CN213579547U - 计量装置及流量表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种计量装置及流量表，涉及流量表技术领域，用于解决计量装置的测量精度较低的技术问题。该计量装置包括旋转元件和印制电路板，印制电路板上设置有传感器与处理器；传感器包括激励线圈和至少两个感应线圈，至少两个感应线圈同层设置在印制电路板上，并分别与旋转元件相对设置；激励线圈与至少两个感应线圈异层设置，激励线圈与至少两个感应线圈电磁耦合；处理器与传感器信号连接，处理器根据传感器采集的旋转元件的位置信息，得到旋转元件的转速。本实用新型提供的计量装置及流量表用于提高计量装置的测量精度。

Description

计量装置及流量表

技术领域

本实用新型涉及流量表技术领域，尤其涉及一种计量装置及流量表。

背景技术

流量表是一种测量流体流量的仪表。流量表包括壳体和计量装置，计量装置位于壳体内部。通过计量装置，可以测量出通过壳体内部的流体流速，并计算出相应的流体流量。

计量装置包括传感器、旋转元件以及处理器。当有流体通过流量表的壳体内部时，会推动旋转元件转动，传感器用于感应旋转元件的位置，传感器与处理器信号连接。现有的一种计量装置的传感器为线圈耦合感应式传感器，该种传感器包括激励线圈与感应线圈。激励线圈用于产生交替变化的磁场，感应线圈可以根据交替变化的磁场以及旋转元件转动的位置来产生相应的电信号，并将该信号传递给处理器，处理器根据该电信号计算出相应的流体流速与流体流量。

然而，该计量装置的测量精度较低。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供一种计量装置及流量表，用于提高计量装置的测量精度。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种计量装置，所述计量装置包括旋转元件和印制电路板；所述印制电路板上设置有传感器与处理器；所述传感器包括激励线圈和至少两个感应线圈，所述至少两个感应线圈同层设置在所述印制电路板上，并分别与所述旋转元件相对设置；所述激励线圈与所述至少两个感应线圈异层设置，所述激励线圈与所述至少两个感应线圈电磁耦合；所述处理器与所述传感器信号连接，所述处理器根据所述传感器采集的所述旋转元件的位置信息，得到所述旋转元件的转速。

本实用新型实施例提供的计量装置具有如下优点：

本实用新型实施例提供的计量装置包括旋转元件和印制电路板，印制电路板上设置有传感器与处理器；传感器包括激励线圈和至少两个感应线圈，上述至少两个感应线圈同层设置在印制电路板上，并分别与旋转元件相对设置；激励线圈与上述至少两个感应线圈异层设置，激励线圈与上述至少两个感应线圈电磁耦合；处理器与传感器信号连接，处理器根据传感器采集的旋转元件的位置信息，得到旋转元件的转速。如此设计，使得激励线圈与感应线圈不处在印制电路板的同一走线层，从而提高了可用于布置激励线圈与感应线圈的走线层的面积，增加了激励线圈的圈数和感应线圈的圈数，提高了激励线圈可激发的磁场强度以及感应线圈的感应范围，使得感应线圈的感应电动势增强。由于感应线圈的感应电动势增强，感应线圈产生的电信号强度增大，当旋转元件位置变化时相应的电信号的变化量也增大，使得处理器能够区分该电信号的变化，精确计得出旋转元件的转速，从而提高了计量装置的测量精度。

如上所述的计量装置，其中，所述印制电路板包括间隔设置的底部走线层、顶部走线层以及两个中间走线层，所述底部走线层靠近所述旋转元件，所述顶部走线层远离所述旋转元件，所述中间走线层位于所述底部走线层与所述顶部走线层之间；所述至少两个感应线圈设置于所述底部走线层，所述激励线圈设置于所述顶部走线层或两个所述中间走线层中的一层。

如上所述的计量装置，其中，各所述感应线圈的一端的相交点位于同一点，另一端分别连接处理器，且另一端位于以所述相交点为圆心的虚拟圆形上且均匀分布。如上所述的计量装置，其中，所述感应线圈为扇形线圈。

如上所述所述扇形线圈为平面回转线圈，其中，所述平面回转线圈的外轮廓呈扇形。

如上所述的计量装置，其中，所述感应线圈的数量为3-5个，各所述感应线圈的相交点为中心点，各所述感应线圈围绕所述中心点周向布置。

如上所述的计量装置，其中，所述感应线圈为扇环形线圈，所述至少两个感应线圈的一端连接在一个公共圆形线圈上，所述至少两个感应线圈的另一端分别连接处理器。

如上所述的计量装置，其中，所述激励线圈为圆环形，所述圆环形的中轴线经过所述至少两个感应线圈的相交点。

如上所述的计量装置，其中，所述激励线圈包括环绕所述中轴线设置的数个线圈，所述激励线圈的最外圈到所述中轴线的最远距离与所述感应线圈到所述中轴线的最远距离相同。

本实用新型实施例还提供了一种流量表，其中，所述流量表包括外壳以及如上所述的计量装置，所述计量装置位于所述外壳内部。由于该流量表包括上述计量装置，因此该流量表也具有上述计量装置的优点，具体可以参考上述计量装置的相关描述。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型实施例提供的旋转元件的结构示意图；

图2为图1中印制电路板的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的扇形感应线圈的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的扇环形感应线圈的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的激励线圈的结构示意图。

附图标记说明：

1：旋转元件； 11：转动轴；

12：叶轮； 13：转动盘；

14：金属元件； 2：印制电路板；

21：感应线圈； 22：激励线圈；

23：底部走线层； 24：中间走线层；

25：顶部走线层； 26：公共圆形线圈。

具体实施方式

流量表的计量装置中的传感器与处理器通常设置在印制电路板上，传感器包括激励线圈和至少两个感应线圈，激励线圈用于产生交替变化的磁场，感应线圈可以根据交替变化的磁场以及流量表中的旋转元件转动的位置来产生相应的电信号，并将该信号传递给处理器，处理器根据该电信号计算出旋转元件的转速，从而得到相应的流体流速与流体流量。然而，激励线圈与感应线圈设置在印制电路板的同一走线层，在同一走线层中可用于布置激励线圈与上述至少两个感应线圈的走线层面积较小，使得激励线圈与感应线圈的圈数较少，激励线圈可激发的交替变化的磁场的强度以及感应线圈的感应范围较小，导致感应线圈的感应电动势较低。使得感应线圈产生的电信号强度较小，当旋转元件位置变化时相应的电信号的变化量也较小，处理器无法区分该电信号的变化，使得处理器得出的旋转元件转速不精确，从而导致计量装置的测量精度较低。

针对上述问题，本实用新型实施例提供的计量装置包括旋转元件和印制电路板，印制电路板上设置有传感器与处理器；传感器包括激励线圈和至少两个感应线圈，至少两个感应线同层设置在印制电路板上，并分别与旋转元件相对设置；激励线圈与至少两个感应线圈异层设置，激励线圈与至少两个感应线圈电磁耦合；处理器与传感器信号连接，处理器根据传感器采集的旋转元件的位置信息，得到旋转元件的转速。这样设置，使得激励线圈与感应线圈不处在印制电路板的同一走线层，提高了可用于布置激励线圈与感应线圈的走线层面积，从而增加了激励线圈的圈数和感应线圈的圈数，提高了激励线圈可激发的磁场强度以及感应线圈的感应范围，使得感应线圈的感应电动势增强。由于感应线圈的感应电动势增强，感应线圈产生的电信号强度增大，当旋转元件位置变化时相应的电信号的变化量也增大，使得处理器能够区分该电信号的变化，精确得出旋转元件的转速，从而提高了计量装置的测量精度。

为了使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的计量装置包括旋转元件1与印制电路板2。旋转元件1可以在流体通过流量表时旋转，旋转元件1的转速根据流体流速变化，印制电路板2可以采集旋转元件1旋转时的位置信息并对其进行处理，从而得到旋转元件1的转速，进而得到流体流速与流体流量。

如图1所示，旋转元件1包括转动盘13、转动轴11以及叶轮12，转动盘13位于叶轮12上方，转动盘13与叶轮12固设在转动轴11上，转动盘13上设置有金属元件14。金属元件14沿与转动盘平行的截面面积小于转动盘13的面积，且金属元件14沿与转动盘13平行的截面的几何中心不经过转动盘13的中心轴线。当有流体流过时，叶轮12会随流体转动，从而带动转动轴11转动，转动盘13可随着转动轴11的转动而转动，金属元件14也会环绕转动盘13的圆心转动。

需要说明的是，此处金属元件14沿与转动盘平行的截面可以为半圆形、扇形、矩形等不同形状；金属元件14的结构可以为片状、凸台状等不同结构；金属元件14的形状也可以根据感应线圈21的形状对应设计，具体情况根据实际需要选定，感应线圈21将在下文介绍。

本实用新型实施例提供的计量装置还包括印制电路板2，印制电路板2上设置有传感器与处理器，传感器用于采集旋转元件1的位置信息，传感器与处理器信号连接，处理器根据传感器采集的旋转元件的位置信息，得到旋转元件的转速。

需要说明的是，印制电路板2的数量可以为一个也可以为多个，具体情况根据实际需要选定，例如，在本实施例中，印制电路板2的数量为一个。当印制电路板2的数量不止一个时，处理器与感应器可分别位于不同的两个印制电路板2上，也可位于同一个印制电路板2上。

传感器包括激励线圈22与至少两个感应线圈21。上述至少两个感应线圈21均相对旋转元件1设置，具体的，上述至少两个感应线圈21均相对转动盘13设置。上述至少两个感应线圈21同层设置在印制电路板2上，激励线圈22与上述至少两个感应线圈21异层设置，即激励线圈22与上述至少两个感应线圈21设置在不同的走线层，激励线圈22与至少两个感应线圈21电磁耦合。

当印制电路板2通电时，激励线圈22会收到激励信号，从而激发出变化的磁场，感应线圈21感应到变化的磁场，感应线圈21内会产生电动势并形成电流，感应线圈21内的电流会产生感应磁场。当转动盘13上的金属元件14接收到感应磁场时会产生涡流，涡流会产生与感应磁场相反的反向磁场，反向磁场会削弱感应线圈21内部的电动势。

如图2和图3所示，在一种具体的实施例中，感应线圈21的数量为3个，3个感应线圈21分别对应转动盘所在空间的第一位置、第二位置、第三位置，第一位置、第二位置以及第三位置围绕转动轴11均匀分布。在转动盘13转动的过程中，转动盘13上的金属元件14的位置也在变化，金属元件14依次经过第一位置、第二位置与第三位置，当金属元件14经过第一位置时，此时反向磁场会削弱与第一位置对应的感应线圈21内部的电动势；当金属元件14经过第二位置时，此时反向磁场会削弱与第二位置对应的感应线圈21内部的电动势，当金属元件14经过第三位置时，此时反向磁场会削弱与第三位置对应的感应线圈21内部的电动势。

这样设置，随着转动盘13的转动，3个感应线圈21中的电动势交替减弱，并向处理器发送交替减弱的电信号，处理器根据该交替减弱的电信号可以计算出相应旋转元件1的转速，从而得出流体流速与流体流量。并且处理器还可以根据三个感应线圈21中电动势交替减弱的顺序，判断出旋转元件1的转动方向，从而得到流体的流向。

同时，激励线圈22与上述至少两个感应线圈21异层设置，提高了可用于布置激励线圈22与上述至少两个感应线圈21的面积，从而增加了激励线圈22的圈数和感应线圈21的圈数，提高了激励线圈22可激发的磁场强度以及感应线圈21的感应范围，使得感应线圈21的感应电动势增强。由于感应线圈21的感应电动势增强，感应线圈21产生的电信号的强度也相应增大，旋转元件1旋转时金属元件14内产生的涡流也相应增强，由涡流导致的电信号的变化也会增大，使得处理器能够区分该电信号的变化，从而精确得出旋转元件的转速，提高了计量装置的测量精度。

需要说明的是，印制电路板2可以为两层电路板、三层电路板、四层电路板等，具体情况根据实际需要选定。如图2所示，本实施例中，印制电路板2为四层电路板，即印制电路板2有四个间隔设置的走线层，走线层指的使印制电路板2用于布线的层。

如图2和图3所示，印制电路板2包括间隔设置的底部走线层23、顶部走线层25以及两个中间走线层24，底部走线层23靠近旋转元件1，顶部走线层25远离旋转元件1，两个中间走线层24位于底部走线层23与顶部走线层25之间。3个感应线圈21设置于底部走线层23，激励线圈22可以设置于顶部走线层25或者两个中间走线层24中的一层。

这样设置，可以减小3个感应线圈21与旋转元件1之间的距离，增大了旋转元件1接收到的感应磁场强度，提高了金属元件14内部产生的涡流强度，增大了涡流产生的反向磁场强度，提高了感应线圈21产生的电信号的衰减量，有利于处理器识别该电信号的变化，从而提高了计量装置的测量精度。

同时，将激励线圈22设置于顶部走线层25或两个中间走线层24中的一层，而不是设置于底部走线层23，这样设置也减小了激励线圈22产生的磁场对旋转部件的影响，进一步提高了计量装置的测量精度。

需要说明的是，感应线圈21的数量可以是2个、3个、4个、5个等，具体情况根据实际需要选择，各感应线圈21的相交点位于同一点，该点为中心点，各个感应线圈21围绕中心点周向布置。如图3所示，在本实施例中，感应线圈21的数量为3个，3个感应线圈21围绕中心点周向布置。

如图2和图3所示，感应线圈21为扇形线圈，具体的，感应线圈为平面回转线圈，扇形平面回转线圈的外轮廓呈扇形，且处于扇形平面回转线圈的外轮廓内的线圈一圈又一圈逐渐增大或缩小循环盘绕。感应线圈21的数量为3个，3个感应线圈21的一端的相交点位于同一点，3个感应线圈21的另一端分别连接处理器，且3个感应线圈21的另一端位于以上述相交点为圆心的虚拟圆形上且均匀分布。这样设置，使得每个感应线圈21所产生的电信号的变化更为均匀，有利于处理器的识别，提高了计量装置的测量精度。

在一种具体的实施例中，感应线圈21为具有120°圆心角的扇形线圈，这样设置，可以提高感应线圈21所对应的扇形面的面积，从而提高感应线圈21产生的电信号的强度，进而提高计量装置的测量精度。

需要说明的是，感应线圈21的形状还可以是除扇形外的其它形状，例如扇环形、圆形、长方形、五角星形等，具体情况根据实际需要选择。如图4所示，在一种可能的实施例中，感应线圈21为扇环形线圈，具体的，扇环形线圈为扇环形平面回转线圈，且扇环形平面回转线圈的外轮廓呈扇环形，处于扇环形平面回转线圈的外轮廓内的线圈一圈又一圈逐渐增大或缩小循环盘绕。感应线圈21的数量为3个，3个感应线圈21的一端连接在公共圆形线圈26上，公共圆形线圈26为3个感应线圈21的公共端，3个感应线圈21的另一端分别连接处理器。

如图5所示，在一种具体的实施例中，激励线圈22为圆环形，圆环形的中轴线经过3个感应线圈的相交点。具体的，激励线圈22为平面螺旋线圈，处于平面螺旋线圈的外轮廓内的线圈一圈又一圈的逐渐增大或缩小循环盘绕。激励线圈22包括环绕圆环形的中轴线设置的数个线圈，激励线圈22的最外圈到圆环形的中轴线的最远距离与感应线圈21到圆环形的中轴线的最远距离相同。

这样设置，可以提高感应线圈21处磁场的磁通量，提高感应线圈21产生的电信号强度，从而提高计量装置的测量精度。

本实用新型实施例还提供了一种流量表，包括外壳以及上述实施例所描述的计量装置，计量装置位于外壳内部。该流量表可以为水表或燃气表，由于该流量表包括上述计量装置，因此该流量表也具有上述计量装置的优点，具体可以参考上述计量装置的相关描述。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种计量装置，其特征在于，包括旋转元件和印制电路板，所述印制电路板上设置有传感器与处理器；

所述传感器包括激励线圈和至少两个感应线圈，所述至少两个感应线圈同层设置在所述印制电路板上，并分别与所述旋转元件相对设置；所述激励线圈与所述至少两个感应线圈异层设置，所述激励线圈与所述至少两个感应线圈电磁耦合；

所述处理器与所述传感器信号连接，所述处理器根据所述传感器采集的所述旋转元件的位置信息，得到所述旋转元件的转速。

2.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，所述印制电路板包括间隔设置的底部走线层、顶部走线层以及两个中间走线层，所述底部走线层靠近所述旋转元件，所述顶部走线层远离所述旋转元件，所述中间走线层位于所述底部走线层与所述顶部走线层之间；所述至少两个感应线圈设置于所述底部走线层，所述激励线圈设置于所述顶部走线层或两个所述中间走线层中的一层。

3.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，各所述感应线圈的一端的相交点位于同一点，另一端分别连接处理器，且另一端位于以所述相交点为圆心的虚拟圆形上且均匀分布。

4.根据权利要求3所述的计量装置，其特征在于，所述感应线圈为扇形线圈。

5.根据权利要求4所述的计量装置，其特征在于，所述扇形线圈为平面回转线圈，所述平面回转线圈的外轮廓呈扇形。

6.根据权利要求5所述的计量装置，其特征在于，所述感应线圈的数量为3-5个，各所述感应线圈的相交点为中心点，各所述感应线圈围绕所述中心点周向布置。

7.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，所述感应线圈为扇环形线圈，所述至少两个感应线圈的一端连接在一个公共圆形线圈上，所述至少两个感应线圈的另一端分别连接所述处理器。

8.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于，所述激励线圈为圆环形，所述圆环形的中轴线经过所述至少两个感应线圈的相交点。

9.根据权利要求8所述的计量装置，其特征在于，所述激励线圈包括环绕所述中轴线设置的数个线圈，所述激励线圈的最外圈到所述中轴线的最远距离与所述感应线圈到所述中轴线的最远距离相同。

10.一种流量表，其特征在于，包括外壳以及权利要求1-9任一项所述的计量装置，所述计量装置位于所述外壳内部。

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