流量传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于测量流体的流率的流量传感器。
【背景技术】
[0002] 用于例如测量水流率的流体流量计使用广泛并且基于不同的物理工作原理而操 作。一类流量计被称作磁流量计，并且依赖于洛伦茨力原理，对承载包含离子的流体的通道 施加磁场。与流动方向正交的磁场位移或分离流体中的正离子（阳离子）和负离子（阴离 子）。这在通道上引起与流体流量成比例的电势差。该电势差可以由在通道任一侧处的传 感器电极检测作为DC测量。形成通道的材料必须是绝缘体，使得可以检测到电势差。由于 流体流量难以确定，电极处的电化学和其他效应可以引起电势差漂移并因此导致电势差分 量。这可以通过使用电磁铁并持续使磁场反转来消除。然而，这仅可以在相对较低频率下 进行，原因在于频率越高，洛伦茨力对离子的作用越难以测量。
【发明内容】
[0003] 本发明的各个方面在所附权利要求中限定。在第一方面中，描述了 一种用于检测 通道中含离子流体的流率的流量传感器，该流量传感器包括：电容性传感器以及耦接至电 容性传感器的处理器，并且其中电容性传感器可操作于检测由于磁场对流体中离子的偏转 而引起的电容值变化，并且处理器可操作于根据检测的电容值变化和预定磁场强度值来确 定流体的流速。
[0004] 电容性传感器允许流量传感器置于通道内或与流量方向平行的单个平面上。这是 因为电容值变化不需要电极位于不同平面上。电容性感测的使用减小了对电迁移效应的灵 敏度，并因此可以不使用电磁铁而使用永磁铁来产生磁场，从而获得较低成本的传感器。
[0005] 在流量传感器的实施例中，电容性传感器包括多个纳米电极。多个纳米电极可以 用于在存在磁场的情况下检测流经传感器的流体中的极小电容变化，这种极小电容变化可 以几个阿托法拉。
[0006] 在流量传感器的实施例中，电容性传感器还包括：多个电荷泵电路和多个积分电 容器，其中多个电荷泵电路中的每一个耦接至多个纳米电极中相应的一个以及多个积分电 容器中相应的一个。
[0007] 在实施例中，流量传感器包括与处理器耦接的温度传感器。这允许流量传感器针 对给定流率动态地补偿温度对所测量电容值的任何影响。
[0008] 在实施例中，流量传感器包括与处理器耦接的磁场传感器。这允许流量传感器针 对给定流率动态地补偿与所测量电容值有关的任何磁场强度变化。
[0009] 在流量传感器的实施例中，处理器还可操作于在预定截面面积的通道中流经电容 性传感器的流体体积。
[0010] 如果流量传感器放置在已知截面面积的流体通道中，则处理器可以通过随时间对 与截面面积相乘而确定的流体流量速度进行积分来确定流经传感器的流体体积。 toon] 在实施例中，流量传感器可以包括与处理器耦接的触摸传感器，并且流量传感器 可操作于响应于用户对触摸传感器的触摸，从待机操作模式变化到正常操作模式。这可以 在不需要流量感测时降低功耗要求。
[0012] 在实施例中，流量传感器可以包括与处理器耦接的近场通信（NFC)接收器。NFC 接收器可以用于接收与预定体积或流率有关的数据，或者可以用于更新缺省的流率值或从 NFC发射器发送的磁场强度。NFC接收器也可以用于致动例如分接头（tap)上的阀门，以及 发起对流量传感器的校准或初次测量。
[0013] 流量传感器的实施例可以包括与处理器耦接的射频应答器。RF应答器或收发机 允许流量传感器与遥控和/或监控设备无线通信。遥控和/或监控设备可以是专用无线网 络，或者可以经由互联网连接。包括RF应答器的流量传感器的实施例可以根据Zigbee标 准或其他建筑物控制系统中使用其他协议来通信。
[0014] 流量传感器的实施例可以实现为集成电路，以允许以较低成本制造鲁棒的流量传 感器。
[0015] 流量传感器的实施例可以形成包括磁体的流量测量设备的一部分，磁体布置为使 得在操作中磁场将流体中的正离子和负离子之一朝向电容性传感器位移。
[0016] 为了最大灵敏度，用于提供磁场的磁体可以布置为使得磁场与要测量的流体的流 动方向正交。然而，假设磁场沿朝向流量传感器的一般方向偏转阳离子或阴离子，则可检测 到电容变化。
[0017] 磁体可以是电磁铁或永磁体，例如Nd2Fe14B或其他铁磁材料。
[0018] 流量传感器的实施例可以包括与处理器耦接的pH传感器。
[0019] 流量传感器的实施例可以与磁体一起并入到水分接头上，水分接头也可以被称作 旋塞或龙头。
[0020] 流量传感器可以确定并显示分配的水体积，使得分接头的用户可以将已知体积的 水分配到容器中。这可以减少例如给电热壶注液通常导致太多水（因为在放液时难以看到 注液面）时的能量损失。在烹饪食谱中，需要对特定体积的水进行量化，这通常由有刻度的 烧杯来进行。包括具有显示器的流量传感器的分接头去除了有刻度的测量烧杯的需要，所 述显示器示出了所分配的水量。
[0021] 包括近场通信接收器的流量传感器的实施例可以包括在分接头中。容器可以包括 包含容器容量的分接头，可以将容器容量传送到流量传感器。分接头可以在已经分配了所 需水量时产生警报。
[0022] 具有包括触摸传感器或NFC接收器的流量传感器的分接头的实施例可以耦接至 用于控制阀门的致动器。分接头可操作于响应于触摸了触摸传感器或NFC发射器接近分接 头放置，来打开和/或关闭阀门。
[0023] 在第二方面中，描述了一种用于测量含离子流体的流率的方法，该方法包括：检测 由于磁场对流体中离子的偏转而引起的电容值，并且根据检测到的电容值来确定流体的流 速。
【附图说明】
[0024] 现在仅作为示例详细描述并在所述附图示意本发明的实施例，在附图中：
[0025] 图1示出了根据实施例的流量传感器。
[0026] 图2是示出了流量传感器的操作原理的等效电路。
[0027] 图3示出了根据实施例的示例流量传感器。
[0028] 图4示出了图3的流量传感器电路的操作原理。
[0029] 图5示出了根据实施例的流量传感器的操作方法。
[0030] 图6示出了根据实施例的包括温度传感器的流量传感器。
[0031] 图7示出了根据实施例的包括NFC接收器和显示器的流量传感器。
[0032] 图8示出了根据另一实施例的包括无线收发机的流量传感器。
[0033] 图9示出了根据实施例的包括霍耳效应传感器的流量传感器。
[0034] 图10示出了根据实施例的包括流量传感器的分接头或旋塞或龙头。
[0035] 图11示出了根据另一实施例的包括与阀门耦接的流量传感器的分接头或旋塞或 龙头。
【具体实施方式】
[0036] 图Ia示出了包括电容性传感器10的流量传感器100,电容性传感器10可以耦接 至处理器12。电容性传感器10可以包括多个小电容器电极，多个小电容器电极可以是纳米 电极。在操作中，电容性传感器10可以放置为感测通道中包含离子的流体的流量，如图Ib 所示。例如，该流体可以是水，但是也可以是包含离子的任何其他流体。在例如用于检测水 流速Φ的操作中，可以在放置了电容性传感器的点处向通道中水流方向正交地施加磁场 B。由于洛伦茨力，磁场将物理上分离流动的水中的正离子（例如，H3O+)和负离子（例如， OH )。电容性传感器10可以检测到这种分离。所测量电容与管中水的流速成比例，所测量 电容变化依赖于管中水的漂移速度。处理器12可以将检测到的电容值转换成表示水流速 的值。
[0037] 为了降低石灰结垢对传感器的可能影响，其中要测量的流体是水，流量传感器可 以置于通道表面的一部分（其中，阳离子置于远离传感器的位置处）上。
[0038] 在实施例中，处理器可以是与逻辑电路相结合的模数转换器，以产生表示流率的 数字值。在实施例中，处理器可以是微处理器或微控制器。电容性传感器的实施例可以包 括在单个半导体基板上形成的多个纳米电极。处理器12和电容性传感器10可以实现为单 个集成电路。
[0039] 图2