专利名称：流体传感器及其检测流体的流动状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种对流体的流动状态进行检测的流体传感器。
背景技术：
流体传感器要求将流体的流动状态或静止状态以电信号的形式输出，从而可以通过仪器检识该信号，并通过仪表显示出来，以达到自动检测、或在故障时自动报警的目的。在流体检测领域，目前缺乏结构简单、并且可以有效地检测流体的流动状态的传感器。传统的流量计用于测量流体的流量，尽管可用于检测流体的流动状态，但有明显的缺陷。其一，由于通常采用叶轮等转动部件作为检测器件，对于流速慢、粘度高的流体 (例如润滑系统中油脂)的测量可靠性将大大降低；其二，此类传感器体积较庞大，对于狭小空间的应用场合，并不适合；其三，制造精度要求高，导致造价偏高，不适合低成本、大批量的应用。另有一些流体传感器采用了柱塞式检测机构，一定程度地提高了检测灵敏度，但在应用中也存在着一些问题。比如存在被动复位结构(靠间隙溢流或靠小孔溢流)，对于流速慢、粘度大的流体，无法可靠检测，从而出现检测结果不可靠等问题。另外，为适应狭小的工作环境，也需要严格控制器件的体积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种流体传感器，可以适用于任何流体(包括流速慢、粘度高的流体)，并能适应频繁的流动和静止切换，信号输出可靠。为此，本发明还要提供所述流体传感器检测流体的流动状态的方法。为解决上述技术问题，本发明流体传感器包括壳体，其侧面具有一凹槽；其一端具有流体入口 ；其另一端具有流体出口 ；在壳体内部具有连接流体入口和流体出口的流道；所述流道包括连通的第一腔体和第二腔体，后者的截面积更大；溢流阀，可滑动地固定于第二腔体中，包括溢流阀芯、溢流阀座及固定在两者之间的溢流弹簧；所述溢流阀芯和溢流阀座相接触；所述溢流阀芯的一部分的截面积大于第一腔体且小于第二腔体，溢流阀芯的该部分紧挨着第一腔体；所述溢流阀芯的另一部分穿过溢流阀座且突出在磁铁之外，该部分比磁铁更靠近限位螺栓；磁铁，可滑动地固定于第二腔体中，且紧挨着溢流阀；限位螺栓，设置在壳体具有流体出口的那一端；复位弹簧，固定在磁铁和限位螺栓之间；霍尔传感器，设置在壳体侧面的凹槽中。所述流体传感器检测流体的流动状态的方法为初始状态下，溢流阀芯的一部分紧挨着第一腔体，溢流阀座与溢流阀芯相接触，磁铁与溢流阀座相接触；当有流体从流体入口进入流道，流体的压力挤压着溢流阀芯运动，溢流阀芯又挤压着溢流阀座运动，溢流阀座挤压着磁铁运动，磁铁使复位弹簧压缩；当溢流阀芯的另一部分接触到限位螺栓时，溢流阀芯停止运动；此时流体开始挤压溢流阀座，以及被压缩的溢流弹簧的弹性力，两者的结合迫使溢流阀座与溢流阀芯相分离；流体从溢流阀芯和溢流阀座之间的间隙流过，并经过磁铁旁侧、复位弹簧旁侧，从流体出口中流出；当流体停止从流体入口中进入，在被压缩的复位弹簧的作用下，磁铁运动并挤压溢流阀座一起运动；在溢流弹簧的作用下，溢流阀芯和溢流阀座保持分离状态，并且溢流弹簧、溢流阀芯跟随溢流阀座一起运动；直至溢流阀芯的一部分紧挨着第一腔体；此时复位弹簧继续挤压磁铁和溢流阀座，使得溢流阀座和溢流阀芯相接触，磁铁停止运动；在上述过程中，霍尔传感器通过检测磁铁的磁性信号的大小强弱而获知磁铁的位置，从而得知流体是否经过流道。本发明流体传感器通过溢流阀这一结构使流体从流动状态到静止状态后，整个系统可以尽快恢复到初始状态，从而使传感器可靠地迎接下一次检测。其还具有体积小、易安装、成本低廉等特点。该流体传感器及其检测流体的流动状态的方法可以适应任何种类的流体，尤其适用于流速慢、粘度高的液体。
图1是本发明流体传感器的一个实施例的剖面示意图；图2是图1中溢流阀芯的放大示意图；图3是图1中溢流阀座的放大示意图。图中附图标记说明10为流体传感器；11为壳体；20为流道；20a为第一腔体；20b为第二腔体；21为流体入口 ；22为流体出口 ；30为溢流阀；31为溢流阀芯；311为溢流阀芯底部；312为溢流阀芯中间部；312a为倒角部位；313为溢流阀芯顶杆；32为溢流阀座；3 为倒角部位；32b 为均压槽；33为溢流弹簧；41为磁铁；42为限位螺栓；43为复位弹簧；50为霍尔传感器。
具体实施例方式请参阅图1，这是本发明流体传感器的一个实施例。该流体传感器10具有壳体11， 在壳体11的一端具有流体入口 21，另一端具有流体出口 22。流体入口 21和流体出口 22 之间、且在壳体11内部具有容纳流体经过的流道20。流道20至少包括有相互连通的第一腔体20a和第二腔体20b，后者的截面积较大，因此第二腔体20b在与第一腔体20a相连通处仍具有部分底面。优选地，第一腔体20a和第二腔体20b均呈圆柱体，且两个圆柱体的轴在同一条直线上，此时第二腔体20b在与第一腔体20a相连通处具有一个圆环形的底面。在第二腔体20b中具有溢流阀30，其包括溢流阀芯31、溢流阀座32及固定在两者之间的溢流弹簧33。当溢流阀芯31和溢流阀座32相接触时，溢流弹簧33呈被压缩的状态。请参阅图2，溢流阀芯31包括依次相连接的截面积最大的底部311、截面积中等的中间部312和截面积最小的顶杆313。优选地，溢流阀芯31的底部311、中间部312和顶杆 313均呈圆柱体，且三个圆柱体的轴在同一条直线上，与圆柱形的第一腔体20a和第二腔体 20b的轴也在同一条直线上。溢流阀芯底部311的截面积大于第一腔体20a，但略小于第二腔体20b。溢流阀芯底部311位于第二腔体20b中，但紧挨着第一腔体20a，即紧压着第二腔体20b与第一腔体20a相连通处的圆环形底面上。溢流阀芯中间部312上加工有倒角部位312a。优选地，当溢流阀芯中间部312为圆柱体时，该倒角部位312呈圆台的侧面。请参阅图1和图3，与溢流阀芯中间部312的倒角部位31 相接触的为溢流阀座 32，它也在第二腔体20b中。优选地，溢流阀座32大致呈圆环状。在溢流阀座32上也加工有倒角部位32a。优选地，该倒角部位3 呈圆台的侧面。溢流阀座32的倒角部位3 恰与溢流阀芯中间部312的倒角部位31 相配合并接触。溢流阀座32的外侧面与第二腔体 20b的内壁之间保持密封，该外侧面上还具有均压槽32b。优选地，当溢流阀座32大致为圆环状时，该均压槽32b呈圆环形状。溢流阀芯顶杆313穿过环形的溢流阀座32的内孔，两者之间具有间隙。在第二腔体20b中还具有磁铁41。优选地，磁铁41呈长方体。在壳体11的另一端处具有限位螺栓42。优选地，限位螺栓42呈圆柱体。在该限位螺栓42上开设有一个或多个通孔作为流体出口 22。复位弹簧43固定在磁铁41和限位螺栓42之间。当磁铁41与溢流阀座32相接触、且溢流阀座32与溢流阀芯31相接触、且溢流阀芯31紧挨着第一腔体 20a时，复位弹簧43呈未压缩也未拉伸的正常状态。该正常状态的复位弹簧43的弹性力大于溢流阀座32与溢流阀芯31相接触时被压缩的溢流弹簧33的弹性力，因而该复位弹簧 43迫使溢流阀芯31和溢流阀座32相接触并紧压。溢流阀芯顶杆313穿出在磁铁41之外，比磁铁41更接近限位螺栓42。溢流阀芯31、溢流阀座32、磁铁41均可滑动地限定在第二腔体20b中。在壳体11的侧面还具有一个凹槽，其中设有霍尔传感器50，用来检测磁铁41的磁性信号并转换为电信号输出。上述流体传感器检测流体的流动状态的工作原理如下。初始状态下，溢流阀芯底部311紧挨着第一腔体20a，溢流阀座32的倒角部位32a 与溢流阀芯中间部312的倒角部位31 相接触，磁铁41与溢流阀座32相接触。溢流弹簧 33被压缩，但由于弹性力更大的复位弹簧43，即使复位弹簧43未被压缩也未被拉伸，但仍使得溢流阀芯31和溢流阀座32相接触并紧压。当有流体(尤其是液体)从流体入口 21进入流道20，并由第一腔体20a进入第二腔体20b时，流体的压力挤压着溢流阀芯31向左运动，溢流阀芯31又挤压着溢流阀座32 向左运动，位于两者之间的溢流弹簧33仍保持原受压缩状态。溢流阀芯31与第二腔体20b 的内壁之间不密封，因此流体会充满溢流阀芯31的侧面与第二腔体20b的内壁之间。溢流阀座32的外侧面与第二腔体20b的内壁之间密封，因此流体会停留在溢流阀座32的右侧。 溢流阀座32右侧的空间由于联通而压力保持平衡，流体无法使溢流阀芯31和溢流阀座32 相分离。整个溢流阀30挤压着磁铁41向左运动。磁铁41又使复位弹簧43呈现被压缩的状态。随着溢流阀芯31、溢流阀座32和磁铁一起向左运动，当溢流阀芯顶杆313接触到限位螺栓43时，溢流阀芯31停止运动。此时流体开始挤压溢流阀座32，以及被压缩的溢流弹簧33的弹性力，两者的结合迫使溢流阀座32与溢流阀芯31相分离。流体从溢流阀芯 31和溢流阀座32之间的间隙流过，并经过磁铁41旁侧、复位弹簧43旁侧，从限位螺栓42 上的流体出口 22中流出。当流体停止从流体入口 21中进入，则溢流阀芯31和溢流阀座32不再受到流体的压力。在被压缩的复位弹簧43的作用下，磁铁41向右运动并挤压溢流阀座32—起向右运动。在溢流弹簧33的作用下，溢流阀芯31和溢流阀座32保持分离状态，并且溢流弹簧33、 溢流阀芯31跟随溢流阀座32 —起向右运动。此时复位弹簧43使磁铁41、溢流阀座32、溢流弹簧33和溢流阀芯31 —起向右运动，直至溢流阀芯31紧挨着第一腔体20a。复位弹簧 43继续挤压磁铁41和溢流阀座32，溢流阀座32因此挤压溢流弹簧33，使得溢流阀座32和溢流阀芯31相接触，溢流弹簧33恢复为初始状态下的被压缩状态。磁铁41停止运动，复位弹簧43恢复为初始状态下的未被压缩也未被拉伸的状态。在上述流体开始经过流道20并最终停止的过程中，霍尔传感器50通过检测磁铁 41的磁性信号的大小强弱而获知磁铁41的位置。优选地，将霍尔传感器50设置在与初始状态下的磁铁41最近的位置，从而在初始状态下可检测到最强的磁性信号。当磁性信号变弱，则表示磁铁41远离霍尔传感器50，同时表示有流体经过。当磁性信号重新回到最强，则表示磁铁41回归初始状态下的原位，同时表示没有流体经过。以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种流体传感器，其特征是，包括壳体，其侧面具有一凹槽；其一端具有流体入口 ；其另一端具有流体出口 ；在壳体内部具有连接流体入口和流体出口的流道；所述流道包括连通的第一腔体和第二腔体，后者的截面积更大；溢流阀，可滑动地固定于第二腔体中，包括溢流阀芯、溢流阀座及固定在两者之间的溢流弹簧；所述溢流阀芯和溢流阀座相接触；所述溢流阀芯的一部分的截面积大于第一腔体且小于第二腔体，溢流阀芯的该部分紧挨着第一腔体；所述溢流阀芯的另一部分穿过溢流阀座且突出在磁铁之外，该部分比磁铁更靠近限位螺栓；磁铁，可滑动地固定于第二腔体中，且紧挨着溢流阀；限位螺栓，设置在壳体具有流体出口的那一端；复位弹簧，固定在磁铁和限位螺栓之间；霍尔传感器，设置在壳体侧面的凹槽中。
2.根据权利要求1所述的流体传感器，其特征是，所述溢流阀芯包括相连的底部、中间部和顶杆，这三部分的截面积依次减小。
3.根据权利要求2所述的流体传感器，其特征是，所述溢流阀芯底部的截面积大于第一腔体且小于第二腔体，溢流阀芯的底部紧挨着第一腔体。
4.根据权利要求2所述的流体传感器，其特征是，所述溢流阀芯顶杆突出在磁铁之外， 比磁铁更靠近限位螺栓。
5.根据权利要求1所述的流体传感器，其特征是，所述溢流阀座呈环状；所述溢流阀座的外侧面和第二腔体的内壁之间相互密封。
6.根据权利要求1所述的流体传感器，其特征是，所述溢流阀芯上具有倒角部位，所述溢流阀座上也具有倒角部位，所述溢流阀芯和溢流阀座通过各自的倒角部位相互配合且接触。
7.根据权利要求5所述的流体传感器，其特征是，所述溢流阀座的外侧面上加工有一道或多道均压槽，所述均压槽呈环状。
8.根据权利要求1所述的流体传感器，其特征是，所述限位螺栓上设有一个或多个通孔，这些通孔作为流体出口。
9.如权利要求1所述的流体传感器检测流体的流动状态的方法，其特征是初始状态下，溢流阀芯的一部分紧挨着第一腔体，溢流阀座与溢流阀芯相接触，磁铁与溢流阀座相接触；当有流体从流体入口进入流道，流体的压力挤压着溢流阀芯运动，溢流阀芯又挤压着溢流阀座运动，溢流阀座挤压着磁铁运动，磁铁使复位弹簧压缩；当溢流阀芯的另一部分接触到限位螺栓时，溢流阀芯停止运动；此时流体开始挤压溢流阀座，以及被压缩的溢流弹簧的弹性力，两者的结合迫使溢流阀座与溢流阀芯相分离；流体从溢流阀芯和溢流阀座之间的间隙流过，并经过磁铁旁侧、复位弹簧旁侧，从流体出口中流出；当流体停止从流体入口中进入，在被压缩的复位弹簧的作用下，磁铁运动并挤压溢流阀座一起运动；在溢流弹簧的作用下，溢流阀芯和溢流阀座保持分离状态，并且溢流弹簧、 溢流阀芯跟随溢流阀座一起运动；直至溢流阀芯的一部分紧挨着第一腔体；此时复位弹簧继续挤压磁铁和溢流阀座，使得溢流阀座和溢流阀芯相接触，磁铁停止运动；在上述过程中，霍尔传感器通过检测磁铁的磁性信号的大小强弱而获知磁铁的位置， 从而得知流体是否经过流道。
10.根据权利要求9所述的流体传感器检测流体的流动状态的方法，其特征是霍尔传感器设置在与初始状态下的磁铁最近的位置，从而在初始状态下检测到最强的磁性信号； 当磁性信号变弱，则表示磁铁远离霍尔传感器，同时表示有流体经过； 当磁性信号重新回到最强，则表示磁铁回归初始状态下的原位，同时表示没有流体经过。
全文摘要
本发明公开了一种流体传感器，包括壳体，在壳体内部具有流道；流道包括连通的第一腔体和截面积更大的第二腔体。溢流阀，包括相接触的溢流阀芯、溢流阀座及固定在两者之间的溢流弹簧；溢流阀芯的一部分的截面积大于第一腔体且小于第二腔体，该部分紧挨着第一腔体；溢流阀芯的另一部分穿过溢流阀座且突出在磁铁之外，该部分比磁铁更靠近限位螺栓。磁铁，可滑动地固定于第二腔体中，且紧挨着溢流阀。限位螺栓，设置在壳体具有流体出口的那一端。复位弹簧，固定在磁铁和限位螺栓之间。霍尔传感器，设置在壳体侧面的凹槽中。本发明可以适用于任何流体，包括流速慢、粘度高的液体，并能适应频繁的流动和静止切换，信号输出可靠。
文档编号G01P13/00GK102519524SQ20111037470
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者张维国, 袁宇 申请人:上海三浪车辆部件有限公司