HS③和第二信号输出端HS④输出的信号的电平呈现有序变化状态。假如磁环2逆时针旋转一周，第一信号输出端HS③和第二信号输出端HS④输出的信号的电平变化情况如图7中所示，其中“3(HS③)”代表第一霍尔传感芯片3和相应的第一信号输出端HS③，“4(HS④)”代表第二霍尔传感芯片4和相应的第二信号输出端HS④：

1)当磁环开始旋转，到达图中状态①时(第一磁极交汇点14对准第二霍尔传感芯片4)，第二信号输出端HS④输出的信号的电平由低电平跳变至高电平，第一信号输出端HS③输出的信号的电平为低电平；

2)当磁环由状态①继续旋转到状态②时(逆时针旋转90°，第一磁极交汇点14对准第一霍尔传感芯片3)，第一信号输出端HS③输出的信号的电平由低电平跳变至高电平，第二信号输出端HS④输出的信号的电平维持在高电平不变；

3)当磁环由状态②继续旋转到状态③时(逆时针旋转180°，第二磁极交汇点15对准第二霍尔传感芯片4)，第二信号输出端HS④输出的信号的电平由高电平跳变至低电平，第一信号输出端HS③输出的信号的电平维持在高电平不变；

4)当磁环由状态③继续旋转到状态④时(逆时针旋转270°，第二磁极交汇点15对准第一霍尔传感芯片3)，第一信号输出端HS③输出的信号的电平由高电平跳变至低电平，第二信号输出端HS④输出的信号的电平维持在低电平不变；

5)当磁环由状态④继续旋转回状态①时(逆时针旋转360°，第一磁极交汇点14对准第二霍尔传感芯片4)，磁环已经旋转了一周，第二信号输出端HS④输出的信号的电平由低电平再次跳变至高电平，第一信号输出端HS③输出的信号的电平维持在低电平不变。

可以看出，随着磁环2完成逆时针方向旋转一周的动作，第一信号输出端HS③和第二信号输出端HS④输出的信号的电平也完成了一个完整有序的周期变化(逆时针周期)。顺时针方向旋转一周(顺时针周期)两个输出端的信号的电平变化情况与图7所示内容相反，不再赘述。

在实际使用当中，可以根据这一周期变化的特点，判断叶轮1是否为摆动状态，如果叶轮1没有完成360°的旋转，而是小于360°的往复旋转，那么第一信号输出端HS③和第二信号输出端HS④输出的信号的电平不会发生完整有序的周期变化，此时可以判断叶轮1处于摆动状态，从而防止将叶轮1在测量中发生的摆动判断为旋转一周的假象。

本实用新型尤其适用于旋翼式流体计量仪表。

本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。

Claims (8)

1.一种流量传感器，包括壳体(6)，设置在所述壳体(6)内的一根管道(7)和一个电源接口(8)，设置在所述管道(7)中的叶轮(1)，设置在所述叶轮(1)上的磁环(2)，其特征是：还包括设置在所述磁环(2)的侧面的第一霍尔传感芯片(3)和第二霍尔传感芯片(4)，所述两个霍尔传感芯片之间存在夹角，所述两个霍尔传感芯片分别与信号特征比较电路(9)以及所述电源接口(8)连接。

2.如权利要求1所述的流量传感器，其特征是：所述第一霍尔传感芯片(3)、第二霍尔传感芯片(4)设置在所述磁环(2)的径向一侧。

3.如权利要求1所述的流量传感器，其特征是：所述霍尔传感芯片之间的夹角为90度。

4.如权利要求1所述的流量传感器，其特征是：所述磁环(2)由两对异极相对的环形磁极构成，在所述磁环(2)上形成第一磁极交汇点(14)和第二磁极交汇点(15)两处四磁极连接点，所述第一磁极交汇点(14)和第二磁极交汇点(15)沿同一直径对称分布在所述磁环(2)上。

5.如权利要求1所述的流量传感器，其特征是：还包括与所述第一霍尔传感芯片(3)连接的第一信号输出端，与所述第二霍尔传感芯片(4)连接的第二信号输出端；所述第一信号输出端、第二信号输出端连接所述信号特征比较电路(9)。

6.如权利要求1、2、3或5所述的流量传感器，其特征是，所述霍尔传感芯片包括：依次连接的磁极感应电桥(10)、信号比较器(11)、信号放大器(12)、信号输出电路(13)，以及连接电源并对上述各部件供电的电源线路。

7.如权利要求5所述的流量传感器，其特征是，还包括连接所述两个霍尔传感芯片的电路：

所述电源接口(8)的正极分别连接所述第一霍尔传感器芯片(3)、第二霍尔传感芯片(4)的电源端；

所述电源接口(8)的负极分别连接所述第一霍尔传感器芯片(3)、第二霍尔传感芯片(4)的接地端；

所述第一霍尔传感器芯片(3)的信号端连接所述第一信号输出端，所述第二霍尔传感芯片(4)的信号端连接所述第二信号输出端；

所述第一霍尔传感器芯片(3)的信号端通过第一上拉电阻R1连接所述电源接口(8)的正极，所述第二霍尔传感芯片(4)的信号端通过第二上拉电阻R2连接所述电源接口(8)的正极。

8.如权利要求6所述的流量传感器，其特征是：所述霍尔传感芯片内还设置有超低压差稳压器，用于通过所述霍尔传感芯片内部的电源线路向所述磁极感应电桥(10)提供稳定的电源。