磁流量传感器和带有该传感器的流量计制造技术

用于测量流体（１０８）流量的磁传感器（１０９）具有电极（１０２）和交变磁场（１０７），电极（１０２）在低于５Ｈｚ的频率范围内比包含碳或耐腐蚀金属合金的电极具有更低的噪音能量。在１Ｈｚ左右的磁场频率下，电极（１０２）的噪音特性低于包含碳或耐腐蚀金属合金的电极的噪音特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁流量传感器，特别涉及磁性水流量计。
技术介绍
常规应用的水表，机械式流量传感器(典型的容积式或单/多喷射口涡轮式)连接有测量传感器重复周期数目的记录器机构。该机构通常是机械记数表。即使是在用带数字计数器的固态记录器代替计数表的情况下，将其与电子设备连接需要远程读表，因而导致麻烦和不经济。同样是固态的流量传感器的应用可减少上述连接问题。这种流量传感器是一种熟知的并且在图1剖面图中以实例的方式示出的磁流量传感器。流体管101加装包括一对电极102的磁传感器109，102设置在管101的一个直径的方向上，每个电极102的至少一个表面的局部与管中流体108充分接触。磁极片103，设置在管101沿纵向的直径方向上并且与磁回路104相连。如现有技术中熟知的，磁场107对大量介质中携带的带电粒子(水中的离子)施加作用力，导致带电粒子向与磁场方向和大量流体移动方向直交的方向偏移。相反的带电粒子的相互位移产生沿移动方向上的电场，电场的建立直到作用在上述离子上的静电力与磁力达到平衡为止。由于磁力内在地依赖于大量介质的流动速度，反向电场(或势差)提供了便利的用于确定流速的手段，同时整个时间段的积分使得流过管的全部流体体积能够被计算出来。用于处理电极信号从而得到该测量值的电路在现有技术中是熟知的，因而在此不再繁述。众所周知，改变施加的磁场是有利的，以便克服各种静场测量的局限。在流体中用于测量电势差的电极的特性决定了这样一种局限。理想的电极将与流体形成完美的接触，通过任何路径穿过固液界面电荷的交换都没有能量障碍。这在实际系统中很难见到，而且更加可能的是在界面上出现电势差。电势差通常是被很难确定的，而且在时间上随机地变化从而呈现出与频率成反比的噪音频谱(1/f)。因而静电场(DC)测量就容易造成大的瞬时误差。在已知的频率f0下改变施加的磁场能够部分地克服上述问题如图2所示，这导致期望的电信号201同样出现在频率f0处，f0的值选择为明显高于电极噪音频谱202的特征频率。电信号幅度的测量提供了流速的显示值，该显示值实质上无误差。施加交变磁场的另一个理由是基于典型电极的小信号电阻抗，即电极之间加入的测试电路感知的电阻抗，也随着频率的增加而下降。因此允许测试电路从信号源获取更多的电流，而不产生实质误差。主要的优势是可以采用更简单、廉价的测试电路设计。欲理解电极的频率独立特性，认识图3的简单的电极模式是有用的，其常用于固液界面301，由与电容器303并联的电阻器302组成。固体304和液体305之间的带电离子的直接交换由流过电阻器302的电流流量表示，而电容器303表示在界面附近聚集而实际上不穿过界面的带电离子的趋势。实际上在超过1Hz的频率下，电容器303通常为流过固液界面的小信号电流的流动提供更顺畅的通路。在图1的装置中，交变磁场借助缠绕在磁路104局部的线圈105获得并且被输入适当的交变电流波形。而且，为了降低功耗，给磁路104提供一个或多个释放剩磁的元件106是已知的，从而只有在需要改变磁场状态时才需要为线圈施加电压。本专利技术具有进一步降低磁流量传感器功耗的目的。
技术实现思路
因此，本专利技术包括具有电极和交变磁场的磁流量传感器，其中电极在低于5Hz的频率内比包括碳或耐腐蚀金属合金的电极具有更低的噪音能量。本专利技术基于这样的认识，通过使用在低频比常规应用于水表的电极具有更低噪音能量的电极，交变磁场的频率能够被降低到同样的信噪比，该信噪比转而降低传感器的功耗。相比较而言，选择已知磁流量传感器的电极是由于其具有耐腐蚀的效果，因此由耐腐蚀金属合金例如不锈钢或哈司特镍合金(Hastelloy)制成。在这种已知的传感器中，很难确定整个界面的电化学电势，在更长的、秒级的时间段，允许大的变化。然而，由于已知的传感器在远大于1Hz的磁场频率下工作，其没有导致问题。因此，区别地表示，本专利技术也是由具有电极和交变磁场的磁流量传感器组成，其中电极在1Hz左右的磁场频率所具有的噪音特性低于包括耐腐蚀金属合金的电极的噪音特性。有利地，配置电极以便随着流体的流动，动电电流(galvanic current)流过电极的表面。动电电流因流过固液界面的带电粒子的移动或交换而产生。其与位移电流不同，在已知磁流量计中位移电流是在液体和传感器电极之间流动，而且其流动是相反电荷粒子在界面的任何一边累积或分散而实际上不穿过相界的结果。动电电流配置显著地改善了电极的电阻抗和噪音特性。优选地，配置电极以便使动电电流由离子承载。由于固态银在水中可以长时间保持稳定而且没有明显的腐蚀，因此银粒子有特殊的优势。再有，其无毒是允许的食品添加剂(E174)。在电化学序列中银也是接近铜的，可以减少水管中不期望的电解腐蚀的危害。其也是生物杀灭剂，可以帮助防止麻烦的微生物膜在电极内和周围的滞留和形成。在优选的实施例中，电极包括金属和在该金属和流动的流体之间插入的该金属的盐，从而帮助导体和构成动电电流基础的流体之间的电荷交换。盐或离子化合物更适宜为在要被测量的流动流体中微溶，因此能够在电极中保留。在金属是银的场合，离子化合物可以是卤化银盐。此外，在流体是水的场合，这种卤化银盐能够由自来水中非常普遍出现的离子(氯化物、氟化物)方便地形成。卤化银形成稳定的电化学半电池与金属接触。电极包含金属盐层，该层电化学地沉积在金属表面，例如通过阳极电镀。可选地，电极可以包括金属表面上金属盐的烧结层。层的厚度将影响电极的阻抗如果它太厚，将会给整个电路增加额外的串联阻抗，反之如果它太薄，浓度将不足以维持所需的电化学反应。因此层的厚度要更适宜地选择，例如根据经验，选取在这两个极限值之间以便使电极的阻抗为最小值。通过粗糙化金属表面以便增加其有效面积的电极能够得到噪音和电特性方面的进一步改进。这可以通过将一些金属盐还原为金属而方便地获得，还原的过程典型地导致金属的再生长，再生长的金属是不均匀和粗糙的。优选地，将磁流量传感器的一对电极进行平衡以便使二者之间的偏移电势最小化。每个电极充当单独的电化学半电池，相对于液体具有相应的电势差。如果电极不一致，两个半电池电势之间的差将出现在电极末端之间，这会给后续放大电路带来问题(例如饱和)。当磁场由如上所述的释放剩磁的装置产生时，本专利技术的低功耗优势通过功耗减少而进一步加强。本专利技术还包含包括这种磁传感器的流量计，其传感器的低功耗也使得电池能源(图1中110所示)的应用具有可行性，并且这带来安装简便的优点。附图说明通过实施例、结合附图对本专利技术进行示例性地说明，其中图1为装配磁流量传感器的流体管剖面图；图2说明来自电极的信号的幅频特性；图3为固液界面简单的电学模型；图4所示为本专利技术第一实施例的电极； 图5说明流体和金属之间完全可逆的、产生电流的电荷交换；图6说明可以借以形成本专利技术电极的装置；图7所示为使用图6装置制备的电极；图8所示为依据本专利技术的第二电极结构；图9所示为依据本专利技术的第三电极结构；图10所示为依据本专利技术的第四电极结构；图11为不同电极材料的噪音密度对频率的曲线图。具体实施例方式图4所示为本专利技术第一实施例的电极，其中包括金属元件401(例如线、板、或完全覆盖下面导体的膜)，其上覆盖有相同金属的离子化合物402，该化合物在被测流体403中微溶。在所示实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测量流体流量的磁传感器，该传感器具有电极和交变磁场，其中电极在低于５Ｈｚ的频率内比包括碳或耐腐蚀金属合金的电极具有更低的噪音能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼罗伯特格劳泽，亚历山大查尔斯尼尔，
申请(专利权)人：森泰克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]