[發明專利]一種內嵌光電檢測單元的抗磁懸浮氣體流量計

有效

• 申請號: 201810127778.7
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108414035B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 蘇宇鋒;張坤;郭丹;段智勇;聶惠娟;丁建橋;張振宇;鞏啟;武科迪
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨;栗改

本發明提出了一種內嵌光電檢測單元的抗磁懸浮氣體流量計，包括外殼和蓋板，蓋板設置在外殼的上部，外殼內設有抗磁懸浮系統和光電對射式傳感單元，抗磁懸浮系統包括自上而下依次設置的提升永磁體、上熱解石墨板、磁鐵轉子和下熱解石墨板，磁鐵轉子自由懸浮于上熱解石墨板和下熱解石墨板之間；光電對射式傳感單元包括激光燈、光敏電阻、電阻和數據處理器，激光燈發出的光直射于光敏電阻上外殼的側壁上設有相對應的進氣孔和排氣孔。本發明利用抗磁懸浮技術使磁鐵轉子懸浮于熱解石墨板之間，氣體通過進氣孔推動磁鐵轉子發生旋轉，磁鐵轉子旋轉使激光燈的光線間隔地照到光敏電阻上，數據處理器檢測電阻上的電壓信號，從而確定氣體的流量大小。

技術領域

本發明涉及傳感計量裝置的技術領域，尤其涉及一種內嵌光電檢測單元的抗磁懸浮氣體流量計，實現對氣體流量進行檢測。

背景技術

目前的流量計主要分為超聲波型、電磁型和機械式，超聲波流量計是利用超聲波的傳播速度隨流速變化而發生變化的原理來測量氣體流速的流量計。電磁型流量計主要用于測量導電液體的流速，電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律，導電液體在磁場中作切割磁力線運動時在導體中產生感應電動勢，該感應電壓與流體平均流速成正比。機械式流量計的工作原理是將葉輪置于被測氣體中，受氣體流動的沖擊而旋轉，以葉輪旋轉的快慢來反映流量的大小。對于氣體流量計，也有利用金屬球來檢測氣體流量的。但是，目前的氣體流量計的分辨率比較低，在面對微小流量時不能準確的檢測出來，同時現有的流量傳感器需要外接較復雜的信號處理電路以分析所檢測的流量結果。

發明內容

針對現有的氣體流量計分辨率較低、檢測精度不足、信號處理電路復雜的技術問題，本發明提出一種內嵌光電檢測單元的抗磁懸浮氣體流量計，采用抗磁懸浮機理，減小檢測部件的運動阻尼，提高了檢測精度，以解決現有技術中氣體流量計分辨率不夠精細，導致不能檢測微小流量以及傳感處理電路復雜的技術問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種內嵌光電檢測單元的抗磁懸浮氣體流量計，包括外殼和蓋板，蓋板設置在外殼的上部，所述外殼內設有抗磁懸浮系統和光電對射式傳感單元，所述抗磁懸浮系統包括自上而下依次設置的提升永磁體、上熱解石墨板、磁鐵轉子和下熱解石墨板，提升永磁體位于蓋板的下方，所述磁鐵轉子自由懸浮于上熱解石墨板和下熱解石墨板之間，所述提升永磁體和磁鐵轉子的磁化方向均沿豎直方向且磁化方向相同；所述光電對射式傳感單元包括激光燈、光敏電阻、電阻和數據處理器，光敏電阻設置在上熱解石墨板上，激光燈設置在下熱解石墨板上，激光燈發出的光直射于光敏電阻上，光敏電阻與電阻串聯連接，電阻與數據處理器相連接；所述外殼的側壁上設有相對應的進氣孔和排氣孔，進氣孔與磁鐵轉子設置在同一水平面上；所述磁鐵轉子的外圓周上設有葉片和間隙，葉片和間隙位于激光燈發出光的光路上，數據處理器檢測分析電阻上的電壓信號得到氣流流速。磁鐵轉子受到反方向的排斥力——抗磁力，在重力、磁拉力和抗磁力的共同作用下，磁鐵轉子將穩定懸浮于兩個熱解石墨板之間，不與任何物體接觸。當氣體從進氣孔進入外殼內時，將驅動磁鐵轉子發生旋轉，由于葉片的作用光敏電阻將間斷的接收到激光燈的照射，進而光敏電阻的阻值將發生變化，引起串聯的電阻上的電信號發生變化，數據處理器檢測并分析電阻上的電壓信號得到氣流流速。

所述激光燈的外輪廓為圓柱形嵌于或附于下熱解石墨板上，激光燈發出的激光光束的直徑小于磁鐵轉子的最大直徑和葉片底端直徑之差的一半，激光燈發出的激光光束的軸線與磁鐵轉子的軸線之間的距離等于磁鐵轉子的最大直徑與葉片底端直徑之和的一半，所述光敏電阻嵌于或附于上熱解石墨板上，光敏電阻與激光燈相對，光敏電阻的直徑大于激光光束直徑；所述葉片底端直徑為葉片底端到磁鐵轉子中心的最小距離的二倍。

所述上熱解石墨板和下熱解石墨板上設有上下相對應的通孔，激光燈設置在下熱解石墨板的通孔內，激光燈發出的激光光束與通孔同軸線，光敏電阻設置在上熱解石墨板的通孔的上部。激光燈的光束應當盡可能的照射到光敏電阻上，這樣能夠使光敏電阻能夠發生明顯的變化。