DE102011004743A1

DE102011004743A1 - Flow sensor and method for detecting a flow

Info

Publication number: DE102011004743A1
Application number: DE201110004743
Authority: DE
Inventors: Philipp Becker; Dirk Spreemann; Alexander Willmann; Lothar Wittig; Rainer Nackenhorst; Bernd Folkmer
Original assignee: LASLO GmbH; Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: LASLO GmbH; Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-02-26
Also published as: EP2678642A2; DE102011004743B4; WO2012113882A3; WO2012113882A2

Abstract

Ein Flusssensor umfasst ein in einer Fluidleitung angeordnetes Rückschlagventil mit einem Ventilsitz und einem Verschlusselement, sowie einen Magnetfeldsensor. Das Verschlusselement weist einen Magnetfeldgeber auf oder ist mit einem Magnetfeldgeber mechanisch gekoppelt, so dass eine Bewegung des Verschlusselements relativ zu dem Ventilsitz eine Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Magnetfeldsensor zur Folge hat. Der Magnetfeldsensor ist angeordnet, um eine Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Magnetfeldsensor zu erfassen, so dass ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensors ein Maß für den Öffnungsgrad des Rückschlagventils ist.A flow sensor comprises a check valve arranged in a fluid line with a valve seat and a closure element, and a magnetic field sensor. The closure element has a magnetic field transmitter or is mechanically coupled to a magnetic field transmitter, so that movement of the closure element relative to the valve seat results in movement of the magnetic field transmitter relative to the magnetic field sensor. The magnetic field sensor is arranged to detect a movement of the magnetic field transmitter relative to the magnetic field sensor, so that an output signal of the magnetic field sensor is a measure of the degree of opening of the check valve.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet von Flusssensoren und Verfahren zum Erfassen eines Flusses, insbesondere solche Sensoren und Verfahren, die in der Lage sind, einen Durchfluss mit geringem Energiebedarf zu messen.The present invention is in the field of flow sensors and methods for detecting a flow, in particular those sensors and methods capable of measuring a flow with low energy requirements.

Um einen Durchfluss durch Leitungen, beispielsweise in Wassernetz-gebundenen Systemen, zu messen, sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Ein Verfahren ist das Differenzdruckverfahren, bei dem der Wirkdruck quadratisch mit dem Durchfluss ansteigt, weshalb der verwendete Drucksensor einen sehr großen Messbereich abdecken muss. Eine weitere Möglichkeit ist ein Volumenzähler, wobei dabei verwendete Turbinen- oder Messflügelzähler einen relativ großen Schlupf besitzen, so dass die Messung geringer Durchflüsse nicht realisiert werden kann. Bei einer Schwebekörperdurchflussmessung muss die Einbauposition gewährleistet werden, da ein Widerstandskörper senkrecht von unten nach oben umströmt wird. Bei einer magnetisch-induktiven Durchflussmessung fließt eine leitende Flüssigkeit durch ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, wobei die Erzeugung eines solchen Magnetfelds zuviel Energie benötigt, so dass das System nicht energieautark realisiert werden kann. Bei einer Ultraschalldurchflussmessung misst man die Überlagerung der Schallgeschwindigkeit mit der Flussgeschwindigkeit, wobei die Ultraschallerzeugung sehr viel Energie benötigt. Bei einer thermischen Durchflussmessung benötigen die thermischen Heizer einen sehr hohen Energiebedarf, so dass auch solche Durchflussmesser zuviel Energie benötigen, so dass entsprechende Systeme nicht energieautark realisiert werden können. Bei einer optischen Durchflussmessung verwendete optische Systeme müssen permanent mit Energie versorgt werden, so dass auch sie für energieautarke Systeme nicht geeignet sind.In order to measure a flow through lines, for example in water-network-bound systems, various possibilities are known. One method is the differential pressure method in which the differential pressure increases quadratically with the flow, which is why the pressure sensor used must cover a very large measuring range. Another possibility is a volumetric meter, which used turbine or meter counter have a relatively large slip, so that the measurement of low flow rates can not be realized. In the case of a float flow measurement, the installation position must be ensured, since a resistance body flows vertically from bottom to top. In a magnetic-inductive flow measurement, a conductive liquid flows through a time-varying magnetic field, the generation of such a magnetic field requires too much energy, so that the system can not be realized energy self-sufficient. An ultrasonic flow measurement measures the superposition of the speed of sound with the flow velocity, whereby the generation of ultrasound requires a great deal of energy. In the case of a thermal flow measurement, the thermal heaters require a very high energy requirement, so that even such flow meters require too much energy, so that corresponding systems can not be realized in an energy-autonomous manner. Optical systems used in an optical flow measurement must be permanently supplied with energy, so that they are not suitable for energy self-sufficient systems.

Aus der WO 2009/083179 A1 ist eine Fluidikvorrichtung bekannt, bei der ein Fluidikelement beweglich in einer Fluidleitung angeordnet ist. Das Fluidikelement kann eine Durchströmungsöffnung aufweisen, in der ein Rückschlagventil angeordnet ist. Das Fluidikelement kann zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material bestehen, wobei ein Magnetfeldsensor vorgesehen sein kann, um aus einer Veränderung eines gemessenen Magnetfelds auf einen Ort und/oder eine Bewegung des Fluidikelements zu schließen.From the WO 2009/083179 A1 For example, a fluidic device is known in which a fluidic element is movably arranged in a fluid conduit. The fluidic element may have a throughflow opening in which a check valve is arranged. The fluidic element may at least partially consist of a magnetizable material, wherein a magnetic field sensor may be provided to conclude from a change in a measured magnetic field to a location and / or a movement of the fluidic element.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Flusssensor und ein Verfahren zum Erfassen eines Flusses zu schaffen, die es ermöglichen, einen Fluss durch einen Fluidweg mit einem geringen Energieaufwand zu detektieren.The object of the present invention is to provide a flow sensor and a method for detecting a flow, which make it possible to detect a flow through a fluid path with a low energy input.

Diese Aufgabe wird durch einen Flusssensor nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erfassen eines Flusses nach Anspruch 15 gelöst.This object is achieved by a flow sensor according to claim 1 and a method for detecting a flow according to claim 15.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen einen Flusssensor mit folgenden Merkmalen:
einem in einer Fluidleitung angeordneten Rückschlagventil mit einem Ventilsitz und einem Verschlusselement; und
einem Magnetfeldsensor,
wobei das Verschlusselement einen Magnetfeldgeber aufweist oder mit einem Magnetfeldgeber mechanisch gekoppelt ist, so dass eine Bewegung des Verschlusselements relativ zu dem Ventilsitz eine Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Magnetfeldsensor zur Folge hat, und
wobei der Magnetfeldsensor angeordnet ist, um eine Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Magnetfeldsensor zu erfassen, so dass ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensors ein Maß für den Öffnungsgrad des Rückschlagventils ist.Embodiments of the invention provide a flow sensor having the following features:
a check valve disposed in a fluid conduit having a valve seat and a closure member; and
a magnetic field sensor,
wherein the closure element has a magnetic field transmitter or is mechanically coupled to a magnetic field transmitter, such that movement of the closure element relative to the valve seat results in movement of the magnetic field transmitter relative to the magnetic field sensor, and
wherein the magnetic field sensor is arranged to detect a movement of the magnetic field sensor relative to the magnetic field sensor, so that an output signal of the magnetic field sensor is a measure of the degree of opening of the check valve.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Verfahren zum Erfassen eines Flusses, mit folgenden Schritten:
Erfassen eines Ausgangssignals eines Magnetfeldsensors, der angeordnet ist, um eine Bewegung eines Magnetfeldgebers relativ zu dem Magnetfeldsensor zu erfassen, wobei ein Verschlusselement eines in einer Fluidleitung angeordneten Rückschlagventils den Magnetfeldgeber aufweist oder mit dem Magnetfeldgeber mechanisch gekoppelt ist, so dass eine Bewegung des Verschlusselements relativ zu einem Ventilsitz des Rückschlagventils eine Bewegung des Magnetfeldgebers relativ zu dem Magnetfeldsensor zur Folge hat, so dass das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors ein Maß für den Öffnungsgrad des Rückschlagventils ist; und
Ermitteln eines Flusses durch die Fluidleitung basierend auf dem erfassten Ausgangssignal des Magnetfeldsensors.Embodiments of the invention provide a method for detecting a flow, comprising the following steps:
Detecting an output signal of a magnetic field sensor arranged to detect movement of a magnetic encoder relative to the magnetic field sensor, wherein a closure element of a check valve disposed in a fluid conduit comprises the magnetic encoder or is mechanically coupled to the magnetic encoder such that movement of the closure member relative to a valve seat of the check valve has a movement of the magnetic field sensor relative to the magnetic field sensor result, so that the output signal of the magnetic field sensor is a measure of the opening degree of the check valve; and
Determining a flow through the fluid conduit based on the sensed output of the magnetic field sensor.

Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die relative Position eines Verschlusselements eines Rückschlagventils zu dem Ventilsitz des Rückschlagventils mittels eines Magnetfeldsensors magnetisch erfasst, wobei das Rückschlagventil in einer Fluidleitung angeordnet ist, so dass ein Leckagefluss an dem Rückschlagventil vorbei nicht stattfinden kann. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung sowohl die Erfassung von Durchflussmengen über einen großen Messbereiche. Ferner ist auf vorteilhafte Weise eine Durchflussmessung möglich, während gleichzeitig ein Fluss in eine Richtung entgegengesetzt zur Flussrichtung des zu messenden Flusses verhindert wird.According to embodiments of the invention, the relative position of a closure member of a check valve to the valve seat of the check valve is magnetically detected by a magnetic field sensor, wherein the check valve is arranged in a fluid line, so that a leakage flow past the check valve can not take place. Thus, the present invention enables both the detection of flow rates over a large measurement ranges. Furthermore, a flow measurement is advantageously possible while simultaneously preventing a flow in a direction opposite to the flow direction of the flow to be measured.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Magnetfeldsensor als ein xMR-Sensor insbesondere ein GMR-Sensor (GMR = giant magnetoresistive) ausgebildet sein. Wie bekannt ist, stellt der Ausdruck xMR dabei einen Sammelbegriff für magnetoresistive Effekte dar, wie beispielsweise den AMR-Effekt (AMR = anisotrop magnettoresistiv), den GMR-Effekt, den TMR-Effekt (TMR = tunnel magnetoresistive), den CMR-Effekt (CMR = colossal magnetoresistive) und den GME-Effekt (GME = giant magnetic inductance). Entsprechende Magnetfeldsensoren, die einen sehr geringen Leistungsbedarf aufweisen, können erfindungsgemäß eingesetzt werden.In embodiments of the invention, the magnetic field sensor as an xMR sensor, in particular a GMR sensor (GMR = giant magnetoresistive). As is known, the expression xMR thereby represents a collective term for magnetoresistive effects, such as the AMR effect (AMR = anisotropic magnetoresistive), the GMR effect, the TMR effect (TMR = tunnel magnetoresistive), the CMR effect ( CMR = colossal magnetoresistive) and the GME effect (GME = giant magnetic inductance). Corresponding magnetic field sensors, which have a very low power requirement, can be used according to the invention.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung weist der Flusssensor einen Mikrocontroller auf, der mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors zu empfangen und basierend darauf eine Durchflussmenge zu ermitteln. Der Mikrocontroller kann ferner ausgeführt sein, um ein die Durchflussmenge anzeigendes Signal auszugeben, beispielsweise anzuzeigen, oder drahtlos oder drahtgebunden zu einem Empfänger zu übertragen. Der Mikrocontroller kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ausgelegt sein, um den Magnetfeldsensor zwischen einer Messphase und einer Ruhephase mit einem vorbestimmten Lastzyklus umzuschalten, wobei durch ein entsprechendes Einstellen des Lastzyklus der Energieverbrauch weiter reduziert werden kann.In embodiments of the invention, the flow sensor includes a microcontroller coupled to the magnetic field sensor and configured to receive the output signal of the magnetic field sensor and to determine a flow rate based thereon. The microcontroller may be further configured to output a flow rate indicative signal, for example to display, or to transmit wirelessly or by wire to a receiver. The microcontroller may be configured in embodiments of the invention to switch the magnetic field sensor between a measurement phase and a quiescent phase with a predetermined duty cycle, whereby the energy consumption can be further reduced by a corresponding adjustment of the load cycle.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ferner ein Magnetfeldschalter vorgesehen, dessen Aufgabe darin besteht, das System, das den Mikrocontroller und den Magnetfeldsensor aufweist, zu wecken. Somit ist das System nur bei Bedarf aktiv, so dass der Energieverbrauch weiter reduziert werden kann. Der Magnetfeldschalter kann beispielsweise als ein GMR-Magnetfeldschalter implementiert sein.In embodiments of the invention, a magnetic field switch is also provided, the task of which is to wake up the system comprising the microcontroller and the magnetic field sensor. Thus, the system is only active when needed, so that the energy consumption can be further reduced. The magnetic field switch may be implemented, for example, as a GMR magnetic field switch.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Magnetfeldschalter selbst die Funktion eines Magnetfeldsensors übernehmen, der eine festgelegte Schwelle detektieren kann, so dass der Flusssensor als ein Schwellschalter wirkt.In embodiments of the invention, the magnetic field switch itself can perform the function of a magnetic field sensor which can detect a predetermined threshold, so that the flow sensor acts as a threshold switch.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit die Erfassung eines Flusses in einer Fluidleitung, beispielsweise eines Wasserflusses in einer Wasserleitung, mit einem sehr geringen Energiebedarf, wobei sowohl geringe Tropfmengen als auch große Durchflussmengen detektiert und gemessen werden können. Erfindungsgemäß müssen keine verschiedenen Typen von Sensoren eingesetzt werden, um sowohl geringe Tropfmengen als auch große Durchflösse von mehreren Litern pro Minute zu messen, wie dies bei aktuellen Systemen der Fall ist. Bei aktuellen Systemen ist dies notwendig, da die einzelnen Sensortypen meist nur einen geringen Messbereich mit der geforderten Genauigkeit abdecken. Darüber hinaus nutzen herkömmliche Flusssensoren typischerweise physikalische Prinzipien zur Messung eines Flusses, beispielsweise eines Wasserflusses, die mit einem hohen Energiebedarf einhergehen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht Flusssensoren und Verfahren zum Erfassen eines Flusses, die einen geringeren Energieverbrauch, einen geringeren Schlupf und einen größeren Messbereich aufweisen. Somit eignen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für Anwendungen, für die bekannte Systeme aufgrund der genannten Nachteile ausgeschlossen sind. So eignen sich Ausführungsbeispiele der Erfindung für Sensoren, die in der Lage sind, den Wasserfluss in Wasserleitungen mit äußerst geringem Energieaufwand zu detektieren und zu messen, so dass der Einsatz von batteriebetriebenen Mess- und Regelsystemen möglich wird. Auch der Einsatz von Energy Harvesting zur Energieversorgung von Überwachungssystemen (wie z. B. Condition Monitoring Systemen) wird durch den Einsatz solcher Systeme erstmalig ermöglicht.Embodiments of the present invention thus make it possible to detect a flow in a fluid conduit, for example a water flow in a water conduit, with a very low energy requirement, whereby both small dripping quantities and large flow rates can be detected and measured. According to the invention, no different types of sensors have to be used in order to measure both small dripping volumes and large throughputs of several liters per minute, as is the case with current systems. In current systems, this is necessary because the individual sensor types usually cover only a small measuring range with the required accuracy. In addition, conventional flow sensors typically use physical principles to measure a flow, such as a flow of water, associated with a high energy demand. The present invention provides flow sensors and methods for detecting flow that have lower energy consumption, less slippage, and a wider range of measurement. Thus, embodiments of the present invention are suitable for applications for which known systems are excluded due to the mentioned disadvantages. Thus, embodiments of the invention are suitable for sensors that are able to detect and measure the water flow in water pipes with extremely low energy consumption, so that the use of battery-operated measuring and control systems is possible. The use of energy harvesting to supply power to monitoring systems (such as condition monitoring systems) is also made possible for the first time by the use of such systems.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present application are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flusssensors; 1 a schematic representation of an embodiment of a flow sensor according to the invention;

2a) bis 2c) schematische Darstellungen, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flusssensors in verschiedenen Zuständen zeigen; 2a) to 2c) schematic representations showing an embodiment of a flow sensor according to the invention in different states;

3 eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flusssensors; 3 a schematic representation of an alternative embodiment of a flow sensor according to the invention;

4a, 4b schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flusssensors; und 4a . 4b schematic representations for explaining a further embodiment of a flow sensor according to the invention; and

5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Magnetfeldschalters. 5 a schematic representation for explaining a magnetic switch.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Rückschlagventil 10 in eine Fluidleitung 12, beispielsweise eine Wasserleitung, eingebaut ist. Das Rückschlagventil weist einen Ventilsitz 14 in Form eines Dichtrings auf. Der Dichtring ist an geeigneten Befestigungsmitteln 16 in der Fluidleitung 12 angebracht. Das Rückschlagventil 10 weist ferner einen Schließkegel 18 auf, der federnd gegen den Ventilsitz 14 gelagert ist, wie in 1 durch eine Feder 20 angedeutet ist. Der Schließkegel 18 weist einen Magnetfeldgeber 22 auf, wie in 1 schematisch gezeigt ist. Zu diesem Zweck kann der Schließkegel 18 entweder aus einem magnetischen Material bestehen oder ein Magnet kann an dem Schließkegel befestigt sein. Der Magnetfeldgeber 22 erzeugt ein Magnetfeld 24, wie durch entsprechende Feldlinien in 1 gezeigt ist. 1 shows an embodiment of the invention, in which a check valve 10 in a fluid line 12 , For example, a water pipe is installed. The check valve has a valve seat 14 in the form of a sealing ring. The sealing ring is on suitable fasteners 16 in the fluid line 12 appropriate. The check valve 10 also has a closing cone 18 on, the resilient against the valve seat 14 is stored as in 1 by a spring 20 is indicated. The closing cone 18 has a magnetic field transmitter 22 on, like in 1 is shown schematically. For this purpose, the closing cone 18 either made of a magnetic material or a magnet may be attached to the closing cone. The magnetic field transmitter 22 generated a magnetic field 24 as indicated by corresponding field lines in 1 is shown.

Das Rückschlagventil 10 ist ausgebildet, um einen Fluidfluss nur in eine Richtung, die durch einen Pfeil 26 in 1 gezeigt ist, zuzulassen. Ein Fluidfluss in Richtung des Pfeils 26 erzeugt eine auf den Schließkegel 18 wirkende Kraft, so dass der Schließkegel 18 von dem Ventilsitz 14 abgehoben und das Ventil geöffnet wird. Der Öffnungsgrad des Ventils hängt vom Durchfluss, also von der Flussmenge, ab.The check valve 10 is designed to be a fluid flow only in one direction by an arrow 26 in 1 is shown to admit. A fluid flow in the direction of the arrow 26 creates one on the closing cone 18 acting force, leaving the closing cone 18 from the valve seat 14 lifted and the valve is opened. The degree of opening of the valve depends on the flow rate, ie on the flow rate.

In einer geeigneten Position relativ zu dem Rückschlagventil 10 und somit zu dem Magnetfeldgeber 22, ist ein Magnetfeldsensor 28 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 28 ist an einer solchen Position relativ zu dem Rückschlagventil 10 angeordnet, dass sein Ausgangssignal von der Position des Schließkegels 18 abhängt, die wiederum von der Flussmenge des durch die Fluidleitung strömenden Fluids abhängt. Diese Abhängigkeit ist in einem Diagramm 30 in 1 angedeutet, das die Ausgangsspannung U des Magnetfeldsensors 28 über der Zeit t darstellt. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Magnetfeldsensor durch einen GMR-Sensor gebildet.In a suitable position relative to the check valve 10 and thus to the magnetic encoder 22 , is a magnetic field sensor 28 arranged. The magnetic field sensor 28 is at such a position relative to the check valve 10 arranged to be output from the position of the closing cone 18 depends, in turn, on the flow rate of the fluid flowing through the fluid conduit. This dependency is in a diagram 30 in 1 indicated that the output voltage U of the magnetic field sensor 28 represents over time t. In embodiments of the invention, the magnetic field sensor is formed by a GMR sensor.

Der Magnetfeldsensor ist somit derart relativ zu dem Schließkegel 18 und somit dem Magnetfeldgeber 22 angeordnet, dass eine Bewegung des Schließkegels 18 und somit des Magnetfeldgebers 22 zu einer Änderung des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors führt, so dass das Ausgangssignal des Magnetfeldsensor ein Maß für den Öffnungsgrad des Rückschlagventils ist. Durch eine Kalibrierung des Systems kann somit mit Hilfe des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors 28 direkt auf die Durchflussmenge durch das Rückschlagventil rückgeschlossen werden.The magnetic field sensor is thus so relative to the closing cone 18 and thus the magnetic field transmitter 22 arranged that a movement of the closing cone 18 and thus the magnetic field transmitter 22 leads to a change in the output signal of the magnetic field sensor, so that the output signal of the magnetic field sensor is a measure of the opening degree of the check valve. By calibrating the system can thus with the aid of the output signal of the magnetic field sensor 28 be directly deduced on the flow through the check valve.

Die 2a)–2c) zeigen das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 28 für unterschiedliche Öffnungsgrade des Rückschlagventils. Gemäß 2a) findet kein Fluss statt, so dass das Rückschlagventil 10 geschlossen ist. Der Magnetfeldsensor 28 ist somit nur einem geringen Teil des von dem Magnetgeber 22 erzeugten Magnetfelds ausgesetzt, so dass das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 28 auf einem tiefen Pegel ist, wie durch die geringe Ausgangsspannung im Diagramm 30a in 2a) angezeigt ist. Gemäß 2b) findet ein erster geringer Fluss durch die Leitung 12 statt, so dass das Rückschlagventil 10 leicht geöffnet ist. Der Magnetfeldgeber 22 ist durch die Auslenkung des Rückschlagventils 18 zu dem Magnetfeldsensor 28 hin bewegt, so dass das Ausgangssignal desselben einen höheren Pegel aufweist, siehe Diagramm 30b. Gemäß 2c) schließlich findet ein zweiter hoher Fluss statt, so dass der Magnetfeldgeber durch die Auslenkung des Rückschlagventils 18 noch näher zu dem Magnetfeldsensor 28 hin bewegt wurde, so dass dieser dem erzeugten Magnetfeld 24 stärker ausgesetzt ist. Das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 28 weist. einen entsprechend höheren Pegel auf, wie in Diagramm 30c gezeigt ist.The 2a) - 2c) show the output signal of the magnetic field sensor 28 for different degrees of opening of the check valve. According to 2a) no flow takes place, leaving the check valve 10 closed is. The magnetic field sensor 28 is thus only a small part of that of the magnetic encoder 22 generated magnetic field, so that the output signal of the magnetic field sensor 28 is at a low level, as indicated by the low output voltage in the graph 30a in 2a) is displayed. According to 2 B) finds a first small flow through the pipe 12 instead, leaving the check valve 10 is slightly open. The magnetic field transmitter 22 is due to the deflection of the check valve 18 to the magnetic field sensor 28 moved so that the output signal of the same has a higher level, see diagram 30b , According to 2c) Finally, a second high flow takes place, so that the magnetic field transmitter by the deflection of the check valve 18 even closer to the magnetic field sensor 28 was moved so that this the generated magnetic field 24 is more exposed. The output signal of the magnetic field sensor 28 has. a correspondingly higher level, as in diagram 30c is shown.

Nachdem der Leistungsbedarf eines Magnetfeldsensors, und insbesondere eines xMR-Sensors, beispielsweise eines GMR-Sensors, sehr gering ist, kann ein entsprechender Flusssensor mit einem sehr geringen Energiebedarf betrieben werden. Beispielsweise kann der Leistungsbedarf herkömmlicher GMR-Sensoren bei ca. 9 mW liegen. Somit ermöglichen entsprechende Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Flusserfassung bei einem geringen Energiebedarf.Since the power requirement of a magnetic field sensor, and in particular of an xMR sensor, for example of a GMR sensor, is very low, a corresponding flow sensor can be operated with a very low energy requirement. For example, the power requirements of conventional GMR sensors can be around 9 mW. Thus, corresponding embodiments of the invention enable flow detection with a low energy requirement.

3 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das für eine Verstärkung des Messeffekts ausgelegt ist. 3 zeigt eine Durchflusssensoranordnung mit einem ersten Anschlussstück 32, einem zweiten Anschlussstück 34 und einem Fluidkanal, der die Anschlussstücke verbindet. Der Fluidkanal ist in 3 durch eine Linie 36 angedeutet. In dem Fluidkanal ist ein Rückschlagventil 40 angeordnet, das einen Ventilsitz 42 und ein Verschlusselement in Form einer Kugel 44 aufweist. Die Kugel 44 kann durch Gravitationskraft gegen den Ventilsitz 42 vorgespannt sein. Die Kugel 44 ist an einem Hebelarm 46 angebracht, an dem ferner ein Magnetfeldgeber 48, beispielsweise in Form eines Magneten, angebracht ist. Der Hebelarm 46 ist an dem Ende, an dem die Kugel 44 angebracht ist, eingespannt, während der Magnetfeldgeber 48 an dem anderen Ende desselben angebracht ist. Findet nun ein Fluidfluss durch die Fluidleitung 36 statt, so wird die Kugel 44 in Richtung des Pfeils 50 nach oben bewegt. Diese Bewegung wird durch den Hebelarm 46 in eine größere Bewegung des Magneten 48 umgesetzt, wie durch einen Pfeil 52 in 3 gezeigt ist. Somit entspricht die Auslenkung des Magnetfeldgebers 48 gemäß dem Hebelgesetz einem Vielfachen der Bewegung der Kugel. 3 shows a schematic cross-sectional view of an alternative embodiment of the invention, which is designed to enhance the measurement effect. 3 shows a flow sensor assembly with a first connector 32 , a second connector 34 and a fluid passage connecting the fittings. The fluid channel is in 3 through a line 36 indicated. In the fluid channel is a check valve 40 arranged, which has a valve seat 42 and a closure element in the form of a sphere 44 having. The ball 44 can by gravitational force against the valve seat 42 be biased. The ball 44 is on a lever arm 46 attached to the further a magnetic encoder 48 , For example, in the form of a magnet attached. The lever arm 46 is at the end where the ball is 44 is attached, clamped while the magnetic encoder 48 attached to the other end of the same. Now finds a fluid flow through the fluid line 36 instead, so will the ball 44 in the direction of the arrow 50 moved upwards. This movement is by the lever arm 46 in a larger movement of the magnet 48 implemented, as by an arrow 52 in 3 is shown. Thus, the deflection of the magnetic encoder corresponds 48 according to the law of levers a multiple of the movement of the ball.

Diese entsprechend der Länge des Hebels vergrößerte Auslenkung kann durch einen Magnetfeldsensor 54, der gegenüber dem Magnetfeldgeber 48 angeordnet ist, erfasst werden.This increased according to the length of the lever deflection can be detected by a magnetic field sensor 54 , the opposite to the magnetic encoder 48 is arranged to be detected.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann somit durch Vorsehen eines Hebels eine vergrößerte Auslenkung von Teilen eines Flusselements bewirkt werden, wobei diese vergrößerte Auslenkung durch einen Magnetfeldsensor erfasst werden kann, so dass die Messgenauigkeit erhöht werden kann.In embodiments of the invention can thus be effected by providing a lever, an enlarged deflection of parts of a flow element, said increased deflection can be detected by a magnetic field sensor, so that the measurement accuracy can be increased.

Wie oben ausgeführt wurde, weisen Magnetfeldsensoren und insbesondere GMR-Sensoren einen sehr geringen Energiebedarf auf. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein Mikrocontroller vorgesehen, der ausgelegt ist, um auf der Grundlage des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors auf einen Fluss durch die Fluidleitung rückzuschließen. Der Mikrocontroller kann dabei programmiert sein, um auf der Grundlage des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors auf eine Nachschlagtabelle zuzugreifen, in der verschiedenen Ausgangssignalen zugeordnete Durchflussmengen abgelegt sind, wobei die Daten der Nachschlagtabelle durch eine Kalibrierung des Systems erhalten werden können. Der Mikrocontroller kann ausgelegt sein, um den Magnetfeldsensor mit einem Duty-Cycle (Lastverhältnis) zu betreiben, der das Verhältnis zwischen aktiver Phase des Magnetfeldsensors und Ruhephase desselben beschreibt. In der aktiven Phase wird der Magnetfeldsensor mit Leistung versorgt und liefert Ausgangssignale, während er in der Ruhephase nicht mit Leistung versorgt wird und somit keine Energie verbraucht. Das Lastverhältnis kann geeignet gewählt werden, um einen Kompromiss zwischen Verhalten des Flusssensors und Energieverbrauch desselben zu liefern.As stated above, magnetic field sensors and in particular GMR sensors have a very low energy requirement. In embodiments of the invention is a microcontroller which is designed to return to a flow through the fluid line on the basis of the output signal of the magnetic field sensor. The microcontroller may be programmed to access, based on the output signal of the magnetic field sensor, a look-up table in which flow rates associated with different output signals are stored, the data of the look-up table being obtainable by calibration of the system. The microcontroller may be configured to operate the magnetic field sensor with a duty cycle that describes the ratio between the active phase of the magnetic field sensor and the idle phase thereof. In the active phase, the magnetic field sensor is powered and provides output signals, while it is not powered in the resting phase and thus consumes no energy. The duty cycle may be suitably chosen to provide a trade-off between the behavior of the flow sensor and its power consumption.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors mittels eines Mikrocontrollers ausgewertet, der ausgelegt sein kann, um basierend auf dem Ausgangssignal des Magnetfeldsensors auf eine Nachschlagtabelle zuzugreifen, die auf Kalibrierungsdaten basiert. Die Nachschlagtabelle kann dabei auch weitere Parameter berücksichtigen, die einen Einfluss auf den gemessenen Durchfluss haben können, beispielsweise die bei der Messung vorliegende Temperatur. Zur Erfassung dieser weiteren Parameter können zusätzliche Sensoren, beispielsweise ein Temperatursensor, vorgesehen sein. Die Nachschlagtabelle kann für ein spezielles Fluid, dessen Durchfluss zu messen ist, kalibriert sein, beispielsweise Wasser. Alternativ kann die Nachschlagtabelle Daten für mehrere Fluide enthalten, wobei eine Möglichkeit vorgesehen sein kann, um zwischen den Fluiden auszuwählen.In embodiments of the invention, the output of the magnetic field sensor is evaluated by means of a microcontroller, which may be configured to access a look-up table based on the output of the magnetic field sensor based on calibration data. The look-up table can also take into account further parameters which may have an influence on the measured flow, for example the temperature present during the measurement. For detecting these further parameters, additional sensors, for example a temperature sensor, may be provided. The look-up table may be calibrated for a particular fluid whose flow is to be measured, for example, water. Alternatively, the look-up table may contain data for multiple fluids, with a possibility to select between the fluids.

Um den Energieverbrauch weiter zu reduzieren, kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung ein zusätzlicher Magnetfeldschalter vorgesehen sein, durch den das System nur dann geweckt wird, wenn ein Fluss durch die Fluidleitung stattfindet. Der Magnetfeldschalter kann beispielsweise durch einen GMR-Schalter implementiert sein, wobei der Leistungsbedarf typischer GMR-Schalter bei 400 nW liegen kann. Der Magnetfeldschalter ist, wie auch der Magnetfeldsensor, an einer Position angebracht, an der er die Bewegung des Rückschlagventils beobachten kann, d. h. an der er die Relativbewegung zwischen Verschlusselement und Ventilsitz beobachten kann.In order to further reduce energy consumption, in embodiments of the invention, an additional magnetic field switch may be provided, by which the system is only awakened when flow through the fluid conduit takes place. The magnetic field switch may be implemented by a GMR switch, for example, where the power requirements of typical GMR switches may be 400 nW. The magnetic field switch, like the magnetic field sensor, is mounted in a position where it can observe the movement of the check valve, i. H. where he can observe the relative movement between the closure element and the valve seat.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flusssensors, bei dem eine Sensoreinheit 100 einen Magnetfeldschalter 102, einen Magnetfeldsensor 104 und einen Mikrocontroller 106 aufweist, ist in den 4a und 4b gezeigt. Der Mikrocontroller ist elektrisch mit dem Magnetfeldschalter 102 und dem Magnetfeldsensor 104 gekoppelt, wie durch Pfeile 108 in 4a angedeutet ist.An embodiment of a flow sensor according to the invention, in which a sensor unit 100 a magnetic field switch 102 , a magnetic field sensor 104 and a microcontroller 106 is in the 4a and 4b shown. The microcontroller is electrically connected to the magnetic field switch 102 and the magnetic field sensor 104 coupled, as by arrows 108 in 4a is indicated.

In 4a ist das Rückschlagventil 10 in einem geschlossenen Zustand gezeigt. In diesem Zustand befinden sich der Magnetfeldsensor 104 und der Mikrocontroller 106 in einem Schlafmodus. Unter Schlafmodus eines Magnetfeldsensors ist dabei ein solcher Modus zu verstehen, bei dem der Magnetfeldsensor nicht mit Energie versorgt wird und somit keine Energie verbraucht. Unter Schlafmodus des Mikrocontrollers ist dabei ein Modus zu verstehen, bei dem der Energieverbrauch des Mikrocontrollers gegenüber einem aktiven Modus reduziert ist, indem Komponenten des Microcontrollers ausgeschaltet sind, d. h. nicht mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann während des Schlafmodus des Microcontrollers lediglich ein Zeitgeber aktiv sein. Derartige Schlafmodi von Mikrocontrollern sind bekannt, wobei Mikrocontroller beispielsweise durch eine Signalflanke an einem Interrupt-Eingang aus dem Schlafmodus geweckt werden können. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann somit ein Interrupt-Eingang des Mikrocontrollers 106 mit einem Ausgang des Magnetfeldschalters 102 verbunden sein, so dass der Mikrocontroller durch eine Signalflanke im Ausgangssignal des Magnetfeldschalters 102 aus dem Schlafmodus in den aktiven Modus geweckt werden kann. Der Mikrocontroller ist ausgelegt, um nach dem Versetzen desselben in den aktiven Modus den Magnetfeldsensor zu aktivieren, um den Fluss durch die Leitung 12 zu messen.In 4a is the check valve 10 shown in a closed state. In this state are the magnetic field sensor 104 and the microcontroller 106 in a sleep mode. A sleep mode of a magnetic field sensor is to be understood as meaning a mode in which the magnetic field sensor is not supplied with energy and thus does not consume any energy. Under sleep mode of the microcontroller is a mode to understand in which the power consumption of the microcontroller is reduced compared to an active mode by components of the microcontroller are turned off, ie not powered. For example, during sleep mode of the microcontroller, only one timer may be active. Such sleep modes of microcontrollers are known, wherein microcontrollers can be woken up, for example, by a signal edge at an interrupt input from the sleep mode. In embodiments of the invention, thus an interrupt input of the microcontroller 106 with an output of the magnetic switch 102 be connected, so that the microcontroller by a signal edge in the output signal of the magnetic switch 102 from sleep mode to active mode. The microcontroller is configured to activate the magnetic field sensor after placing it in the active mode to control the flow through the conduit 12 to eat.

Somit befinden sich der Mikrocontroller 106 und der Magnetfeldsensor 104 bei dem in 4a gezeigten geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 110 im Schlafmodus, in dem der Magnetfeldsensor komplett deaktiviert sein kann. Der Magnetfeldschalter 102 ist aktiv und überwacht die Position des Ventils. Sobald sich das Ventil bewegt, wird diese Bewegung von dem Magnetfeldschalter 102 erkannt. Genauer gesagt erfasst der Magnetfeldschalter 102 eine Änderung des durch eine Bewegung des Magnetfeldgebers 22 bewirkten Magnetfeldes und schaltet, wenn das durch den Magnetgeber 22 verursachte Magnetfeld einen vorbestimmten Wert annimmt oder überquert. Dadurch wird in dem Ausgangssignal des Magnetfeldschalters 22 eine Signalflanke erzeugt, die über einen Interrupt den Mikrocontroller 106 startet. Dadurch wird der Mikrocontroller 106 in einen aktiven Modus versetzt und aktiviert seinerseits den Magnetfeldsensor 104. Dadurch ergibt sich das in 4b gezeigte Szenario, bei dem der Mikrocontroller 106 und der Magnetfeldsensor 104 aktiv sind. In diesem Zustand führt der Magnetfeldsensor Messungen durch, um die genaue Position des Ventils, insbesondere des Verschlusselements 18, zu bestimmen. Insofern entspricht die Funktionalität des Magnetfeldsensors der oben Bezug nehmend auf die 1 und 2 beschriebenen Funktionalität. Mit Hilfe der Informationen über die Position des Verschlusselements und damit des Öffnungsgrades des Ventils kann die Durchflussmenge bestimmt werden, beispielsweise durch Berechnung oder durch Zugriff auf eine Nachschlagtabelle.Thus, the microcontroller is located 106 and the magnetic field sensor 104 at the in 4a shown closed state of the check valve 110 in sleep mode, where the magnetic field sensor can be completely deactivated. The magnetic field switch 102 is active and monitors the position of the valve. As soon as the valve moves, this movement will be from the magnetic field switch 102 recognized. More specifically, the magnetic field switch detects 102 a change of the by a movement of the magnetic encoder 22 caused magnetic field and switches, if that by the magnetic encoder 22 caused magnetic field assumes or exceeds a predetermined value. This will be in the output of the magnetic switch 22 generates a signal edge, which via an interrupt the microcontroller 106 starts. This will cause the microcontroller 106 in an active mode and in turn activates the magnetic field sensor 104 , This results in the 4b shown scenario in which the microcontroller 106 and the magnetic field sensor 104 are active. In this condition, the magnetic field sensor performs measurements to determine the exact position of the sensor Valve, in particular of the closure element 18 to determine. In this respect, the functionality of the magnetic field sensor corresponds to the above with reference to FIGS 1 and 2 described functionality. Using the information about the position of the closure element and thus the degree of opening of the valve, the flow rate can be determined, for example by calculation or by accessing a lookup table.

Wenn sich das Ventil wieder schließt, kann dies auf der Grundlage des Ausgangssignals des Magnetfeldsensors 104 erkannt werden. Daraufhin können der Mikrocontroller 106 und der Magnetfeldsensor 104 wieder in den Schlafmodus versetzt werden. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Magnetfeldschalter in einen Schlafmodus, in dem er nicht mit Energie versorgt wird, versetzt werden, wenn der Mikrocontroller und der Magnetfeldsensor in dem aktiven Modus sind. Bei solchen Ausführungsbeispielen wird der Magnetfeldschalter dann wieder in einen aktiven Modus versetzt, wenn der Mikrocontroller und der Magnetfeldsensor in den Schlafmodus versetzt werden.When the valve closes again, this may be based on the output of the magnetic field sensor 104 be recognized. Thereupon the microcontroller can 106 and the magnetic field sensor 104 be put back into sleep mode. In embodiments of the invention, the magnetic field switch can be placed in a sleep mode in which it is not energized when the microcontroller and the magnetic field sensor are in the active mode. In such embodiments, the magnetic field switch is again put in an active mode when the microcontroller and the magnetic field sensor are put into sleep mode.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Mikrocontroller auch durch eine weitere Flanke in dem. Ausgangssignal des Magnetfeldschalters 102 aus dem aktiven Modus wieder in den Schlafmodus versetzt werden, wobei eine solche Signalflanke in dem Ausgangssignal des Magnetfeldschalters 102 erzeugt werden kann, wenn das durch den Magnetgeber verursachte Magnetfeld wieder den vorbestimmten Wert annimmt oder überquert.In embodiments of the invention, the microcontroller can also by a further edge in the. Output signal of the magnetic field switch 102 be put back into the sleep mode from the active mode, wherein such a signal edge in the output signal of the magnetic field switch 102 can be generated when the magnetic field caused by the magnetic encoder again assumes or crosses the predetermined value.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein weiterer Magnetfeldschalter vorgesehen sein, der konfiguriert ist, um in einem Ausgangssignal desselben eine digitale Signalflanke zu erzeugen, wenn das durch den Magnetgeber verursachte Magnetfeld einen zweiten vorbestimmten Wert annimmt. Der zweite vorbestimmte Wert kann beispielsweise einer bestimmten Öffnungsposition des Ventils, beispielsweise einer Öffnungsendposition des Ventils, zugeordnet sein. Der weitere Magnetfeldschalter kann mit dem Mikrocontroller gekoppelt sein, derart, dass der Mikrocontroller bei Auftreten der Signalflanke im Ausgangssignal des zweiten Magnetfeldschalters in den Schlafmodus versetzt wird. Somit ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung das Einstellen eines definierten Messbereichs.In embodiments of the invention, a further magnetic field switch may be provided which is configured to generate in an output thereof a digital signal edge when the magnetic field caused by the magnetic encoder assumes a second predetermined value. The second predetermined value may for example be associated with a specific opening position of the valve, for example an opening end position of the valve. The further magnetic field switch can be coupled to the microcontroller in such a way that the microcontroller is put into sleep mode when the signal edge occurs in the output signal of the second magnetic field switch. Thus, embodiments of the present invention enable setting of a defined measurement range.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Schaltschwelle des Magnetfeldschalters so eingestellt sein, dass, während das Rückschlagventil geschlossen ist, die Schwelle gerade nicht überschritten wird. Sobald ein Fluidfluss, beispielsweise ein Wasserfluss, einsetzt, bewegt sich das Rückschlagventil und das digitale Ausgangssignal des Magnetfeldschalters wechselt von einem binären Wert auf einen anderen, beispielsweise von 0 auf 1 oder umgekehrt. Dieser Flankenwechsel wird genutzt, um den Mikrocontroller und somit auch den Magnetfeldsensor mit Hilfe eines Interrupts zu wecken und zu aktivieren. Der Magnetfeldsensor beginnt die Stellung des Ventils genau zu messen und sobald die Messung beendet ist, werden der Magnetfeldsensor und der Mikrocontroller wieder in den Schlafmodus versetzt. Der Magnetfeldsensor benötigt also nur dann Energie, wenn wirklich ein Fluidfluss stattfindet. In der Zeit, in der kein Fluss stattfindet, ist der Magnetfeldsensor komplett inaktiv.In embodiments of the invention, the switching threshold of the magnetic switch can be set so that, while the check valve is closed, the threshold is not exceeded. Once a fluid flow, such as a water flow, begins, the check valve moves and the digital output of the magnetic switch changes from one binary value to another, for example from 0 to 1 or vice versa. This edge change is used to wake up and activate the microcontroller and thus also the magnetic field sensor with the aid of an interrupt. The magnetic field sensor begins to accurately measure the position of the valve, and once the measurement is completed, the magnetic field sensor and the microcontroller are put back into sleep mode. The magnetic field sensor only needs energy when a fluid flow really takes place. In the time when no flow takes place, the magnetic field sensor is completely inactive.

Bei Ausführungsbeispielen kann die Schaltschwelle so eingestellt werden, dass das System erst dann aktiviert wird, wenn eine Schwelle, die die untere Grenze eines bestimmten Messbereichs darstellt, erreicht ist. Wie oben ausgeführt wurde, kann, um den Messbereich nach oben zu beschränken, ein weiterer Magnetfeldsensor genutzt werden.In embodiments, the switching threshold can be set so that the system is activated only when a threshold, which represents the lower limit of a certain measuring range is reached. As stated above, to limit the measuring range upwards, another magnetic field sensor can be used.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein Magnetfeldschalter selbst als Magnetfeldsensor wirken, wobei der Magnetfeldschalter die Aufgabe der Detektion einer vorher festgelegten Schwelle übernimmt. Mit einem solchen Aufbau können Schwellschalter realisiert werden, die ab einer vorher eingestellten Flussmenge schalten. Ein zusätzlicher Magnetfeldsensor, der eine genaue qualitative Messung des Magnetfelds vornimmt, ist bei solchen Ausführungsbeispielen nicht vorgesehen.In embodiments of the invention, a magnetic field switch itself act as a magnetic field sensor, wherein the magnetic field switch takes over the task of detecting a predetermined threshold. With such a structure, threshold switches can be realized, which switch from a previously set amount of flow. An additional magnetic field sensor which makes an accurate qualitative measurement of the magnetic field is not provided in such embodiments.

Ein funktionelles Blockdiagramm eines Magnetfeldschalters, wie er bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, ist in 5 gezeigt. Der Magnetfeldschalter umfasst einen Oszillator und Zeitgeber 110, ein Sensorelement 112, einen Komparator 114, ein Latch 116 und einen Schalter 118, beispielsweise in Form eines Feldeffekttransistors. Der Ausgang des Oszillators und Zeitgebers 110 ist mit dem Sensorelement 112 und dem Komparator 114 gekoppelt, um einen geeigneten Messzyklus anzuwenden, wie durch Pulse 120 in 5 angedeutet ist. Ferner ist in 5 eine Versorgungsspannung V_DD gezeigt. Das Sensorelement 112 kann beispielsweise als Wheatstone-Brücke ausgebildet sein, wobei das Ausgangssignal des Komparators 26 abhängig von dem durch das Sensorelement 112 erfassten Magnetfeld einen hohen oder tiefen Pegel aufweist. Der Ausgang des Komparators 114 ist mit einem Eingang des Latch 116 gekoppelt, dessen Ausgang wiederum mit einem Steueranschluss des Schalters 118 gekoppelt ist. Abhängig vom Ausgangssignal des Latch 116 lässt der Schalter 118 einen Ausgang 122 des Magnetfeldschalters 102 auf einem hohen logischen Pegel oder zieht ihn auf einen tiefen logischen Pegel. Am Ausgang 122 wird somit ein digitales Ausgangssignal ausgegeben, das einen logisch hohen oder logisch tiefen Pegel annehmen kann.A functional block diagram of a magnetic field switch as may be used in embodiments of the present invention is shown in FIG 5 shown. The magnetic field switch includes an oscillator and timer 110 , a sensor element 112 , a comparator 114 , a latch 116 and a switch 118 , For example in the form of a field effect transistor. The output of the oscillator and timer 110 is with the sensor element 112 and the comparator 114 coupled to apply an appropriate measurement cycle, such as by pulses 120 in 5 is indicated. Furthermore, in 5 a supply voltage V _DD shown. The sensor element 112 may be formed, for example, as a Wheatstone bridge, wherein the output signal of the comparator 26 depending on the through the sensor element 112 detected magnetic field has a high or low level. The output of the comparator 114 is with an input of the latch 116 whose output is in turn connected to a control terminal of the switch 118 is coupled. Depending on the output signal of the latch 116 leaves the switch 118 an exit 122 of the magnetic field switch 102 at a high logic level or pulls it to a low logic level. At the exit 122 Thus, a digital output signal is output, the can assume a logically high or logically low level.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Magnetfeldschalter als GMR-Magnetfeldschalter ausgebildet sein, indem das Sensorelement 112 als GMR-Sensorelement ausgebildet ist. Bei derartigen Magnetfeldschaltern ist keine Offset-Korrektur notwendig, da sich das magnetoresistive Material, das in dem GMR-Sensorelement verwendet ist, nicht irreversibel aufmagnetisiert. Beispiele eines derartigen Sensors ziehen im Betriebsmodus durchschnittlich lediglich einen Strom von ca. 0,12 μA.In embodiments of the invention, the magnetic field switch may be formed as a GMR magnetic field switch by the sensor element 112 is designed as a GMR sensor element. With such magnetic field switches, no offset correction is necessary because the magnetoresistive material used in the GMR sensor element does not irreversibly magnetize. On average, examples of such a sensor only draw a current of approximately 0.12 μA in the operating mode.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben Bezug nehmend auf ein Rückschlagventil beschrieben, bei dem ein Schließkegel oder eine Kugel eine Ventilöffnung, die durch einen Ventilsitz gebildet ist, freigibt oder verschließt. Alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung können andere Rückschlagventile verwenden, beispielsweise Klappenventile oder dergleichen, solange das bewegliche Verschlusselement derart mit einem Magnetfeldgeber mechanisch gekoppelt ist, dass eine Bewegung des Verschlusselements in eine Bewegung des Magnetfeldgebers umgesetzt wird, so dass durch einen entsprechenden Magnetfeldsensor eine Stellung des Verschlusselements relativ zum Ventilsitz erfasst werden kann.Embodiments of the present invention have been described above with respect to a check valve in which a closing cone or ball releases or closes a valve opening formed by a valve seat. Alternative embodiments of the invention may employ other check valves, such as butterfly valves or the like, as long as the movable closure member is mechanically coupled to a magnetic encoder such that movement of the closure member is translated into movement of the magnetic encoder such that a position of the closure member is relatively fixed by a corresponding magnetic field sensor can be detected to the valve seat.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Magnetfeldgeber durch einen Permanentmagneten gebildet sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Magnetfeldgeber aus einem magnetisierbaren Material bestehen, so dass durch den Magnetfeldgeber ein extern, beispielsweise durch einen externen Permanentmagneten, erzeugtes Magnetfeld geändert werden kann, wobei diese Änderung wiederum durch den Magnetfeldsensor erfassbar ist.In embodiments of the invention, the magnetic encoder can be formed by a permanent magnet. In alternative embodiments, the magnetic field sensor may consist of a magnetizable material, so that an external, for example, by an external permanent magnet, generated magnetic field can be changed by the magnetic encoder, this change is in turn detected by the magnetic field sensor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich somit auf einen Flusssensor, bei dem ein Durchlassventil derart in einer Fluidleitung angeordnet ist, dass kein Fluss an dem Rückschlagventil vorbei stattfinden kann. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich ferner auf entsprechende Verfahren zum Erfassen eines Flusses durch eine Fluidleitung, die durch entsprechende Flusssensoren ausführbar sind.Embodiments of the invention thus relate to a flow sensor in which a passage valve is arranged in a fluid line such that no flow can take place past the check valve. Embodiments of the present invention further relate to corresponding methods for detecting flow through a fluid conduit that are executable by corresponding flow sensors.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit die Realisierung einer Sensorik zur Flusserfassung, die mit bisherigen Technologien nicht möglich waren, insbesondere die Implementierung von energieautarken oder batteriebetriebenen Systemen.Embodiments of the present invention thus enable the realization of a sensor for flow detection, which were not possible with previous technologies, in particular the implementation of self-powered or battery-powered systems.

Beispielsweise können Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Implementierung von Wasserwächtern eingesetzt werden, bei denen Energie mit Hilfe eines Turbinengenerators selbst erzeugt wird, so dass das System mit äußerst wenig Energie funktionieren muss, so dass keine handelsübliche Sensorik zur Flussdetektion eingesetzt werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen die Erfassung sowohl sehr geringer Flussmengen im Tropfenbereich als auch sehr großer Durchflüsee von mehreren Litern pro Minute. Mögliche Einsatzgebiete für Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen eine Messung und Regelung des Durchflusses und/oder die Erfassung von Leckage in Leitungen von Wasserverbrauchern, wie z. B. Bewässerungssystemen, Waschmaschinen, Spülmaschinen, Getränkeautomaten, Wasserspendern, Kaffeemaschinen und dergleichen.For example, embodiments of the invention can be used to implement water monitors, where energy is generated by a turbine generator itself, so that the system must operate with extremely low power, so that no commercially available sensors can be used for flow detection. Exemplary embodiments of the invention make it possible to detect both very small flow quantities in the drop zone and very large flow paths of several liters per minute. Possible fields of use for embodiments of the invention include measuring and regulating the flow and / or the detection of leakage in lines of water consumers, such. Irrigation systems, washing machines, dishwashers, vending machines, water dispensers, coffee machines and the like.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/083179 A1 [0003]

Claims

Flow sensor with the following features: one in a fluid line ( 12 ) arranged check valve ( 10 ) with a valve seat ( 14 ; 42 ) and a closure element ( 18 ; 44 ) and a magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ), wherein the closure element ( 18 ; 44 ) a magnetic field transmitter ( 22 ) or with a magnetic field transmitter ( 48 ) is mechanically coupled, so that a movement of the closure element ( 18 ; 44 ) relative to the valve seat ( 14 . 42 ) a movement of the magnetic field transmitter ( 22 ; 48 ) relative to the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ), and wherein the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ) is arranged to detect a movement of the magnetic field transmitter ( 22 ; 48 ) relative to the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ), so that an output signal of the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ) is a measure of the degree of opening of the check valve.

Flow sensor according to claim 1, wherein the valve seat ( 14 ; 42 ) is fixedly attached to the fluid line.

Flow sensor according to one of the preceding claims, in which the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ) is an xMR sensor, in particular a GMR sensor.

Flow sensor according to one of claims 1 to 3, further comprising a microcontroller ( 106 ) connected to the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ) and is configured to monitor the output signal of the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ) and to determine a flow rate based thereon.

Flow sensor according to claim 4, wherein the microcontroller ( 106 ) to determine the flow rate based on calibration data stored in a look-up table.

Flow sensor according to claim 5, further comprising a magnetic field switch ( 102 ), which relative to the magnetic field transmitter ( 22 ; 48 ) and is configured to generate a digital signal edge in an output signal thereof when the signal transmitted by the magnetic encoder ( 22 ; 48 ) assumes or exceeds a predetermined value, the microcontroller ( 106 ) with the magnetic field switch ( 102 ) and configured to be awakened from a sleep mode and put into an active mode in response to the digital signal edge.

Flow sensor according to claim 6, wherein the microcontroller ( 106 ) is configured to detect the magnetic field sensor ( 104 ) when put into active mode.

Flow sensor according to claim 6 or 7, wherein the microcontroller ( 106 ) is configured to, after determining the flow rate on the receipt of the output signal of the magnetic field sensor ( 104 ) or to be put back into sleep mode after a predetermined period of time.

Flow sensor according to claim 6 or 7, wherein the microcontroller is configured to be put in sleep mode when the output signal of the magnetic field sensor ( 104 ) indicates that the magnetic field generated by the magnetic field generator assumes or crosses a predetermined value.

Flow sensor according to claim 8 or 9, wherein the microcontroller ( 106 ) is configured to detect the magnetic field sensor ( 104 ) when put into sleep mode.

Flow sensor according to one of claims 6 to 10, which has a further magnetic field switch, which relative to the magnetic field sensor ( 22 ; 48 ) is arranged and configured to generate a digital signal edge in an output signal of the same when the magnetic field generator ( 22 ; 48 ) accepts or crosses a second predetermined value, the microcontroller ( 106 ) is coupled to the further magnetic field switch and configured to be set to sleep mode in response to the digital signal edge in the output signal of the further magnetic field switch such that the predetermined value and the second predetermined value define a measurement range.

Flow sensor according to claim 4, wherein the microcontroller is configured to control the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ) to switch between a measurement phase and a rest phase with a predetermined duty cycle.

Flow sensor according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field sensor comprises a magnetic field switch, in particular a GMR switch, which is designed to switch and output a digital signal edge when the closure element assumes or traverses a predetermined position.

Flow sensor according to one of the preceding claims, wherein the closure element comprises a lever ( 46 ), which between a closure portion ( 44 ) of the closure element and the magnetic field transmitter ( 48 ) is arranged, wherein the lever ( 46 ) is adapted to a movement of the closure portion ( 44 ) in a movement of the magnetic field transmitter ( 48 ) greater than the movement of the closure section ( 44 ).

Method for detecting a flow, comprising the following steps: detecting an output signal of a magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ) which is arranged to detect a movement of a magnetic field transmitter ( 22 ; 48 ) relative to the magnetic field sensor, wherein a closure element ( 18 ; 44 ) one in a fluid line ( 12 ) arranged check valve ( 10 ; 40 ) the magnetic field transmitter ( 22 ) or with the magnetic field transmitter ( 48 ) is mechanically coupled, so that a movement of the closure element ( 18 ; 44 ) relative to a valve seat ( 14 ; 42 ) of the check valve ( 10 . 40 ) a movement of the magnetic field transmitter ( 22 ; 48 ) relative to the magnetic field sensor ( 28 ; 54 ; 104 ), so that the output signal of the magnetic field sensor is a measure of the degree of opening of the check valve (FIG. 10 ; 40 ); and determining a flow through the fluid line ( 12 ) based on the detected output of the magnetic field sensor.