一种涡轮流量传感器、流量计及流量检测方法与流程

本发明涉及测控技术领域，尤其是涉及一种涡轮流量传感器、流量计及流量检测方法。

背景技术：

涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的计量、控制系统。

现有技术中，涡轮流量传感器主要采用磁性旋转叶片实现流体测速，流经涡轮传感器内的流体冲击磁性旋转叶片，引起叶片转动并切割磁场，传感器外围线圈检出变化并放大整形处理，从而计算可得流体流量。但是，现有的涡轮流量传感器由于磁性旋转叶片容易受到外围磁场干扰容易导致计量出错甚至失灵。

技术实现要素：

本发明提供一种涡轮流量传感器、流量计及流量检测方法，以解决现有的涡轮流量传感器采用磁性旋转叶片容易受到干扰的技术问题，本发明通过结构改进能够避免旋转叶片受到外围磁场干扰，提高流量检测的准确性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种涡轮流量传感器，包括传感器主体，所述传感器主体设有流体通道和导流装置；

所述流体通道内设有可旋转叶片和用于检测所述可旋转叶片旋转角度及旋转方向的红外检测模块，所述导流装置包括前导流件、后导流件；

所述前导流件位于所述可旋转叶片的一侧的流体通道内，所述后导流件位于所述可旋转叶片的另一侧的流体通道内。

作为优选方案，所述前导流件内设有若干第一导流片，且若干所述第一导流片在所述前导流件内形成的导流通道连通所述流体通道的一端开口和所述可旋转叶片所在的流体通道；

所述后导流件内设有若干第二导流片，且若干所述第二导流片在所述后导流件内形成的导流通道连通所述流体通道的另一端开口和所述可旋转叶片所在的流体通道。

作为优选方案，若干所述第一导流片之间平行，若干所述第二导流片之间平行，其中一所述第一导流片与其中一所述第二导流片之间平行或在同一直线上。

作为优选方案，若干所述第一导流片倾斜设置在所述前导流件内，若干所述第二导流片倾斜设置在所述后导流件内。

作为优选方案，所述可旋转叶片包括旋转轴和安装在所述旋转轴上的至少二片可反射红外光线的反光叶片；

所述红外检测模块包括红外发射管、第一红外接收管、第二红外接收管，所述红外发射管发出的红外线经所述反光叶片发射至所述第一红外接收管或所述第二红外接收管。

作为优选方案，所述红外发射管的发光端与所述第一红外接收管的接收端关于所述可旋转叶片的中心成90°角；

所述红外发射管的发光端与所述第二红外接收管的接收端关于所述可旋转叶片的中心成135°角，且所述第一红外接收管位于所述第二红外接收管与所述红外发射管之间。

应当理解的是，将所述红外发射管与所述第一红外接收管、所述第二红外接收管的角度分别设置为90°角、135°角，仅仅是本发明的众多可行实施方式的其中一种，并不局限于90°角、135°角，还可以根据实际应用调整为其他角度关系。

本发明实施例还提供一种流量计，包括电源、信号处理器以及如上述的涡轮流量传感器，所述电源分别与所述信号处理器、所述红外检测模块电连接，所述信号处理器的数据端与所述红外检测模块的信号输出端连接。

本发明实施例还提供一种适用于所述的流量计的流量检测方法，包括以下步骤：

所述红外检测模块向所述信号处理器发送检测信号；

所述信号处理器根据所述检测信号获得所述可旋转叶片的旋转周期，并将所述可旋转叶片的旋转周期、所述流体通道的内径代入预设的流量检测公式计算得到流量。

作为优选方案，所述预设的流量检测公式为：

其中，vr表示可旋转叶片的旋转速率，t表示可旋转叶片的旋转周期，a表示校准参数，v1表示流体流速，q表示流量，d表示流体通道的内径。

作为优选方案，所述方法还包括：

所述信号处理器根据所述检测信号判断流体方向，所述流体方向为流体通过所述前导流件进入所述流体通道，或流体通过所述后导流件进入所述流体通道。

综上，本发明实施例提供了涡轮流量传感器、流量计及流量检测方法，其任一实施例具有如下有益效果：

涡轮流量传感器，包括传感器主体，所述传感器主体设有流体通道和导流装置；所述流体通道内设有可旋转叶片和用于检测所述可旋转叶片旋转角度及旋转方向的红外检测模块，所述导流装置包括前导流件、后导流件；所述前导流件位于所述可旋转叶片的一侧的流体通道内，所述后导流件位于所述可旋转叶片的另一侧的流体通道内。通过对涡轮流量传感器进行结构改进，使用红外检测模块替代现有的磁场检测方式，从根源上避免了涡轮流量传感器受到外围磁场干扰，从而有利于提高流量检测的准确性和可靠性。其中，所述流体通道的前后方向均设置有导流件，使得所述涡轮流量传感器在应用于流量检测时，流量从所述流体通道的前端或后端均可进入并引起所述可旋转叶片的转动，从而使得所述红外检测模块能够采集到信号，实现流量的信号采集功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1是本发明实施例中的涡轮流量传感器的纵剖视图；

图2是本发明实施例中的涡轮流量传感器的横剖视图；

图3展示了流体从前导流件进入流体通道；

图4展示了流体从后导流件进入流体通道；

图5是本发明实施例中的流量计的叶片正向旋转时检测信号图；

图6是本发明实施例中的流量计的叶片反向旋转时检测信号图；

图7是本发明实施例中的流量检测方法的步骤流程图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、第二红外接收管；2、第一红外接收管；3、红外发射管；4、可旋转叶片；5、外壳；6、后导流件；7、前导流件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参见图1和图2，本发明优选实施例提供了一种涡轮流量传感器，包括传感器主体，所述传感器主体设有流体通道和导流装置；

所述流体通道内设有可旋转叶片4和用于检测所述可旋转叶片4旋转角度及旋转方向的红外检测模块，所述导流装置包括前导流件7、后导流件6；

所述前导流件7位于所述可旋转叶片4的一侧的流体通道内，所述后导流件6位于所述可旋转叶片4的另一侧的流体通道内。

在本实施例中，通过对涡轮流量传感器进行结构改进，使用红外检测模块替代现有的磁场检测方式，从根源上避免了涡轮流量传感器受到外围磁场干扰，从而有利于提高流量检测的准确性和可靠性。其中，所述流体通道的前后方向均设置有导流件，使得所述涡轮流量传感器在应用于流量检测时，流量从所述流体通道的前端或后端均可进入并引起所述可旋转叶片4的转动，从而使得所述红外检测模块能够采集到信号，实现流量的信号采集功能。

其中，应当说明的是，所述红外检测模块用于产生具有指向性的红外光线并可接收自所述可旋转叶片4反射的红外外光线，通过将接收到的红外光线转化为电信号传输至信号处理器，从而由信号处理器根据红外光线转化的电信号的放大与整形及运算处理，输出流体流量。

请参见图1，为了使得流体均匀进入所述流体通道而引起所述可旋转叶片4的转动，所述前导流件7内设有若干第一导流片，且若干所述第一导流片在所述前导流件7内形成的导流通道连通所述流体通道的一端开口和所述可旋转叶片4所在的流体通道；所述后导流件6内设有若干第二导流片，且若干所述第二导流片在所述后导流件6内形成的导流通道连通所述流体通道的另一端开口和所述可旋转叶片4所在的流体通道。优选的，在所述前导流件7中，相邻的两个所述第一导流片之间的直线距离相等，同样的，相邻的两个所述第二导流片之间的直线距离相等。

其中作为优选的，若干所述第一导流片倾斜设置在所述前导流件7内，若干所述第二导流片倾斜设置在所述后导流件6内，所述第一导流片为在所述前导流件7内具有一定倾角的连接板，所述第二导流片为在所述后导流件6内具有一定倾角的连接板。若干所述第一导流片之间平行，若干所述第二导流片之间平行，其中一所述第一导流片与其中一所述第二导流片之间平行或在同一直线上，所述第一导流板与所述第二导流板呈180度对应。

这样当流体从所述前导流件7进入，由于所述前导流件7具有一定倾角，能够使流体在所述前导流件7的作用下，产生偏转的同时而推动所述可旋转叶片4，使所述可旋转叶片4产生正向(指定该方向为正向)旋转(如图3箭头所示为流体流动方向)；

而当流体从所述后导流件6进入，流体在所述后导流件6的作用下，因所述后导流件6与所述前导流件7成180°对应，产生与所述前导流件7产生的偏转方向反方向的偏转方向，同时推动所述可旋转叶片4，使所述可旋转叶片4产生反向旋转(如图4箭头所示为流体流动方向)。

结合图1和图2所示，在本发明的其中一种实施方式中，所述可旋转叶片4包括旋转轴和安装在所述旋转轴上的至少二片可反射红外光线的反光叶片；

所述红外检测模块包括红外发射管3、第一红外接收管2、第二红外接收管1，所述红外发射管3发出的红外线经所述反光叶片发射至所述第一红外接收管2或所述第二红外接收管1。

作为优选的，所述红外发射管3的发光端与所述第一红外接收管2的接收端关于所述可旋转叶片4的中心成90°角；

所述红外发射管3的发光端与所述第二红外接收管1的接收端关于所述可旋转叶片4的中心成135°角，且所述第一红外接收管2位于所述第二红外接收管1与所述红外发射管3之间。

在本实施例中，所述可旋转叶片4的旋转切面安装有一只红外发射管3、第一红外接收管2与第二红外接收管1，所述第一红外发射管3与所述第二红外接收管1呈90°放置，所述第一红外接收管2与所述第二红外接收管1呈45°放置(角度可根据实际需要调整)，而且3只红外管均与叶片旋转面同一平面。

其中，应当说明的是，将所述红外发射管3与所述第一红外接收管2、所述第二红外接收管1的角度分别设置为90°角、135°角，仅仅是本发明的众多可行实施方式的其中一种，并不局限于90°角、135°角，还可以根据实际应用调整为其他角度关系，在此不进行一一赘述。

此外，在本发明实施例中，为了使结构合理化，所述传感器主体还包括用于各部件安装及固定的外壳5，所述流体通道设置在所述外壳5内。作为优选的，所述流体通道的横截面呈圆形。

本发明实施例还提供一种流量计，包括电源、信号处理器以及如上述的涡轮流量传感器，所述电源分别与所述信号处理器、所述红外检测模块电连接，所述信号处理器的数据端与所述红外检测模块的信号输出端连接。

当所述可旋转叶片4产生旋转时，叶片旋转到特定角度，红外发射管3发射的红外光线经叶片反射到第一红外接收管2或第二红外接收管1上，并由第一红外接收管2或第二红外接收管1转换为电信号传输至信号处理器，由信号处理器对电信号进行放大与整形及运算处理，输出流体流量。

本发明实施例还提供一种适用于所述的流量计的流量检测方法，包括以下步骤：

s1、所述红外检测模块向所述信号处理器发送检测信号；

s2、所述信号处理器根据所述检测信号获得所述可旋转叶片4的旋转周期，并将所述可旋转叶片4的旋转周期、所述流体通道的内径代入预设的流量检测公式计算得到流量。

其中，所述预设的流量检测公式为：

其中，vr表示可旋转叶片4的旋转速率，t表示可旋转叶片4的旋转周期，a表示校准参数，v1表示流体流速，q表示流量，d表示流体通道的内径。

在本发明的其中一种实施方式中，所述方法还包括：

s3、所述信号处理器根据所述检测信号判断流体方向，所述流体方向为流体通过所述前导流件7进入所述流体通道，或流体通过所述后导流件6进入所述流体通道。

作为示例性的，下面对所述流量计的流量检测原理进行说明：

当叶片产生正向旋转时，检测过程为：

1、叶片旋转到特定角度，红外发射管3发射的红外光线经叶片反射到第一红外接收管2上，并由第一红外接收管2转换为电信号；

2、叶片继续旋转，红外发射管3发射并经由叶片反射的红外光线离开第一红外接收管2；

3、叶片继续旋转，红外发射管3发射的红外光线经叶片反射到第二红外接收管1上，并由第二红外接收管1转换为电信号；

4、叶片继续旋转，红外发射管3发射并经由叶片反射的红外光线离开第二红外接收管1；

5、叶片旋转重复过程1至4。

由所述信号处理器接收从所述第一红外接收管2与所述第二红外接收管1产生的电信号，对电信号进行放大及整形，叶片正向旋转时，经整形后的信号如图5所示。

当叶片产生反向旋转时，检测过程为：

1、叶片旋转到特定角度，红外发射管3发射的红外光线经叶片反射到第二红外接收管1上，并由第二红外接收管1转换为电信号；

2、叶片继续旋转，红外发射管3发射并经由叶片反射的红外光线离开第二红外接收管1；

3、叶片继续旋转，红外发射管3发射的红外光线经叶片反射到第一红外接收管2上，并由第一红外接收管2转换为电信号；

4、叶片继续旋转，红外发射管3发射并经由叶片反射的红外光线离开第一红外接收管2；

5、叶片旋转重复过程1至4。

由所述信号处理器接收从所述第一红外接收管2与所述第二红外接收管1产生的电信号，对电信号进行放大及整形，叶片正向旋转时，经整形后的信号如图6所示。

请参见图7，在所述可旋转叶片4正向旋转或反向旋转过程中，叶片每旋转一周均为这4个信号状态(b01、b00、b10、b00)，指定前后两个信号为b01时的状态，计算其间隔时间t(t＝t2-t1)，由转速计算可得叶片的旋转速率。

因流体流速与叶片呈正向比例关系，流体流速为v1＝a×vr(a为校准参数，根据实际情况测量计算取得)，传感器通孔内径为d，计算可得流量

综上，本发明实施例提供了涡轮流量传感器、流量计及流量检测方法，具有如下有益效果：

1、通过对涡轮流量传感器进行结构改进，使用红外检测模块替代现有的磁场检测方式，从根源上避免了涡轮流量传感器受到外围磁场干扰，无需额外进行防磁处理，从而有利于提高流量检测的准确性和可靠性。

2、所述流体通道的前后方向均设置有导流件，使得所述涡轮流量传感器在应用于流量检测时，流量从所述流体通道的前端或后端均可进入并引起所述可旋转叶片4的转动，从而使得所述红外检测模块能够采集到信号，实现流量的信号采集功能。

3、通过所述前导流件7、所述后导流件6的导流，所述信号处理器能够根据所述第一红外接收管2、所述第二红外接收管1的光信号检测流体的流动方向。

4、涡轮流量传感器结构简单、成本较低。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。