CN110567539A - 栅格位错型摩擦电式浮子流量计 - Google Patents

栅格位错型摩擦电式浮子流量计 Download PDF

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Abstract

一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，以解决当前浮子流量传感计机械结构简单和信号远传不可兼得等技术问题。本发明设计的栅格位错型摩擦电式浮子流量计由底座组件、外壳、内六角螺柱、端盖组件、内六角螺母、传感组件和限位支架组成。本发明利用浮子沿限位杆滑动所产生的电压脉冲输出信号，可精准的测量流量的大小，基于摩擦起电与静电感应耦合原理，具有结构简单、测量精度高且可信号远传等优点，对气动***的智能化发展具有重要意义。

Description

栅格位错型摩擦电式浮子流量计
技术领域
本发明设计一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，属于流量测量领域。
背景技术
流量测量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量测量在国民经济中的地位与作用更加明显。其中，浮子流量计的广泛应用对节能减排作出了很重要的贡献。
浮子流量计按其材料的不同可分为玻璃浮子流量计和金属浮子流量计。玻璃浮子流量计因其结构简单、价格低廉、测量精度高等特点被广泛应用于化工、食品、环保、机械、制药等生产单位和科研部门。然而这种玻璃浮子流量计只适用于就地指示，信号不能远传，不能用于不透明的流体的测量。金属浮子流量计可以进行信号远传，但大都需要复杂的机械结构，测量误差大，这在很大程度上限制了浮子流量计的进步与发展。
因此，探索设计一种结构简单、测量精度高且可信号远传的浮子流量计，对工业生产的发展就显得尤为重要。
发明内容
为解决当前浮子流量传感计机械结构简单和信号远传不可兼得等技术问题，本发明公开了一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计。
本发明所采用的技术方案：
所述一种外置式传感组件实现方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计包括底座组件、外壳、内六角螺柱、端盖组件、内六角螺母、传感组件和限位支架；所述限位支架通过限位支架安装座安装在外壳中；所述传感组件通过限位支架安装在外壳中；所述内六角螺柱与内六角螺柱配合连接，将底座组件和端盖组件固定安装在外壳上。
所述底座组件包括底座、底座密封圈和管接头；所述底座设置有法兰底盘、通孔I、沉头孔I、密封座I和螺纹孔I；所述通孔I均匀的分布在法兰底盘上，用于外界连接；所述沉头孔I均匀的分布在底座的四角，用于底座与外壳的连接；所述底座密封圈通过过盈配合安装在密封座I上，用于密封；所述管接头通过螺纹孔I安装在底座上，用于进气。
所述外壳包括外壳顶部、锥管、外壳底部和限位支架安装座；所述端盖组件包括端盖、端盖密封圈和管接头II；所述端盖上设置有沉头孔II、限位孔I、密封座II和螺纹孔II；所述外壳顶部通过端盖密封圈安装在端盖组件上；所述外壳底部通过底座密封圈安装在底座上；所述沉头孔II均匀的分布在端盖的四角，用于端盖与外壳的连接；所述限位孔I分布在端盖的中央，用于对传感组件进行支撑和限位；所述端盖密封圈通过密封座II安装在端盖上；所述管接头II通过螺纹孔II安装在端盖上，用于出气。
所述传感组件包括实心限位轴、浮子组件I和外置式筒状叉指电极；所述浮子组件I包括浮子I和摩擦材料IA；所述浮子I设置有通孔II；所述外置式筒状叉指电极包括摩擦单元A、摩擦单元B、摩擦单元C和摩擦单元D；所述外置式筒状叉指电极通过胶粘粘贴在实心限位轴上；所述浮子组件I通过通孔II安装在实心限位轴上；所述摩擦材料IA通过胶粘粘贴在通孔II上；所述限位支架设置有出气孔和限位孔II；限位支架通过限位支架安装座安装在外壳中；传感组件通过限位支架上的限位孔II安装在外壳中。
所述摩擦材料IA由多个环形摩擦单元I组成，环形摩擦单元I的宽度为a，相邻的间距为b；所述摩擦单元A、摩擦单元B、摩擦单元C和摩擦单元D的电极宽度均为c；所述摩擦单元A和摩擦单元B构成一对梳状叉指电极，叉指间距为d ；所述摩擦单元C和摩擦单元D构成另一对梳状叉指电极，叉指间距为e；两对叉指电极的位错距离为f，f的取值范围为2~10mm，用于产生两组具有相位差的电压脉冲信号； a=c=2b=2d=2e。
或为一种外置式传感组件实现方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计，所述传感组件6包括空心限位杆、浮子组件II和内置式筒状叉指电极；所述浮子组件II包括浮子II、摩擦材料IB和圆柱磁铁；所述浮子II设置有通孔III；所述摩擦材料IB由多个环形摩擦单元II组成，其摩擦单元的排布方式和尺寸特征关系与摩擦材料IA相似；所述内置式筒状叉指电极6-202包括摩擦单元E、摩擦单元F、摩擦单元G和摩擦单元H，其摩擦单元的排布方式和尺寸特征关系与外置式筒状叉指电极相似；所述摩擦单元E和摩擦单元F构成一对叉指电极；所述摩擦单元G和摩擦材料IH构成另一对叉指电极；所述内置式筒状叉指电极通过胶粘安装在空心限位杆内部；所述浮子组件II通过通孔III安装在空心限位杆上；所述浮子II是一种磁性浮子，其套在空心限位杆的外侧；所述圆柱磁铁安装在空心限位杆的内侧。所述摩擦材料IB通过胶粘粘贴在圆柱磁铁的外部。
本发明的有益效果：
综合上述内容，本发明提供一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，通过将筒状的叉指电极置于限位杆的外侧或者内侧，利用摩擦起电与静电感应耦合原理，将流量与浮子高度的变化转化为流量随电压信号的变化规律，可精准的测量流量的大小。与当前已有技术相比，本发明设计的玻璃浮子流量计具有结构简单、测量精度高且可信号远传等优点，为气动流量监测提供了一种新的流量测量思路。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的整体结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的整体结构局部剖视图；
图3所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的底座组件结构示意图；
图4所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的底座结构俯视图；
图5所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的底座结构仰视图；
图6所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的外壳结构示意图；
图7所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的外壳结构剖视图；
图8所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的端盖组件结构示意图；
图9所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的端盖结构示意图；
图10所示为本发明提出的一种外置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的传感组件结构示意图；
图11所示为本发明提出的一种外置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的浮子组件I结构示意图；
图12所示为本发明提出的一种外置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的浮子I结构示意图；
图13所示为本发明提出的一种外置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的摩擦材料IA结构示意图；
图14所示为本发明提出的一种外置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的外置式筒状叉指电极结构示意图；
图15所示为本发明提出的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计的限位支架结构示意图；
图16所示为本发明提出的一种内置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的传感组件结构示意图；
图17所示为本发明提出的一种内置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的浮子组件II结构示意图；
图18所示为本发明提出的一种内置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的浮子II结构示意图；
图19所示为本发明提出的一种内置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的摩擦材料IB结构示意图；
图20所示为本发明提出的一种内置式实施方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的内置式筒状叉指电极结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图15说明本实施方式。本实施方式提供一种外置式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计的具体实施方案。所述一种外置式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计包括底座组件1、外壳2、内六角螺柱3、端盖组件4、内六角螺母5、传感组件6和限位支架7；所述限位支架7通过限位支架安装座2-4安装在外壳2中；所述传感组件6通过限位支架7安装在外壳2中；所述内六角螺柱3与内六角螺柱3配合连接，将底座组件1和端盖组件4固定安装在外壳2上。
所述底座组件1包括底座1-1、底座密封圈1-2和管接头1-3；所述底座1-1设置有法兰底盘1-1-1、通孔I1-1-2、沉头孔I1-1-3、密封座I1-1-4和螺纹孔I1-1-5；所述通孔I1-1-2均匀的分布在法兰底盘1-1-1上，用于外界连接；所述沉头孔I1-1-3均匀的分布在底座1-1的四角，用于底座1-1与外壳2的连接；所述底座密封圈1-2通过过盈配合安装在密封座I1-1-4上，用于密封；所述管接头1-3通过螺纹孔I1-1-5安装在底座1-1上，用于进气。
所述外壳2包括外壳顶部2-1、锥管2-2、外壳底部2-3和限位支架安装座2-4；所述端盖组件4包括端盖4-1、端盖密封圈4-2和管接头II4-3；所述端盖4-1上设置有沉头孔II4-1-1、限位孔I4-1-2、密封座II4-1-3和螺纹孔II4-1-4；所述外壳顶部2-1通过端盖密封圈4-2安装在端盖组件4上；所述外壳底部2-3通过底座密封圈1-2安装在底座1-1上；所述沉头孔II4-1-1均匀的分布在端盖4-1的四角，用于端盖4-1与外壳2的连接；所述限位孔I4-1-2分布在端盖4-1的中央，用于对传感组件6进行支撑和限位；所述端盖密封圈4-2通过密封座II4-1-3安装在端盖4-1上；所述管接头II4-3通过螺纹孔II4-1-4安装在端盖4-1上，用于出气。
所述传感组件6包括实心限位轴6-100、浮子组件I6-101和外置式筒状叉指电极6-102；所述浮子组件I6-101包括浮子I6-101-1和摩擦材料IA6-101-2；所述浮子I6-101-1设置有通孔II6-101-1；所述外置式筒状叉指电极6-102包括摩擦单元A6-102-1、摩擦单元B6-102-2、摩擦单元C6-102-3和摩擦单元D6-102-3；所述外置式筒状叉指电极6-102通过胶粘粘贴在实心限位轴6-100上；所述浮子组件I6-101通过通孔II6-101-1安装在实心限位轴6-100上；所述摩擦材料IA6-101-2通过胶粘粘贴在通孔II6-101-1上；所述限位支架7设置有出气孔7-1和限位孔II7-2；限位支架7通过限位支架安装座2-4安装在外壳2中；传感组件6通过限位支架7上的限位孔II7-2安装在外壳2中。
所述摩擦材料IA6-101-2由多个环形摩擦单元I6-101-2-1组成，环形摩擦单元I6-101-2-1的宽度为a，相邻的间距为b；所述摩擦单元A6-102-1、摩擦单元B6-102-2、摩擦单元C6-102-3和摩擦单元D6-102-4的电极宽度均为c；所述摩擦单元A6-102-1和摩擦单元B6-102-2构成一对梳状叉指电极，叉指间距为d ；所述摩擦单元C6-102-3和摩擦单元D6-102-4构成另一对梳状叉指电极，叉指间距为e；两对叉指电极的位错距离为f，f的取值范围为2~10 mm，用于产生两组具有相位差的电压脉冲信号； a=c=2b=2d=2e。
具体实施方式二：结合图16~图20说明本实施方式。本实施方式提供了一种内置式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于传感组件6的具体结构不同。
所述传感组件6包括空心限位杆6-200、浮子组件II6-201和内置式筒状叉指电极6-202；所述浮子组件II6-201包括浮子II6-201-1、摩擦材料IB6-201-2和圆柱磁铁6-201-3；所述浮子II6-201-1设置有通孔III6-201-1-1；所述摩擦材料IB6-201-2由多个环形摩擦单元II6-201-2-1组成，其摩擦单元的排布方式和尺寸特征关系与摩擦材料IA6-101-2相似；所述内置式筒状叉指电极6-202包括摩擦单元E6-202-1、摩擦单元F6-202-2、摩擦单元G6-202-3和摩擦单元H6-202-4，其摩擦单元的排布方式和尺寸特征关系与外置式筒状叉指电极6-102相似；所述摩擦单元E6-202-1和摩擦单元F6-202-2构成一列叉指电极；所述摩擦单元G6-202-3和摩擦材料IH6-202-4构成另一列叉指电极；所述内置式筒状叉指电极6-202通过胶粘安装在空心限位杆6-200内部；所述浮子组件II6-201通过通孔III6-201-1-1安装在空心限位杆6-200上；所述浮子II6-201-1是一种磁性浮子，其套在空心限位杆6-200的外侧；所述圆柱磁铁6-201-3安装在空心限位杆6-200的内侧。所述摩擦材料IB6-201-2通过胶粘粘贴在圆柱磁铁6-201-3外部。
工作原理：本发明基于摩擦起电与静电感应耦合原理，提出一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，将筒状的叉指电极外置于实心限位杆上，环形摩擦单元I内置于浮子中，或将筒状的叉指电极内置于空心的限位杆中，环形摩擦单元II粘贴在空心限位杆中磁铁表面。其中，外置式筒状叉指电极由两列具有位错距离为f的叉指电极组成，作为一个摩擦副。摩擦单元A与摩擦单元B构成一列叉指电极，摩擦单元C与摩擦单元D构成另一列叉指电极。环形摩擦单元I可在外置式筒状叉指电极上相对滑动，作为另一个摩擦副；当摩擦单元A和摩擦单元B组成的叉指电极与环形摩擦单元I完全重合时，摩擦单元C和摩擦单元D组成的叉指电极与环形摩擦单元I相差f的位错距离；由于叉指电极与环形摩擦单元的材料不同，因此两摩擦副得失电子能力的不同，浮子在限位杆上来回滑动的过程中将会感应出一系列电压脉冲信号，电压脉冲信号的数量与浮子滑动的位移成正比，进而利用累计电压脉冲信号的数量检测流量的大小。由于两列叉指电极存在f的位错距离，浮子在上升或下降的过程中，两列叉指电极感应出两组具有一定相位差的电压脉冲信号，根据两组电压脉冲信号出现的先后顺序不同，来判断流量的增大或减小。内置式筒状叉指电极的电极分布形式和组成与外置式筒状叉指电极大体相同，其区别在于：内置式筒状叉指电极通过胶粘安装在空心限位杆内部；浮子II是一种磁性浮子，其套在空心限位杆的外侧；所述圆柱磁铁安装在空心限位杆的内侧；摩擦材料IB通过胶粘粘贴在圆柱磁铁外部。当外部磁性浮子滑动时，可带动空心限位杆内部的圆柱磁铁滑动，进而引起摩擦材料IB与内置式筒状叉指电极的相对滑动，产生两组具有一定相位差的电压脉冲信号。
综合以上所述内容，本发明提供一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，以解决当前浮子流量传感计机械结构简单和信号远传不可兼得等技术问题。本发明所提出的栅格位错型摩擦电式浮子流量计，主要基于摩擦起电与静电感应耦合原理，具有结构简单、测量精度高且可信号远传等优点。利用浮子沿限位杆滑动所产生的电压脉冲输出信号，可精准的测量流量的大小，对气动***的智能化发展具有重要意义。

Claims (7)

1.一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：为一种外置式传感组件实现方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计；该栅格位错型摩擦电式浮子流量计包括底座组件（1）、外壳（2）、内六角螺柱（3）、端盖组件（4）、内六角螺母（5）、传感组件（6）和限位支架（7）；所述限位支架（7）通过限位支架安装座（2-4）安装在外壳（2）中；所述传感组件（6）通过限位支架（7）安装在外壳（2）中；所述内六角螺柱（3）与内六角螺柱（3）配合连接，将底座组件（1）和端盖组件（4）固定安装在外壳（2）上。
2.根据权利要求1所述的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：所述底座组件（1）包括底座（1-1）、底座密封圈（1-2）和管接头（1-3）；所述底座（1-1）设置有法兰底盘（1-1-1）、通孔I（1-1-2）、沉头孔I（1-1-3）、密封座I（1-1-4）和螺纹孔I（1-1-5）；所述通孔I（1-1-2）均匀的分布在法兰底盘（1-1-1）上；所述沉头孔I（1-1-3）均匀的分布在底座（1-1）的四角；所述底座密封圈（1-2）通过过盈配合安装在密封座I（1-1-4）上；所述管接头（1-3）通过螺纹孔I（1-1-5）安装在底座（1-1）上。
3.根据权利要求1所述的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：所述外壳（2）包括外壳顶部（2-1）、锥管（2-2）、外壳底部（2-3）和限位支架安装座（2-4）；所述端盖组件（4）包括端盖（4-1）、端盖密封圈（4-2）和管接头II（4-3）；所述端盖（4-1）上设置有沉头孔II（4-1-1）、限位孔I（4-1-2）、密封座II（4-1-3）和螺纹孔II（4-1-4）；所述外壳顶部（2-1）通过端盖密封圈（4-2）安装在端盖组件（4）上；所述外壳底部（2-3）通过底座密封圈（1-2）安装在底座（1-1）上；所述沉头孔II（4-1-1）均匀的分布在端盖（4-1）的四角；所述限位孔I（4-1-2）分布在端盖（4-1）的中央；所述端盖密封圈（4-2）通过密封座II（4-1-3）安装在端盖（4-1）上；所述管接头II（4-3）通过螺纹孔II（4-1-4）安装在端盖（4-1）上。
4.根据权利要求1所述的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：所述传感组件（6）包括实心限位轴（6-100）、浮子组件I（6-101）和外置式筒状叉指电极（6-102）；所述浮子组件I（6-101）包括浮子I（6-101-1）和摩擦材料IA（6-101-2）；所述浮子I（6-101-1）设置有通孔II（6-101-1）；所述外置式筒状叉指电极（6-102）包括摩擦单元A（6-102-1）、摩擦单元B（6-102-2）、摩擦单元C（6-102-3）和摩擦单元D（6-102-3）；所述外置式筒状叉指电极（6-102）通过胶粘粘贴在实心限位轴（6-100）上；所述浮子组件I（6-101）通过通孔II（6-101-1）安装在实心限位轴（6-100）上；所述摩擦材料IA（6-101-2）通过胶粘粘贴在通孔II（6-101-1）上；所述摩擦材料IA（6-101-2）由多个环形摩擦单元I（6-101-2-1）组成，环形摩擦单元I（6-101-2-1）的宽度为a，相邻的间距为b；所述摩擦单元A（6-102-1）、摩擦单元B（6-102-2）、摩擦单元C（6-102-3）和摩擦单元D（6-102-4）的电极宽度均为c；所述摩擦单元A（6-102-1）和摩擦单元B（6-102-2）构成一对梳状叉指电极，叉指间距为d ；所述摩擦单元C（6-102-3）和摩擦单元D（6-102-4）构成另一对梳状叉指电极，叉指间距为e；两对叉指电极的位错距离为f，f的取值范围为2~10 mm。
5.根据权利要求1所述的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：所述限位支架（7）设置有出气孔（7-1）和限位孔II（7-2）；限位支架（7）通过限位支架安装座（2-4）安装在外壳（2）中；传感组件（6）通过限位支架（7）上的限位孔II（7-2）安装在外壳（2）中。
6.根据权利要求1所述的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：为一种内置式传感组件实现方式的栅格位错型摩擦电式浮子流量计；所述传感组件（6）包括空心限位杆（6-200）、浮子组件II（6-201）和内置式筒状叉指电极（6-202）；所述浮子组件II（6-201）包括浮子II（6-201-1）、摩擦材料IB（6-201-2）和圆柱磁铁（6-201-3）；所述浮子II（6-201-1）设置有通孔III（6-201-1-1）；所述摩擦材料IB（6-201-2）由多个环形摩擦单元II（6-201-2-1）组成，其摩擦单元的排布方式与摩擦材料IA（6-101-2）相似；所述内置式筒状叉指电极（6-202）包括摩擦单元E（6-202-1）、摩擦单元F（6-202-2）、摩擦单元G（6-202-3）和摩擦材料IIH（6-202-4），其摩擦单元的排布方式与外置式筒状叉指电极（6-102）相似；所述摩擦单元E6-202-1和摩擦单元F6-202-2构成一对叉指电极；所述摩擦单元G6-202-3和摩擦材料IH6-202-4构成另一对叉指电极；所述内置式筒状叉指电极（6-202）通过胶粘安装在空心限位杆（6-200）内部；所述浮子组件II（6-201）通过通孔III（6-201-1-1）安装在空心限位杆（6-200）上；所述浮子II（6-201-1）是一种磁性浮子，其套在空心限位杆（6-200）的外侧；所述圆柱磁铁（6-201-3）安装在空心限位杆（6-200）的内侧；所述摩擦材料IB（6-201-2）通过胶粘粘贴在圆柱磁铁（6-201-3）外部。
7.根据权利要求1或权力要求4或权力要求6，所述的一种栅格位错型摩擦电式浮子流量计，其特征在于：所述外壳（2）的材料为金属、玻璃或塑料；所述外置式筒状叉指电极（6-102）和内置式筒状叉指电极（6-202）为具有电正性的铜、铝、或银等金属材料；所述摩擦材料IA（6-101-2）和摩擦材料IB（6-201-2）为PTFE（聚四氟乙烯）、PDMS（聚二甲基硅氧烷）、PVC（聚氯乙烯）、FEP（氟化乙烯丙烯共聚物）、或Kapton（聚酰亚胺薄膜材料）等电负性强的材料。
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