流量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于測量流體的流率的流量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于例如測量水流率的流體流量計使用廣泛并且基于不同的物理工作原理而操 作。一類流量計被稱作磁流量計，并且依賴于洛倫茨力原理，對承載包含離子的流體的通道 施加磁場。與流動方向正交的磁場位移或分離流體中的正離子（陽離子）和負離子（陰離 子）。這在通道上引起與流體流量成比例的電勢差。該電勢差可以由在通道任一側(cè)處的傳 感器電極檢測作為DC測量。形成通道的材料必須是絕緣體，使得可以檢測到電勢差。由于 流體流量難以確定，電極處的電化學(xué)和其他效應(yīng)可以引起電勢差漂移并因此導(dǎo)致電勢差分 量。這可以通過使用電磁鐵并持續(xù)使磁場反轉(zhuǎn)來消除。然而，這僅可以在相對較低頻率下 進行，原因在于頻率越高，洛倫茨力對離子的作用越難以測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的各個方面在所附權(quán)利要求中限定。在第一方面中，描述了 一種用于檢測 通道中含離子流體的流率的流量傳感器，該流量傳感器包括：電容性傳感器以及耦接至電 容性傳感器的處理器，并且其中電容性傳感器可操作于檢測由于磁場對流體中離子的偏轉(zhuǎn) 而引起的電容值變化，并且處理器可操作于根據(jù)檢測的電容值變化和預(yù)定磁場強度值來確 定流體的流速。
[0004] 電容性傳感器允許流量傳感器置于通道內(nèi)或與流量方向平行的單個平面上。這是 因為電容值變化不需要電極位于不同平面上。電容性感測的使用減小了對電遷移效應(yīng)的靈 敏度，并因此可以不使用電磁鐵而使用永磁鐵來產(chǎn)生磁場，從而獲得較低成本的傳感器。
[0005] 在流量傳感器的實施例中，電容性傳感器包括多個納米電極。多個納米電極可以 用于在存在磁場的情況下檢測流經(jīng)傳感器的流體中的極小電容變化，這種極小電容變化可 以幾個阿托法拉。
[0006] 在流量傳感器的實施例中，電容性傳感器還包括：多個電荷泵電路和多個積分電 容器，其中多個電荷泵電路中的每一個耦接至多個納米電極中相應(yīng)的一個以及多個積分電 容器中相應(yīng)的一個。
[0007] 在實施例中，流量傳感器包括與處理器耦接的溫度傳感器。這允許流量傳感器針 對給定流率動態(tài)地補償溫度對所測量電容值的任何影響。
[0008] 在實施例中，流量傳感器包括與處理器耦接的磁場傳感器。這允許流量傳感器針 對給定流率動態(tài)地補償與所測量電容值有關(guān)的任何磁場強度變化。
[0009] 在流量傳感器的實施例中，處理器還可操作于在預(yù)定截面面積的通道中流經(jīng)電容 性傳感器的流體體積。
[0010] 如果流量傳感器放置在已知截面面積的流體通道中，則處理器可以通過隨時間對 與截面面積相乘而確定的流體流量速度進行積分來確定流經(jīng)傳感器的流體體積。 toon] 在實施例中，流量傳感器可以包括與處理器耦接的觸摸傳感器，并且流量傳感器 可操作于響應(yīng)于用戶對觸摸傳感器的觸摸，從待機操作模式變化到正常操作模式。這可以 在不需要流量感測時降低功耗要求。
[0012] 在實施例中，流量傳感器可以包括與處理器耦接的近場通信（NFC)接收器。NFC 接收器可以用于接收與預(yù)定體積或流率有關(guān)的數(shù)據(jù)，或者可以用于更新缺省的流率值或從 NFC發(fā)射器發(fā)送的磁場強度。NFC接收器也可以用于致動例如分接頭（tap)上的閥門，以及 發(fā)起對流量傳感器的校準(zhǔn)或初次測量。
[0013] 流量傳感器的實施例可以包括與處理器耦接的射頻應(yīng)答器。RF應(yīng)答器或收發(fā)機 允許流量傳感器與遙控和/或監(jiān)控設(shè)備無線通信。遙控和/或監(jiān)控設(shè)備可以是專用無線網(wǎng) 絡(luò)，或者可以經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)連接。包括RF應(yīng)答器的流量傳感器的實施例可以根據(jù)Zigbee標(biāo) 準(zhǔn)或其他建筑物控制系統(tǒng)中使用其他協(xié)議來通信。
[0014] 流量傳感器的實施例可以實現(xiàn)為集成電路，以允許以較低成本制造魯棒的流量傳 感器。
[0015] 流量傳感器的實施例可以形成包括磁體的流量測量設(shè)備的一部分，磁體布置為使 得在操作中磁場將流體中的正離子和負離子之一朝向電容性傳感器位移。
[0016] 為了最大靈敏度，用于提供磁場的磁體可以布置為使得磁場與要測量的流體的流 動方向正交。然而，假設(shè)磁場沿朝向流量傳感器的一般方向偏轉(zhuǎn)陽離子或陰離子，則可檢測 到電容變化。
[0017] 磁體可以是電磁鐵或永磁體，例如Nd2Fe14B或其他鐵磁材料。
[0018] 流量傳感器的實施例可以包括與處理器耦接的pH傳感器。
[0019] 流量傳感器的實施例可以與磁體一起并入到水分接頭上，水分接頭也可以被稱作 旋塞或龍頭。
[0020] 流量傳感器可以確定并顯示分配的水體積，使得分接頭的用戶可以將已知體積的 水分配到容器中。這可以減少例如給電熱壺注液通常導(dǎo)致太多水（因為在放液時難以看到 注液面）時的能量損失。在烹飪食譜中，需要對特定體積的水進行量化，這通常由有刻度的 燒杯來進行。包括具有顯示器的流量傳感器的分接頭去除了有刻度的測量燒杯的需要，所 述顯示器示出了所分配的水量。
[0021] 包括近場通信接收器的流量傳感器的實施例可以包括在分接頭中。容器可以包括 包含容器容量的分接頭，可以將容器容量傳送到流量傳感器。分接頭可以在已經(jīng)分配了所 需水量時產(chǎn)生警報。
[0022] 具有包括觸摸傳感器或NFC接收器的流量傳感器的分接頭的實施例可以耦接至 用于控制閥門的致動器。分接頭可操作于響應(yīng)于觸摸了觸摸傳感器或NFC發(fā)射器接近分接 頭放置，來打開和/或關(guān)閉閥門。
[0023] 在第二方面中，描述了一種用于測量含離子流體的流率的方法，該方法包括：檢測 由于磁場對流體中離子的偏轉(zhuǎn)而引起的電容值，并且根據(jù)檢測到的電容值來確定流體的流 速。
【附圖說明】
[0024] 現(xiàn)在僅作為示例詳細描述并在所述附圖示意本發(fā)明的實施例，在附圖中：
[0025] 圖1示出了根據(jù)實施例的流量傳感器。
[0026] 圖2是示出了流量傳感器的操作原理的等效電路。
[0027] 圖3示出了根據(jù)實施例的示例流量傳感器。
[0028] 圖4示出了圖3的流量傳感器電路的操作原理。
[0029] 圖5示出了根據(jù)實施例的流量傳感器的操作方法。
[0030] 圖6示出了根據(jù)實施例的包括溫度傳感器的流量傳感器。
[0031] 圖7示出了根據(jù)實施例的包括NFC接收器和顯示器的流量傳感器。
[0032] 圖8示出了根據(jù)另一實施例的包括無線收發(fā)機的流量傳感器。
[0033] 圖9示出了根據(jù)實施例的包括霍耳效應(yīng)傳感器的流量傳感器。
[0034] 圖10示出了根據(jù)實施例的包括流量傳感器的分接頭或旋塞或龍頭。
[0035] 圖11示出了根據(jù)另一實施例的包括與閥門耦接的流量傳感器的分接頭或旋塞或 龍頭。
【具體實施方式】
[0036] 圖Ia示出了包括電容性傳感器10的流量傳感器100,電容性傳感器10可以耦接 至處理器12。電容性傳感器10可以包括多個小電容器電極，多個小電容器電極可以是納米 電極。在操作中，電容性傳感器10可以放置為感測通道中包含離子的流體的流量，如圖Ib 所示。例如，該流體可以是水，但是也可以是包含離子的任何其他流體。在例如用于檢測水 流速Φ的操作中，可以在放置了電容性傳感器的點處向通道中水流方向正交地施加磁場 B。由于洛倫茨力，磁場將物理上分離流動的水中的正離子（例如，H3O+)和負離子（例如， OH )。電容性傳感器10可以檢測到這種分離。所測量電容與管中水的流速成比例，所測量 電容變化依賴于管中水的漂移速度。處理器12可以將檢測到的電容值轉(zhuǎn)換成表示水流速 的值。
[0037] 為了降低石灰結(jié)垢對傳感器的可能影響，其中要測量的流體是水，流量傳感器可 以置于通道表面的一部分（其中，陽離子置于遠離傳感器的位置處）上。
[0038] 在實施例中，處理器可以是與邏輯電路相結(jié)合的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生表示流率的 數(shù)字值。在實施例中，處理器可以是微處理器或微控制器。電容性傳感器的實施例可以包 括在單個半導(dǎo)體基板上形成的多個納米電極。處理器12和電容性傳感器10可以實現(xiàn)為單 個集成電路。
[0039] 圖2