CN2495993Y - 双信道流量检测器 - Google Patents

Abstract

本双信道流量检测器,适于恒温燃气热水器作进水检测。该检测器由斜板流量传感器与流量开关串联构成,可分别输出流量模拟信号和流量开关信号。流量传感器外壳内有测量管,测量管流道内配有可偏转的测量板,测量板有复位弹簧和磁铁,外壳上有磁敏器件。流量开关外壳内有活塞式开关芯,开关芯有复位弹簧和磁铁,外壳上有干簧管。本检测器结构简单紧凑、体积小、寿命长。流量模拟信号精度高、线性好。流量开关关断迅速可靠,使用安全。

Description

双信道流量检测器

技术领域：

本实用新型涉及一种流体流量检测器，尤其涉及一种具有两套不同检测机构、各自独立输出流量模拟信号和流量开关信号的双信道流量检测器，特别适宜全自动恒温燃气热水器作进水检测器。

背景技术：

目前利用磁敏器件，特别是霍尔集成电路作流量检测器的，如中国专利87213580U《霍尔旋涡流量检测器》；93225150.1《霍尔涡轮流量检测器》。前者是产生频率与“卡门”涡街旋涡频率相同的脉动信号，后者是输出频率与涡轮转速成正比的脉冲信号。在需要模拟信号的场合，它们必须进行相应的信号转换。

美国贝尔医疗系统公司的《可变孔流量检测器》，其专利申请号为：98813682.1。该检测器虽然采用了可偏转的“舌门”来改变流道有效横截面积，以提高流体在低流率下的灵敏度和分辨力，降低高流率下的测量阻力。但它不是直接把响应流体流率的“舌门”偏转量转换成流量信号，而是把“舌门”上下游的流体压力用导压管引出，再用压差检测器转换成与流量相关的压差模拟信号，这模拟信号经A/D转换后还要输入微处理器，最后经编程计算后才能输出流量值。该检测器之“舌门”垂直安装在流道中，在流率大于预定值时，“舌门”需保护，否则易损坏。该具有“舌门”和“可变孔”的流量检测器，转换环节多，结构很复杂。

又：现利用活动部件响应流体变化的流量开关，如中国专利97245794.1《全自动燃气热水器的水压启动总成》；又如00208467.8《具有水电气风联动功能的燃气热水器控制器》中的水流传感装置，均采用绕轴偏转的吊块作水流响应部件。此结构为渐开式活门结构，对于开关而言，动作特性还不够陡。此类水流开关为了安装吊块，流道壁必须开口，然后封闭，外壳结构还不很简洁。

虽然上述独立的单体流量传感器或流量开关，已经达到可以接受和实用的水平，但人们仍试图寻求进一步的改进。尤其是专用于全自动恒温燃气热水器的特例：流量传感器和流量开关二合一的紧凑结构的双信道流量检测器。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种结构更简单、检测量程较宽、精度较高、线性较好、检测阻力小，直接输出流量模拟信号的斜板流量传感器以及开关特性更陡、外壳更简洁的输出流量开关信号的流量开关。更进一步，还特别是上述二者有机结合的一体化双信道流量检测器。

为实现上述实用新型的目的，其技术方案是：

本双信道流量检测器，包括外壳以及外壳上的一个进口和一个出口；其结构是将斜板流量传感器与流量开关以串联形式固定连接；在斜板流量传感器的外壳内装有固定的测量管，测量管中空为测量流道；测量流道内配有测量板，测量板的上游端与斜板流量传感器内的上游端底部活动连接；在测量板与测量管或外壳之间装有复位弹簧；测量板在复位弹簧和流体作用下，可绕活动连接处偏转，斜向关闭或开启测量流道；测量板上装有磁铁，在该磁铁对应的测量管或外壳上，固定有斜板流量传感器的磁敏器件。在流量开关的外壳内，有流体开关通道和装在该通道内的活动开关芯，开关芯上装有磁铁，在该磁铁对应的外壳上，固定有流量开关的磁敏器件。

在本双信道流量检测器的斜板流量传感器中，当流体流量为零时，流体对测量板无推力。此时测量板在复位弹簧作用下，测量板的自由端由测量流道的活动连接这边，即底壁处，向测量流道的对边靠近，即向顶壁靠近，轻触顶壁表面。这时测量板在测量管的测量流道内的姿态形似对角线，从而斜向关闭测量流道，或促使测量流道有效横截面最小化。此时测量板处在初始位置，偏转量为零。

当流体流量不为零时，流体推动测量板克服复位弹簧力，产生绕活动连接处的偏转，开启测量流道。流量越大，开度越大。由于测量流道有效横截面增大，阻力随之减小。测量板在流体推力和复位弹簧力共同作用下达到动态平衡，即测量板在某流量值下，有其确定的，也是唯一的偏转量。

当测量板偏转时，带动其上的磁铁随之运动，以改变磁铁与磁敏器件之间的距离，使磁敏器件所处的磁场发生变化，从而输出与流体流量相关的模拟信号。

由于复位弹簧可使测量板的自由端靠近测量流道的顶壁表面，使测量流道有效截面最小，而此时的复位弹簧作用力亦最小，故很小的流体流量就可推动测量板偏转，使检测低端的死区得到有效压缩，从而使量程的下限大幅扩展。

另一方面，由于大流量时，测量板产生较大偏转，测量流道开度增大，阻力变小，测量板偏转量对流体的响应灵敏度逐渐下降，再加上复位弹簧作用力的逐渐增大，故测量板不易偏转到机械止点，即受测量管的底壁限制。这就使检测量程高端的饱和点上移，从而使检测范围的上限得到有效扩展。

在斜板流量传感器中，测量板偏转量与流体流量的响应曲线呈对数关系；而磁敏器件的输出信号与测量板偏转量之间呈指数关系。故上述两种非线性关系可在很大程度上互相抵消，从而拟合成直线，使斜板流量传感器的总体线性较好。

本双信道流量检测器的流量开关外壳，其内的流体开关通道由处在上游的通径较小的测量管段和处在下游的通径较大的泄流管段，在中轴线上串联构成。在测量管段和泄流管段内，装有响应流体流量变化的可移动的活塞式开关芯。开关芯在导向机构导引下，可作轴向运动。开关芯上有磁铁，在对应该磁铁的外壳上，固定有流量开关的磁敏器件。

活塞式开关芯的柱状主体与测量管段内壁之间，留有一定的泄流间隙，此间隙具有基本固定的泄流量。当流体流量小于或等于该泄流量时，开关芯停留在下端起始位置不动作；当流量大于该泄流量时，流体将持续推动开关芯直至

上端终点。当开关芯上的磁铁靠近磁敏器件时，磁敏器件输出“开”的信号。当流量小于泄流量时，开关芯在重力或复位弹簧力的作用下，下降复位，磁铁远离磁敏器件，磁敏器件输出“关”的信号。此时的泄流量即为活塞式流量开关的动作临界值。当进入“开”的状态时，开关芯柱状主体下端已离开测量管段，进入泄流管段，对流体的阻力迅速减小。

本实用新型具有以下技术效果：

1、斜板流量传感器直接把响应流体流量变化的测量板偏转量，通过磁场耦合转换为流量模拟信号，结构简单，环节少。

2、斜板流量传感器的测量板在流体流量变化时，自动改变测量流道截面，这不仅扩大了检测量程，还提高了小流量检测灵敏度和分辨力，降低了大流量检测阻力。

3、斜板流量传感器的测量管和测量板加工容易，成本低廉，工作时几乎无磨损，使用寿命长。

4、当流量超过斜板流量传感器额定值数倍时，测量板顺流贴靠在流道底壁上，不会受力损坏。

5.流量开关的开关芯采用了活塞式结构后，流量开关外壳呈圆形短节，侧壁不开口，结构简单，加工容易。

6.流量开关的开关芯采用了活塞式结构后，在动作中能充分利用流体动力，故灵敏度较高，过渡特性较陡，开关果断。

7.流量开关的开关芯行程较长，使磁敏器件所处的磁场变化很大，故对磁敏器件的动作阈值要求不高。

8.流量开关的开关芯有复位弹簧进行强制复位，使流体断流时关断更迅速、更可靠，使用更安全。

9.斜板流量传感器与流量开关结合为一体，构成双信道流量检测器后，减少了两个水管接头，使结构更紧凑，体积更小巧，占位更少，安装更易，成本更低。

附图说明：

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型实施例的第一种结构图。

图3是本实用新型实施例的第二种结构图。

图4是本实用新型实施例的第三种结构图。

图5是图2中测量管的主视图。

图6是图5的A-A剖视图。

图7是具有正方形测量流道的一种测量管端面图。

图8是具有等腰梯形测量流道的一种测量管端面图。

图9是具有局部呈圆弧形的测量流道的一种测量管端面图。

图10是图2中可采用的一种长方形测量板主视图。

图11是图2中可采用的一种等腰梯形测量板主视图。

图12是图3中可采用的一种长方形测量板主视图。

图13是一种圆头测量板主视图。

图14是一种具有复位弹簧座的开关芯主视图。

图15是一种加有配重物的开关芯主视图。

图16是图14的俯视图。

图17是图14的B-B仰视图。

图18是本实用新型中的斜板流量传感器的一种电路图。

在图1至图17中，各部名称如下：

1-外壳      2-测量管    3-测量流道

4-测量板    5-铰链轴    6-弹簧座

7-复位弹簧  8-磁铁      9-磁敏器件

10-磁铁通道 11-弹簧通孔 12-弹簧调节螺丝

13-外壳     14-进       15-开关芯

16-导向架   17-架间流道 18导向翼

19-磁铁        20-磁敏器件  21-复位弹簧

22-弹簧支架    23-导向槽    24-定位销

25-密封圈      26-出口      27-元件槽

28-电路板      29-引出线    30-圆弧形顶壁

31-圆弧形底壁  32-弹簧座    33-配重物

具体实施方式：

以下结合附图给出的实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

参见图1～图18。

本实用新型的外壳由斜板流量传感器的外壳1和流量开关的外壳13用螺钉固定连接构成，两者间设有密封圈25。外壳13有流体的进口14；外壳1有流体的出口26。

在本实用新型的斜板流量传感器的外壳1内，装有固定的测量管2，测量管2中空为测量流道3。测量流道3内配有测量板4，测量板4的上游端在斜板流量传感器内的上游端底部处，用铰链轴5在测量管2的底壁上或侧壁上或外壳1上活动连接。在测量板4与测量管2或外壳1之间装有复位弹簧7。复位弹簧7可以是测量板4腹侧的压簧或背侧的拉簧，也可以是测量板4活动连接处的扭簧等结构形式，其中以压簧形式最好，故以下实例均以压簧形式加以描述。测量板4在复位弹簧7和流体作用下，可绕铰链轴5偏转，斜向关闭或开启测量流道3。测量板4上装有磁铁8，磁铁8可选用合金材料铝铁钴制成，但选用稀土永磁材料，如钐钴、钕铁硼、稀土钴等，则性能更好。在磁铁8对应的测量管2或外壳1上，固定有磁敏器件9，磁敏器件9处在磁铁8的有效磁场中。磁敏器件9虽有多种选择，但选用霍尔线性集成电路或霍尔元件较好，这可很方便地直接输出模拟信号。在需要数字信号的场合，增加一级A/D转换即可。

测量管2内的测量流道3的横截面，根据需要可为正方形或长方形或等腰梯形或局部呈圆弧形或其组合形结构。测量流道3沿流向为等截面或变截面结构。在测量管2的底壁上，除了上述铰链轴5外，还有让测量板4上的磁铁8靠近磁敏器件9的磁铁通道10；和\或有与复位弹簧7对应的弹簧通孔11或弹簧座或弹簧调节螺丝12(见图3)，或在复位弹簧7对应的外壳1上，有弹簧座或弹簧调节螺丝12(见图2)。

测量板4在测量流道3内，是感受流体流量变化的直接受体，同时也是将位移信号进行非接触传递的磁铁8的运动截体。测量板4的形状和尺寸须与测量流道3配合，其基本形状为长方形，或等腰梯形，或圆头形，或其组合形的板状结构。在测量板4上，除了铰链轴5和磁铁8外，还有安装复位弹簧7的弹簧座6或弹簧调节螺丝。

磁铁8在测量板4上的位置，可根据与磁敏器件9之间的合理距离来确定。一般地，在小口径测量流道中，磁铁8与磁敏器件9的距离不会太大，且行程较小，故磁铁8应靠近测量板4的自由端安装。在大口径测量流道中，为避免磁铁8距磁敏器件9太远，故磁铁8应靠近测量板4的铰链轴5安装。

当流体在测量流道3中推动测量板4发生偏转时，磁敏器件9即检测磁场变化，输出与流体流量相关的电信号。对模拟电压信号而言，利用图18的基本电路，即可完成对信号电压的放大，以及零位和量程的调整。在图18中，HL是霍尔线性集成电路，IC是运算放大器，W1和W2分别调节斜板流量传感器的零位和量程。

本实用新型的流量开关外壳13，其内的流体开关通道由处在上游的通径较小的测量管段和处在下游的通径较大的泄流管段，在中轴线上串联构成。在测量管段和泄流管段内装有可移动的活塞式开关芯15，开关芯15的主体为圆柱状或棱柱状活塞式结构。开关芯15下端有3～6脚的导向架，其中以4脚的十字形导向架16为最好，各脚间自然形成架间流道17。导向架16的长度应保证开关芯15运行至最上端位置时，仍有一部分处在外壳13的测量管段中，以实现开关芯15复位时的导向作用。开关芯15的上端有3～6翼的导向翼，其中以4翼的十字形导向翼18为最好。在一导向翼18上封固有磁铁19，在磁铁19对应的外壳1或外壳13上，固定有磁敏器件20。磁敏器件20以选用玻壳长度为10～30毫米，最佳长度为12～20毫米的常开式干簧管最为简单、经济和实用。若选用霍尔器件，则可得到更精确的开关动作值。在另一导向翼18上有导向槽23，在导向槽23对应的外壳1或外壳13上，固定有定位销24，导向槽23活套在定位销24上。开关芯15在导向架16、导向翼18和定位销24的导引下，可沿轴向作平行运动，保证磁铁19的位置与磁敏器件20对应。

在开关芯15上端中部有弹簧座32，在弹簧座32的底部有集渣坑和疏水孔。在弹簧座32上有开关芯15的复位弹簧21，在复位弹簧21上端有镂空的弹簧支架22(见图2)，弹簧支架22安装在靠近测量管2的外壳1内；或把复位弹簧21上端扩大成喇叭口，直接抵靠在测量管2的管壁端面上；或直接把开关芯15作成实芯结构或在其内加配重物33，而省去复位弹簧21和弹簧支架22。当流体流量小于泄流量时，复位弹簧21强制开关芯15快速复位，以提高流量开关关断时的速度和可靠性。

在本实用新型的斜板流量传感器的外壳1上，有与外壳1连为一体的元件槽27或装在外壳上的元件盒或元件盖，其内装有电子元件和电路板28。从电路板28上引出可与外部电路连接的引出线29和接插件。

本实用新型的测量管2、测量板4以及开关芯15用塑料制成，外壳用黄铜制成。

实施例2：

根据以上描述可知，本实用新型中的斜板流量传感器和活塞式流量开关，均已具备独立的、完整的基本结构和功能。它们既可二合一固定连接为整体结构，又可一分为二分别作成单体结构。这时，仅需对外壳作少量变动。如增补活塞式流量开关的流体出口或增补斜板流量传感器的流体进口，以便和外部管道相连接。

Claims (10)

1.一种双信道流量检测器，包括外壳以及外壳上的一个进口和一个出口；其特征在于将斜板流量传感器与流量开关以串联形式固定连接；在斜板流量传感器的外壳1内装有固定的测量管2，测量管2中空为测量流道3；测量流道3内配有测量板4，测量板4的上游端与斜板流量传感器内的上游端底部活动连接；在测量板4与测量管2或外壳1之间装有复位弹簧7；测量板4在复位弹簧7和流体作用下，可绕活动连接处偏转，斜向关闭或开启测量流道3；测量板4上装有磁铁8，在磁铁8对应的测量管2或外壳1上，固定有磁敏器件9；在流量开关的外壳13内，有流体开关通道和装在该通道内的活动开关芯15，开关芯15上装有磁铁19，在磁铁19对应的外壳1或外壳13上，固定有磁敏器件20。

2.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于测量流道3的横截面为正方形或长方形或等腰梯形或局部呈圆弧形或其组合形结构；测量流道3沿流向为等截面或变截面结构。

3.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于在测量管2的底壁上有与复位弹簧7对应的弹簧通孔11或弹簧座或弹簧调节螺丝12。

4.根据权利要求1所述的双信道流量检测器；其特征在于测量管2的底壁上有让测量板4上的磁铁8靠近磁敏器件9的磁铁通道10。

5.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于测量板4为长方形或等腰梯形或圆头形或其组合形的板状结构；测量板4上有安装复位弹簧7的弹簧座6或弹簧调节螺丝；测量板4的上游端在斜板流量传感器内的上游端底部处，用铰链轴5在测量管2的底壁上或侧壁上或外壳1上活动连接。

6.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于在复位弹簧7对应的外壳1上，有弹簧座或弹簧调节螺丝12。

7.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于流量开关外壳13内的流体开关通道，由处在上游的通径较小的测量管段和处在下游的通径较大的泄流管段，在中轴线上串联构成；在测量管段和泄流管段内装有可移动的活塞式开关芯15；开关芯15的主体为圆柱状或棱柱状活塞式结构，其下端有导向架16，上端有导向翼18；其中与磁敏器件20对应的一导向翼18上封固有磁铁19，另一导向翼18上有导向槽23，在导向槽23对应的外壳1或外壳13上，固定有定位销24，导向槽23活套在定位销24上。

8.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于开关芯15上端中部有弹簧座32，在弹簧座32上有复位弹簧21，在复位弹簧21上端有镂空的弹簧支架22，弹簧支架22安装在靠近测量管2的外壳1内；或把复位弹簧21上端扩大成喇叭口，直接抵靠在测量管2的管壁端面上；或直接把开关芯15作成实芯结构或在其内加配重物33，而省去复位弹簧21和弹簧支架22。

9.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于斜板流量传感器的磁敏器件9为霍尔线性集成电路；流量开关的磁敏器件20选用玻壳长度为10～30毫米，最佳长度为12～20毫米的常开式干簧管。

10.根据权利要求1所述的双信道流量检测器，其特征在于外壳1上有与其连为一体的元件槽27或装在外壳上的元件盒或元件盖，其内装有电子元件和电路板28。

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