一种流量传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种流量传感器。

背景技术

磁电式流量传感器由永久磁铁、软磁芯、线圈、叶轮等组成，具体结构请参阅图1。磁电式流量传感器通过永久磁铁产生空间磁场，当叶轮被流体冲击转动时，软磁芯和叶轮之间的磁阻产生周期性变化，导致线圈的磁通量产生周期性变化，在线圈中产生感应电动势，其信号频率与叶轮转速成正比，即f=nz/60。式中f表示线圈交流电信号频率，n表示叶轮转速，z表示叶轮的叶片数量。叶轮在转动中，受到永久感应电动势的幅值，在一定范围内随着感应器转速的增加而增加，叶轮的转速越高，则输出的电动势越大，反之相反。

对于磁电式流量传感器来说，其存在最低测量流速限制，也就是说，当液体管道内的流速低于该最低测量流速时，叶轮不能转动，该流量传感器不能起到测流量的作用。同时，叶轮的轮齿在每一周的旋转内，每个轮齿经过永久磁铁下方时，都会周期性的受到永久磁铁吸引力的变化，在低流速条件下，会出现转动不平稳现象。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供一种流量传感器，其能够扩展传感器的测量流速下限，同时有利于提高叶轮低速旋转的平稳性。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明实施例提供一种流量传感器，包括传感器主体、叶轮、软磁芯、线圈、第一永磁体和第二永磁体，所述传感器主体设有液体管道，所述叶轮安装于所述液体管道内并能够在液体流动的带动下旋转，所述第一永磁体安装在所述传感器主体上用于对所述叶轮产生第一吸引力，所述线圈安装在所述软磁芯上并位于所述第一永磁体和所述叶轮之间，所述第二永磁体与所述叶轮相邻并用于对所述叶轮产生第二吸引力。

进一步地，在可选的实施例中，所述第二永磁体的数量为多个，且多个所述第二永磁体沿所述叶轮的外圆周布置。

进一步地，在可选的实施例中，在所述叶轮的轮齿数量为奇数时，多个所述第二永磁体沿所述叶轮的外圆周均匀布置。

进一步地，在可选的实施例中，所述第二永磁体的数量为两个，且两个所述第二永磁体沿所述叶轮的外圆周均匀布置。

进一步地，在可选的实施例中，在所述叶轮的轮齿数量为偶数时，相邻两个所述第二永磁体之间间隔（180-180/z）°，式中z表示所述叶轮的轮齿数量。

进一步地，在可选的实施例中，所述第二永磁体的数量为两个，且两个所述第二永磁体之间间隔（180-180/z）°，式中z表示所述叶轮的轮齿数量。

进一步地，在可选的实施例中，所述第一永磁体为圆柱体、长方体、正方体等形状，且所述第一永磁体与所述软磁芯同轴设置。

进一步地，在可选的实施例中，所述线圈缠绕于所述软磁芯的外侧。

进一步地，在可选的实施例中，所述传感器主体设有安装槽，所述软磁芯、所述线圈均安装于所述安装槽内。

进一步地，在可选的实施例中，所述第二永磁体安装于所述传感器主体上并与所述叶轮相邻。

本发明提供的流量传感器具有以下有益效果：第一永磁体用于产生稳定空间磁场，当叶轮在液体流动带动旋转时，软磁芯和叶轮之间的磁阻周期性变化，线圈的磁通量随之周期性变化，线圈产生与流量相对应的频率信号，并会对叶轮产生第一吸引力。当叶轮转动角度α后，叶轮由流体冲力f绕叶轮中心的力矩转动；传感器内的永久磁体对叶轮轮齿吸引力F

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。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相关的附图。

图1为磁电式流量传感器的结构示意图；

图2为对图1中的磁电式流量传感器进行模型简化后的受力分析示意图；

图3为对图1中的磁电式流量传感器的叶轮在转动一定角度时的受力分析情况示意图；

图4为本发明具体实施例所述的流量传感器的结构示意图；

图5为图1所示的磁电式流量传感器的模拟分析情况；

图6为图4所示的流量传感器的模拟分析情况。

附图标记：00-磁电式流量传感器；01-永久磁铁；02-线圈；03-软磁芯；04-叶轮；10-流量传感器；14-第一永磁体；15-第二永磁体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

请参阅图1，其示出了磁电式流量传感器00的结构示意图。磁电式流量传感器00包括传感器主体、永久磁铁01、软磁芯03、线圈02、叶轮04等组成。永久磁铁01产生空间磁场，当叶轮04被流体冲击转动时，软磁芯03和叶轮04之间的磁阻产生周期性变化，导致线圈02的磁通量产生周期性变化，在线圈02中产生感应电动势。

请参阅图2，其示出了对磁电式流量传感器00模型简化进行受力分析。如图2所示，在叶轮04转动过程中，叶轮04轮齿周期性的受到永久磁铁01的吸引力F，吸引力指向永久磁铁01的磁极方向，吸引力F的大小与轮齿到永久磁铁01的距离成正比；轮齿受到流体冲击力f，方向为垂直于叶轮04表面切平面方向。

请参阅图3，其示出了叶轮04在转动一定角度时的受力分析情况。如图3所示，当叶轮04转动角度α后，叶轮04是由流体冲力f绕叶轮04中心的力矩转动的，该力矩为主动力矩；传感器内的永久磁体对叶轮04轮齿吸引力F的水平分力F

请参阅图4，其示出了本发明实施例提供的一种流量传感器10的结构示意图。该流量传感器10包括传感器主体、叶轮04、软磁芯03、线圈02、第一永磁体14和第二永磁体，传感器主体设有液体管道，叶轮04安装于液体管道内并能够在液体流动的带动下旋转，第一永磁体14安装在传感器主体上用于对叶轮04产生第一吸引力，线圈02安装在软磁芯03上并位于第一永磁体14和叶轮04之间，第二永磁体与叶轮04相邻并用于对叶轮04产生第二吸引力。第一永磁体14用于产生稳定空间磁场，当叶轮04在液体流动带动旋转时，软磁芯03和叶轮04之间的磁阻周期性变化，线圈02的磁通量随之周期性变化，线圈02产生与流量相对应的频率信号，并会对所轮产生第一吸引力。

如图4所示，本发明实施例提供的流量传感器10相较于图1至图3中的磁电式流量传感器00来说，增设了第二永磁体15。图4同时示出了在增加第二永磁体15后的受力分析情况。当叶轮04转动角度α后，叶轮04由流体冲力f绕叶轮04中心的力矩转动；传感器内的永久磁体对叶轮04轮齿吸引力F

同时对于在低流速条件下转动不平稳现象的问题，本发明实施例通过设置第二永磁体15，扩展了传感器的测量流速下限。叶轮04的轮齿在每一周的旋转内，每个轮齿经过第一永磁体14下方时，受到第一永磁体14吸引力的变化减小，从而在低流速条件下转动不平稳现象减小。

在可选的实施例中，第二永磁体15的数量为多个，且多个第二永磁体15沿叶轮04的外圆周布置。

进一步地，在叶轮04的轮齿数量为奇数时，多个第二永磁体15沿叶轮04的外圆周均匀布置。在叶轮04的轮齿数量为偶数时，相邻两个第二永磁体15之间间隔（180-180/z）°，式中z表示叶轮04的轮齿数量。比如：当第二永磁体15的数量为两个，且叶轮04的轮齿数量为偶数时，这两个所述第二永磁体15沿所述叶轮04的外圆周均匀布置；当第二永磁体15的数量为两个，且叶轮04的轮齿数量为奇数时，这两个所述第二永磁体15之间间隔（180-180/z）°。

此外，对于本发明实施例提供的流量传感器10的结构，第一永磁体14可以为圆柱形，且第一永磁体14与软磁芯03同轴设置。线圈02缠绕于软磁芯03的外侧。

可选地，在本实施例中，传感器主体设有安装槽，软磁芯03、线圈02均安装于安装槽内。

可选地，在本实施例中，第二永磁体15安装于传感器主体上并与叶轮04相邻。本发明实施例对于第二永磁体15的安装方式不做具体要求和限定。

需要指出的是，第一永磁体14可以为圆柱体、长方体、正方体等形状，且第一永磁体14与软磁芯03同轴设置。本发明实施例对于第一永磁体14的形状不做具体要求和限定。

还需要指出的是，本发明实施例对于第二永磁体15的具体形状、大小等参数不做具体要求，也就是说，就第二永磁体15的横截面形状来说，其可以为规则的三角形、四边形、圆形等，也可以为不规则形状；就第二永磁体15的大小来说，其可以比第一永磁体14大，也可以比第一永磁体14小。

请参阅图5和图6，其示出了本发明实施例提供的流量传感器10与现有磁电式流量传感器00的模拟分析情况。其中，图5采用的是图1所示的磁电式流量传感器00，采用1个永久磁铁进行模拟，在叶轮04设置测量点，当叶轮04转动时，计算可知叶轮04受到永久磁铁的最大阻力扭矩5.6 mN•m（波峰位置）。图6采用2个永磁体，即包括第一永磁体14和一个第二永磁体15进行模拟，在叶轮04设置测量点，当叶轮04转动时，计算可知叶轮04受到第一永磁体14的最大阻力扭矩2.0 mN•m（波峰位置）。对比图5和图6的模拟分析结果可知，本发明实施例可有效降低单一永久磁铁产生的阻力力矩。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。