CN102840357A - 流量测量和控制一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量测量和控制一体化装置。它包括阀体、阀芯和阀杆；阀体包括进水管、阀腔体、出水管、阀腔盖，阀腔体位于进水管和出水管之间，阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔，阀芯安装在阀腔内；阀芯设有连接进水管和出水管的通孔，阀芯包括线圈、第一电极、第二电极、引线；第一电极、第二电极对称设置在通孔两端，引线为倒叉形，引线的叉头两端分别与第一电极、第二电极相连，引线的叉杆从阀杆伸出；阀杆位于阀芯顶部，从阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆与阀腔盖之间设有密封圈。本发明将流量传感器和控制阀一体化，结构简单紧凑，具有体积小、成本低、便于安装等特点。

Description

流量测量和控制一体化装置

技术领域

本发明涉及流量计和控制阀领域，特别涉及热计量、水计量、污水计量、供热节能、室温控制等领域。本发明适用于户用热量表、冷量表、水表、污水表等流量测量与控制领域，特别适用于户用平衡表、平衡热量表等产品，本发明所提供的布置方法也适用于其他流量控制的通用领域。

背景技术

流量计是一类流量测量仪表，按测量原理分类，有：电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、转子流量计、热式质量流量计、科氏质量流量计等。

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应原理的流量测量仪表，其基本原理是：当带有导电介质的流体通过磁场时，流体切割磁力线，在磁场的垂直方向上产生感应电势，感应电势的幅度和流体的流速成正比，从而获得流体的流速，进而获得流体的流量。为了产生磁场，在测量管的周围，安装有励磁线圈，所产生的磁场穿过流体，从而在流体中产生感应电势，在感应电势的正负极位置安装电极，即可测量感应电势的大小。电磁流量计在流量测量中有广泛的应用，具有测量精度高、线性度好、测量管内无构造件、抗污染物等优势。

控制阀是一类流量控制装置，主要由阀体、阀芯和阀杆等部件组成，阀杆推动阀芯运动，改变流道的流通面积大小，从而控制流量。控制阀按结构分类，有：球阀、蝶阀、闸阀等。球阀是一种以旋转运动控制流量的控制阀，阀芯为球形，有一个通孔，当阀芯旋转时，通孔位置随之变化，从而改变流道的流通面积，实现流量控制。

现有技术中流量测量和控制的实现，通常情况下，由独立的流量计和控制阀组成。比如，将流量计和控制阀串联在同一管路上，控制阀根据流量计测得的流量信号，调整阀门的开度，从而控制流量。这种独立的配置方法，流量计和控制阀要分别安装，存在安装复杂、占用空间大的问题，在机箱和井道等空间局促的场合，该方法实施难度大、成本高，尤其在需要计量收费的应用场合，容易被人为破坏，从而不具有防盗能力。该方案通常使用在工业等一般场合，在特定场合，如城市集中供暖的户用平衡表、平衡热量表等，该方法存在安装复杂、占用空间大、成本高、不防盗等问题，所以并不适用。

为了解决供热领域流量控制的问题，也有将流量计和控制阀安装于同一壳体的方法。因为流量计和控制阀在壳体内是分立的，所以这种方法只是简单地解决了安装问题，仍然没有解决占用空间大、成本高的问题。

随着城市集中供暖的发展，发明一种能够实时控制供热流量的仪表，在供热节能中显得越来越重要，特别是提供一种便于安装、体积小、成本低的一体化供热流量控制仪表，满足该领域的使用要求，成为解决集中供热系统节能的重要方案之一。现有技术中，还未见有将流量计和控制阀完全结合的一体化布置方法。

综上所述，现有技术的流量测量和控制装置主要存在以下两个问题：

1）无论独立的方法，还是分立的方法，体积大且成本高；

2）独立的方法，需要安装两个部件，安装复杂且无法有效防盗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种流量测量和控制一体化装置。

流量测量和控制一体化装置包括阀体、阀芯和阀杆；阀体包括进水管、阀腔体、出水管、阀腔盖，阀腔体位于进水管和出水管之间，阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔，阀芯安装在阀腔内；阀芯设有连接进水管和出水管的通孔，阀芯包括线圈、第一电极、第二电极、引线；第一电极、第二电极对称分布于通孔的两侧内壁，引线为倒叉形，引线的叉头两端分别与第一电极、第二电极相连，引线的叉杆从阀杆伸出；阀杆位于阀芯顶部，从阀腔体和阀腔盖组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆与阀腔盖之间设有密封圈。

所述的线圈包括上线圈、下线圈，上线圈位于阀芯通孔的上方、下线圈位于通孔的下方。

所述的阀芯还包括磁芯，线圈包括上线圈、下线圈，磁芯为下磁芯，上线圈位于阀芯通孔的上方、下线圈位于通孔的下方，下线圈包围下磁芯。

所述的阀芯还包括磁芯，线圈为上线圈，磁芯包括上磁芯、下磁芯，上线圈位于阀芯通孔的上方，上线圈包围上磁芯，下磁芯位于通孔的下方。

所述的阀芯（2）还包括磁芯，线圈包括上线圈（3）、下线圈（4），磁芯包括上磁芯（5）、下磁芯（6），上线圈（3）位于阀芯（2）通孔的上方、下线圈（4）位于通孔的下方，上线圈（3）包围上磁芯（5），下线圈（4）包围下磁芯（6）。

所述的阀芯的通孔截面的垂直方向尺寸小于水平方向尺寸。

所述的阀杆位于阀芯的上方或下方，并和阀芯一体，阀芯和阀杆为同一垂直旋转轴心，能水平旋转。

所述的阀体的制造材料为塑料、铜、不锈钢、铝合金或复合材料；所述的塑料为导电塑料。

所述的阀体衬有金属屏蔽层；

所述的引线的叉头设有温度传感器。

本发明解决了现有技术存在的体积大、成本高、安装复杂的问题，同时提高了防盗能力。现有技术中，最接近方法是将流量测量装置和控制装置分置在一个壳体中，未见有将流量测量装置和控制装置一体化的装置。本发明将流量传感器内置于控制阀的阀芯内，同时增加了控制阀的进水管和出水管的长度，以便稳定流体的流场，提高流量传感器的测量精度。本发明根据城市供暖管网的特点，采用电磁感应原理测量流体的流速，具有测量精度高、线性度好、测量管内无构造件、抗污染物等优点。控制阀采用类似球阀的布置方式，阀芯带有通孔，为了便于传感器的布置，本发明的阀芯设计成带通孔的圆柱形。选择合适的阀芯形状，将传感器布置在阀芯内，实现流量测量和控制的一体化布置。本发明所用电磁感应测量原理的流量传感器，由线圈和电极组成。线圈布置在通孔上方和下方，电极水平布置在通孔内壁的两侧，其中线圈可以进一步包含有磁芯，以便提高磁场的强度。为了便于线圈的布置，通孔的截面被布置成长圆形，以缩小上下的间距，提高磁场的强度，同时减小阀芯的总体尺寸。

根据本发明的另一方面，提供了一种测量双向流量的装置，方便了安装。本发明的进水管和出水管采用对称布置，阀芯和内部的流量传感器也采用对称布置，实现流量的双向测量。本发明所提供的装置，进水和出水的方向可以任意选择，相对于现有技术，安装时无需考虑进水和出水的方向，从而简化了安装。

根据本发明的另一方面，提供了一种热流量的测量布置，降低了热流量测量成本。本发明在阀芯中，进一步包含有温度传感器，传感器信号通过导线传输至外部，从而测得流体的温度，进而获得流体的热量。本发明将温度传感器和流量传感器内置于阀芯中，现对于现有技术是将温度传感器独立分置，具有结构简单、成本低的特点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）流量测量和控制一体化，体积小，成本低，便于安装；

2）流量测量和控制一体化，不容易被人为破坏，防盗能力强；

3）阀芯内置温度传感器，实现热量测量，结构简单、成本低。

当然，本发明的任一技术方案不一定能全部实现以上有益效果。

附图说明

图1是流量测量和控制一体化装置的结构剖面视图；

图2是流量测量和控制一体化装置的A-A面剖面视图；

图3是实施例2所述的阀芯剖面视图；

图4是实施例3所述的阀芯剖面视图；

图5是实施例4所述的阀芯剖面视图；

图中，进水管1a、阀腔体1b、出水管1c、阀体盖1d、金属屏蔽层1e、阀芯2、上线圈3、下线圈4、上磁芯5、下磁芯6、第一电极7a、第二电极7b、阀杆8、引线9、密封圈10、温度传感器11。

具体实施方式

  下面结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

参见图1和图2，流量测量和控制一体化装置包括阀体、阀芯2和阀杆8；阀体包括进水管1a、阀腔体1b、出水管1c、阀腔盖1d，阀腔体1b 位于进水管1a和出水管1c之间，阀腔体1b和阀腔盖1d组成一个顶部开口的阀腔，阀芯2安装在阀腔内；阀芯2设有连接进水管1a和出水管1c的通孔，阀芯2包括线圈、第一电极7a、第二电极7b、引线9；第一电极7a、第二电极7b对称分布于通孔的两侧内壁，引线9为倒叉形，引线9的叉头两端分别与第一电极7a、第二电极7b相连，引线9的叉杆从阀杆8伸出；阀杆8位于阀芯2顶部，从阀腔体1b和阀腔盖1d组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆8与阀腔盖1d之间设有密封圈10。所述的阀芯2还包括磁芯，线圈包括上线圈3、下线圈4，磁芯包括上磁芯5、下磁芯6，上线圈（3）位于阀芯（2）通孔的上方、下线圈（4）位于通孔的下方,上线圈3包围上磁芯5，下线圈4包围下磁芯6。进水管1a和出水管1c可为圆形管道，包含有连接外部管道的标准螺纹，以便和外部管道连接。进水管1a和出水管1c采用对称设计，进水和出水的方向可以任意选择，以便安装。阀体1内有圆柱形阀腔，阀腔与进水管1a和出水管1c的管路相通。装配时，阀腔内先安装阀芯2，再安装阀腔盖1d，阀腔盖1d和阀腔体1b之间用密封材料密封固定，密封材料可以选择胶水、橡胶、聚四氟乙烯等。所述的阀芯2的通孔截面的垂直方向尺寸小于水平方向尺寸。所述的阀杆8位于阀芯2的上方或下方，并和阀芯2一体，阀芯2和阀杆8为同一垂直旋转轴心，能水平旋转。所述的阀体的制造材料为塑料、铜、不锈钢、铝合金或复合材料；所述的塑料为导电塑料。所述的阀体衬有金属屏蔽层1e；所述的引线9的叉头设有温度传感器11。阀芯2可采用塑料材料注塑成型工艺制造，形状为圆柱体，中部位置有水平方向的长圆形通孔（参见图2）。当阀芯2处于如图1所示的导通位置时，阀芯2的通孔、以及进水管1a和出水管1b的管道构成了完整的流道，以便实现流量的测量。阀芯2在导通的位置旋转90度，即处于关闭位置。阀芯2内部包含有线圈（上线圈3、下线圈4）、磁芯（上磁芯5、下磁芯6）和电极（第一电极7a、第二电极7b）组成的流量传感器，线圈和磁芯采用注塑成型工艺固定在阀芯2内。所述线圈为水平方向绕制，在通孔中产生垂直方向的磁场，图1和图2所示为线圈的剖面，根据法拉第电磁感应原理，磁场穿过通孔中的流体，从而在流体中产生感应电势。上磁芯5位于上线圈3的中部，下磁芯6位于下线圈4的中部，上磁芯5的中心进一步包含有垂直方向的孔，以便放置引线9。为了保证磁场对称，上磁芯5和下磁芯6具有相同的形状和尺寸，以提高流量测量精度。

电极为导电塑料，并且采用注塑成型工艺固定在通孔内壁上。阀杆8和阀芯2可采用注塑成型工艺一体制造，阀杆8和阀芯2围绕同一垂直旋转轴心做水平旋转，以便实现阀芯的导通和关闭。设置在阀杆8与阀腔盖1d之间的密封圈10，可以采用o型橡胶圈、油封或密封填料等密封方式。阀芯2还进一步包含有引线9，引线9穿过阀杆8，引线9可采用印刷电路板制造，用于电极（第一电极7a、第二电极7b）、线圈（上线圈3、下线圈4）的外部电连接（参见图2）。引线9以及相关电路采用本领域技术人员所熟知的技术，这里不再深入解释。阀芯2还进一步包含有温度传感器11，以便测量流体的温度，进而获得流体的热量，温度传感器11安装在引线9的印刷电路板上，靠近阀芯2的通孔内壁。阀芯2采用对称设计，进水和出水的方向可以任意选择，方便安装。  

实施例2

见图1和图3，所述的线圈包括上线圈3、下线圈4，但是与实施例1相比缺少上磁芯5、下磁芯6。

实施例3

见图1和图4，所述的阀芯2包括磁芯，线圈包括上线圈3、下线圈4，磁芯为下磁芯6，下线圈4包围下磁芯6，但是与实施例1相比缺少上磁芯5。

实施例4

见图1和图5，所述的阀芯2包括磁芯，线圈为上线圈3，磁芯包括上磁芯5、下磁芯6，上线圈3包围上磁芯5，但是与实施例1相比缺少下线圈4。

本发明流量测量和控制一体化装置，阀芯可为带通孔圆柱形，或其他形状，如球形等；阀芯2内的通孔为长圆形，此外还可以采用长方形、圆形、椭圆形等形状，都在本专利的保护范围内。基于本发明的技术方案变型，比如采用各种可能的形状和部件，以及可能的实施顺序和步骤，如线圈与磁芯位置的上下变换，均应认为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：它包括阀体、阀芯（2）和阀杆（8）；阀体包括进水管（1a）、阀腔体（1b）、出水管（1c）、阀腔盖（1d），阀腔体（1b） 位于进水管（1a）和出水管（1c）之间，阀腔体（1b）和阀腔盖（1d）组成一个顶部开口的阀腔，阀芯（2）安装在阀腔内；阀芯（2）设有连接进水管（1a）和出水管（1c）的通孔，阀芯（2）包括线圈、第一电极（7a）、第二电极（7b）、引线（9）；第一电极（7a）、第二电极（7b）对称分布于通孔的两侧内壁，引线（9）为倒叉形，引线（9）的叉头两端分别与第一电极（7a）、第二电极（7b）相连，引线（9）的叉杆从阀杆（8）伸出；阀杆（8）位于阀芯（2）顶部，从阀腔体（1b）和阀腔盖（1d）组成一个顶部开口的阀腔伸出，阀杆（8）与阀腔盖（1d）之间设有密封圈（10）。

2.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的线圈包括上线圈（3）、下线圈（4），上线圈（3）位于阀芯（2）通孔的上方,下线圈（4）位于通孔的下方。

3.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀芯（2）还包括磁芯，线圈包括上线圈（3）、下线圈（4），磁芯为下磁芯（6），上线圈（3）位于阀芯（2）通孔的上方,下线圈（4）位于通孔的下方，下线圈（4）包围下磁芯（6）。

4.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀芯（2）还包括磁芯，线圈为上线圈（3），磁芯包括上磁芯（5）、下磁芯（6），上线圈（3）位于阀芯（2）通孔的上方，上线圈（3）包围上磁芯（5），下磁芯（6）位于通孔的下方。

5.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀芯（2）还包括磁芯，线圈包括上线圈（3）、下线圈（4），磁芯包括上磁芯（5）、下磁芯（6），上线圈（3）位于阀芯（2）通孔的上方,下线圈（4）位于通孔的下方，上线圈（3）包围上磁芯（5），下线圈（4）包围下磁芯（6）。

6.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀芯（2）的通孔截面的垂直方向尺寸小于水平方向尺寸。

7.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀杆（8）位于阀芯（2）的上方或下方，并和阀芯（2）一体，阀芯（2）和阀杆（8）为同一垂直旋转轴心，能水平旋转。

8.如权利要求1所述的一种流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀体的制造材料为塑料、铜、不锈钢、铝合金或复合材料；所述的塑料为导电塑料。

9.如权利要求1所述流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的阀体衬有金属屏蔽层（1e）。

10.如权利要求1所述流量测量和控制一体化装置，其特征在于：所述的引线（9）的叉头设有温度传感器（11）。

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