ДАТЧИК РАСХОДА С ПОДВИЖНЫМ МАГНИТОМ
FLOW SENSOR WITH MOVING MAGNET

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящая заявка относится в общем к датчику расхода текучей среды и более конкретно относится к датчику расхода, пригодному для использования с текучими средами переменной вязкости.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Дозаторы напитков в общем комбинируют различные текучие среды в заданных отношениях и/или количествах для изготовления необходимого напитка. Эти текучие среды в целом могут быть описаны как микроингредиенты, макроингредиенты и разбавители. Микроингредиенты в общем характеризуются возможностью значительного разбавления, а макроингредиенты добавляются неразбавленными или немного разбавленными, обычно в диапазоне от примерно 1:1 до примерно 6:1 по отношению к разбавителю. Макроингредиенты имеют широкий диапазон вязкостей 1-10000 сП (сантипуазов). Макроингредиенты включают фруктовые соки, концентрированные экстракты, молочные продукты, сахарный сироп, концентрированную фруктозную кукурузную патоку и тому подобные ингредиенты.
Для обнаружения неправильного дозирования дозатор напитков может содержать насосы для подачи напитка, сообщающиеся с датчиками расхода, выполненными с возможностью обратной связи и обнаружения случаев "отсутствия расхода", таких как отсутствие упаковки или блокирование линий. Датчики расхода, которые используют с насосами для макроингредиентов, должны быть приспособлены к работе в широком диапазоне вязкостей, указанных выше. Однако известные датчики расхода обычно работают в узком диапазоне вязкостей.
Следовательно, существует потребность в улучшенном датчике расхода, который может быть приспособлен для различных вязкостей. Датчик расхода должен быть надежным, обеспечивать соответствующую обратную связь и быть простым в очистке.
В патентной заявке US 2004/0045368 описано устройство для определения расхода текучей среды, содержащее магнитный образец, установленный подвижным образом внутри полого тела. Магнитный образец может быть приведен в движение текучей средой под рабочим давлением. Данное устройство дополнительно содержит датчик положения и электромагнит. Основываясь на информации от датчика положения, осуществляют управление электромагнитом для удержания магнитного образца в определенном положении, причем расход текучей среды определяют в зависимости от тока, необходимого для удержания магнитного образца в указанном положении.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, настоящая заявка описывает датчик расхода для определения расхода текучей среды, протекающей через него. Датчик расхода может содержать камеру для текучей среды, протекающей через нее, подвижной магнит, расположенный в камере, неподвижный магнит, расположенный вокруг камеры, и по меньшей мере один датчик, расположенный вокруг камеры для определения положения подвижного магнита в ней.
Камера внутри может содержать поддерживающие ребра для поддержки подвижного магнита. Подвижной магнит и неподвижный магнит могут проявлять присущее им отталкивание. Текучая среда, протекающая в камере, преодолевает естественное отталкивание магнитов на основе величины расхода через нее. Подвижной магнит и неподвижный магнит могут быть постоянными магнитами. Датчики могут быть датчиками на основе эффекта Холла или датчиками напряженности магнитного поля другого типа. Датчики могут быть размещены вокруг камеры для определения положения подвижного магнита в камере путем обнаружения магнитного поля вокруг подвижного магнита.
Датчик расхода также может содержать несколько неподвижных магнитов с изменяющимися магнитными полями, каждый из которых приспособлен к текучей среде данной вязкости. Датчик расхода также может содержать оболочку, размещенную на неподвижном магните. Оболочки могут использоваться для изменения магнитного поля неподвижного магнита для приспособления к текучей среде с данной вязкостью.
Подвижной магнит может содержать кольцевой магнит. Камера может содержать внутренний стержень, на котором кольцевой магнит может быть размещен с возможностью перемещения.
Далее описан способ определения расхода текучей среды, протекающей по проточному каналу. Предложенный способ может содержать этапы, на которых размещают в проточном канале первый магнит; размещают вокруг проточного канала второй магнит; пропускают через проточный канал текучую среду; определяют магнитное поле вокруг первого магнита и определяют расход текучей среды на основе магнитного поля.
Датчик расхода также может содержать несколько вторых магнитов с различными магнитными полями, и способ может содержать этап, на котором выбирают один из вторых магнитов на основе данной вязкости текучей среды. Способ также может содержать этап, на котором размещают стальную оболочку на втором магните для изменения магнитного поля второго магнита.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает перспективный вид описанного здесь датчика расхода текучей среды.
Фиг.2 показывает сечение датчика расхода текучей среды, показанного на фиг.1.
Фиг.3А показывает еще одно сечение датчика расхода текучей среды, показанного на фиг.1.
Фиг.3В показывает еще одно сечение датчика расхода текучей среды, показанного на фиг.1.
Фиг.4 показывает еще одно сечение датчика расхода текучей среды, показанного на фиг.1.
Фиг.5 показывает сечение еще одного варианта реализации датчика расхода текучей среды, показанного на фиг.1.
Фиг.6 показывает сечение еще одного варианта реализации датчика расхода текучей среды, показанного на фиг.1.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На сопровождающих чертежах, на которых подобные позиционные номера относятся к подобным элементам, изображенным на нескольких видах, фиг.1-4 показывают примерное выполнение датчика 100 расхода, описанного далее. В общем, датчик 100 содержит камеру 110 с входным патрубком 120 и выходным патрубком 130. Камера 110 датчика расхода может быть выполнена из формованной под давлением пластмассы или других материалов подобного типа, по существу стойких к коррозии.
Камера 110 может иметь расширенный диаметр по сравнению с входным патрубком 120 или выходным патрубком 130 для обеспечения сквозного протекания текучей среды. Камера 110 может иметь размещенные в ней выравнивающие ребра 140. Хотя может быть использовано любое количество или расположение ребер 140, на чертеже показаны четыре (4) ребра 140, размещенных под углом примерно девяносто градусов (90°) между ними. Камера 110 также может иметь интегрированный ограничитель 150, в то время как входной патрубок 120 может иметь наконечник 160, описанные более подробно далее. Камера 110 предпочтительно имеет в общем гладкую внутреннюю геометрию с большими радиусами и малым количеством углов.
Внутри камеры 110 размещен подвижной магнит 170, проходящий в направлении к входному патрубку 120. Подвижной магнит 170 может иметь сердечник из магнитного материал с постоянной намагниченностью, такого как неодим-ферробор (NdFeB), феррит, или магнитный материал подобного типа с постоянной намагниченностью. Подвижной магнит 170 также может иметь пластиковое внешнее покрытие, совместимое с обтекающими его текучими средами. Подвижной магнит 170 может быть по существу цилиндрическим и капсулообразным по форме, но может иметь и любую другую подходящую форму. Подвижной магнит 170 может иметь напряженность магнитного поля примерно 3000-5000 гауссов, хотя также могут быть использованы другие диапазоны напряженности. Подвижной магнит 170 может быть намагничен в осевом направлении и в направлении потока текучей среды.
Вокруг камеры 110 может быть размещен неподвижный кольцевой магнит 180. Кольцевой магнит 180 может окружать камеру 110 полностью или частично. Как показано на чертеже, неподвижный кольцевой магнит 180 расположен за пределами камеры 110 для удобства его очистки. Однако может быть использовано любое местоположение. Кольцевой магнит 180 может быть выполнен из неодима-ферробора (NdFeB), феррита или магнитных материалов подобных типов с постоянной намагниченностью. Кольцевой магнит 180 может иметь напряженность поля примерно 3000-5000 гауссов, хотя также могут быть использованы другие диапазоны. Подвижной магнит 170 может быть намагничен в осевом направлении и в направлении потока текучей среды.
Подвижной магнит 170 и неподвижный кольцевой магнит 180 проявляют присущее им взаимное отталкивание вблизи друг друга в эксплуатационном диапазоне перемещения подвижного магнита 170 таким образом, что сила отталкивания увеличивается с приближением подвижного магнита 170 к неподвижному кольцевому магниту 180. Отталкивание между магнитами 170, 180 создает силу, действующую в направлении, противоположном направлению потока текучей среды, проходящего через входной патрубок 120. Величина силы отталкивания по существу увеличивается в нелинейной зависимости от увеличения потока текучей среды и сближения магнитов 170, 180 друг с другом.
Подвижной магнит 170 может перемещаться между интегрированным ограничителем 150 на одном конце камеры 110 и наконечником 160 на входном патрубке 120 на другом конце. Подвижной магнит 170 может быть удержан в пределах камеры 110 выравнивающими ребрами 140. Магниты 170, 180 и датчик 100 в целом могут быть использованы в любой ориентации.
Вокруг входного патрубка 120 может быть размещен по меньшей мере один обнаруживающий датчик 190. В этом примере обнаруживающие датчики 190 могут представлять собой по меньшей мере один датчик, действующий на основе эффекта Холла, или датчик напряженности магнитного поля другого типа. Другие типы датчиков 190 включают магнитострикционные датчики и устройства подобного типа. Датчики 190 обнаруживают перемещение подвижного магнита 170 в камере 110 как изменение магнитного поля вблизи подвижного магнита 170, как описано выше. Сигналы от нескольких отдельных датчиков 190 могут быть усреднены для минимизации помех при измерении, вызванных вибрацией подвижного магнита 170, или другими помехами. Датчики 190 определяют магнитное поле и обеспечивают обратную связь с контроллером 195 насоса. Контроллер 195 может быть обычным микропроцессором или управляющим устройством другого типа. Контроллер 195 может использовать таблицу преобразования или иной тип структурированных данных для определения расхода текучей среды на основе измеренного магнитного поля.
При использовании датчика 100 текучая среда протекает через него через входной патрубок 120, камеру 110 и выходной патрубок 130. Текучая среда может быть водой, макроингредиентом, микроингредиентом и/или их комбинациями в жидкой или газообразной форме. Поток преодолевает отталкивание между подвижным магнитом 170 и кольцевым магнитом 180. Эта сила перемещает подвижной магнит 170 к кольцевому магниту 180. Увеличение расхода текучей среды перемещает подвижной магнит 170 ближе к кольцевому магниту 180. На фиг.3А показано положение подвижного магнита 170 при слабом потоке, в то время как на фиг.3В показано положение подвижного магнита 170 при сильном потоке. Изменение положения подвижного магнита 170 обнаруживается датчиками 190 на основе напряженности магнитного поля. Таким образом датчики 190 могут передавать контроллеру 195 данные о напряженности магнитного поля, а также уведомление об отсутствии расхода. В результате контроллер 195 может определять расход текучей среды и другие ее параметры.
Датчик 100 может быть использован в широком диапазоне вязкостей. Выбор нужной вязкости может быть обеспечен изменением напряженности неподвижного кольцевого магнита 180. Таким образом, для изменения напряженности магнитного поля может быть использовано несколько неподвижных кольцевых магнитов 180. В другом варианте реализации изобретения вокруг кольцевого магнита 180 может быть размещена стальная оболочка 200, как показано на фиг.5. Стальная оболочка 220 ослабляет магнитное поле для использования с подобными воде ингредиентами, вязкости которых близки примерно к одному (1) сантипуазу. Такие подобные воде ингредиенты могут не отклонить подвижной магнит 170 на соответствующее расстояние, достаточное для обеспечения возможности определения расхода, когда подвижной магнит 170 отталкивается полным магнитным полем от неподвижного кольцевого магнита 180. Стальная оболочка 200 частично замыкает линии магнитного поля, уменьшая его напряженность и отталкивающую силу, действующую на подвижной магнит 170, для приспособления к таким различным вязкостям.
На фиг.6 показан другой вариант выполнения датчика 210 расхода. Датчик 210 подобен датчику 100, описанному выше, за исключением того, что здесь отсутствуют выравнивающие ребра 140. Вместо этого внутри камеры 110 может быть установлен внутренний стержень 220. На стержне может быть размещен подвижной магнит 230 в форме кольца. Подвижной магнит 230 может перемещаться вдоль стержня 220 в зависимости от параметров проходящего потока. Также здесь могут быть использованы другие подобные магнитные конструкции.