專利名稱：基于可變葉輪的熱量信號轉換方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱量信號轉換方法和裝置，具體地說是一種廣泛用于工業(yè)、民用等方面流體熱量計量或冷量計量的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法和裝置。
目前常用的流體熱量計量方法中熱量轉換方法及裝置均基于溫度一流量積分原理，通過進行數字式或機械式的運算得到熱量或溫度信號。熱量或溫度信號由熱電偶、雙金屬、波紋管等熱敏元件感應，以電量、位移等形式表現，流量信號通過葉輪、電磁流量計等來感應，以電量、轉動等形式表現。熱量或溫度信號與流量信號經積分器、單片機或機械摩擦機構、變齒傳動齒輪組等部件進行乘法運算得到熱量信號。已有熱量計量方法及裝置和熱量表所用的熱量轉換方法和裝置中，熱量或溫度與流量是通過兩個獨立部件分別進行感應，轉換裝置結構復雜，價格昂貴。
針對現有技術部分中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種精確、可靠、簡單并且能夠簡化熱量表結構的熱量信號轉換方法和裝置。
為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案利用可變葉輪同時感應流體的熱量或溫度與流量信號，直接以轉動或者轉動力矩的方式產生熱量信號。其特點是A．在流體流程中設置一個和流體管道相通的型腔；B．型腔中設置一個可變葉輪；C．拾取由可變葉輪受流體的沖擊而得到熱量或溫度信號；D．將熱量或溫度信號以可變葉輪的轉動或轉動力矩的形式轉換輸出。
可變葉輪的翼片采用雙金屬片或溫度敏感材料，當雙金屬片或溫度敏感材料的翼片接受流體熱量后，隨流體溫度的變化產生曲率的變化，翼片對于可變葉輪軸的相對位置和相對角度也隨之變化，導致可變葉輪軸與翼片的相對角度、可變葉輪的有效尺寸發(fā)生變化；可變葉輪可以是旋翼式結構，也可以是螺翼式結構，也可以簡化成具有一個一片的葉輪結構。
如果要使型腔內流體形成旋轉的流動，可以在型腔內安裝一個能夠使流體產生旋轉流動的流體引導裝置。
依照本發(fā)明的方法制成的裝置采用的技術方案是利用可變葉輪分別感應高溫和低溫流體的熱量或溫度，一個或兩個可變葉輪軸的轉動或轉動力矩以差動的方式產生流體供熱量的信號，該信號再經過計數顯示裝置得到熱量值。
依照本發(fā)明的方法制成的裝置，包括一個外殼1，外殼1內設置有一對可使流體流動的腔體3和用于安裝傳動組件的腔體2，腔體2內裝有齒輪組4，齒輪組4與傳動齒輪5嚙合，并帶動計數裝置6，其特點是在流體流動的腔體3內還設置了可變葉輪組件7，可變葉輪組件7的傳動齒輪與齒輪組4嚙合。
本發(fā)明的方法制成的裝置其他特點是可變葉輪組件7是由帶傳動齒輪的軸11、軸11的外徑上的翼片支承架12、及翼片支承架12的翼片13組合而成；可變葉輪組件7可以是兩個，也可以是一個為可變葉輪組件，一個為不變葉輪組件；可變葉輪組件7的翼片13采用雙金屬片或溫度敏感材料制成；可變葉輪組件7可制成旋翼式，也可以制成螺翼式；兩個可變葉輪組件7的葉輪軸或一個為可變葉輪組件、一個為不變葉輪組件的軸的轉動經過齒輪組嚙合與計數顯示裝置6嚙合；兩個可變葉輪組件7的軸或一個為可變葉輪組件，一個為不變葉輪組件的軸可連為一體，軸上的傳動齒輪與計數顯示裝置6嚙合。
由于本發(fā)明利用可變葉輪同時感應流體的熱量或溫度與流量信號，直接以轉動或者轉動力矩的方式產生熱量信號，可變葉輪的翼片采用雙金屬片或溫度敏感材料，雙金屬片或溫度敏感材料的翼片隨流體溫度的變化會產生曲率的變化，翼片對于葉輪軸的相對位置和相對角度也隨之變化，導致葉輪的有效尺寸、翼片角度發(fā)生變化；精確、簡單、可靠地實現了熱量信號轉換，減化了熱量計量方法和冷量計量方法及熱量表的結構，降低了熱量表成本。


圖1為一種旋翼式可變葉輪在低溫時的結構示意圖2為一種旋翼式可變葉輪在高溫時的結構示意圖；圖3為一種螺翼式可變葉輪在低溫時的結構示意圖；圖4為一種螺翼式可變葉輪在高溫時的結構示意圖；圖5為一種簡化成只具有一個翼片的可變葉輪結構示意圖；圖6為一種依本發(fā)明設計的熱量表的橫剖結構示意圖；圖7為一種依本發(fā)明設計的熱量表的縱剖結構示意圖；圖8為一種依本發(fā)明設計的簡化可變葉輪式熱量表的橫剖結構示意圖。
圖9為一種依本發(fā)明設計的轉動差動式熱量表結構簡圖；圖10為一種依本發(fā)明設計的轉動力矩差動式熱量表結構簡圖；圖11為一種依本發(fā)明設計的非接觸式感應的轉動力矩差動式熱量表結構簡圖；圖12為一種依本發(fā)明設計的含有一個不變葉輪組件的力矩差動式熱量表結構簡圖。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
發(fā)明人給出了以下一些實施例，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
依本發(fā)明的方法及其裝置，實施例均利用可變葉輪同時感應流體的熱量或溫度與流量信號，直接以轉動或者轉動力矩的方式產生熱量信號。
實施本發(fā)明，依照本發(fā)明的方法a．在流體流程中設置一個和流體管道相通的型腔；b．型腔中設置一個可變葉輪；c．拾取由可變葉輪受流體的沖擊而得到熱量或溫度信號；d．將熱量或溫度信號以可變葉輪的轉動或轉動力矩的形式轉換輸出。
可變葉輪的翼片采用雙金屬片或溫度敏感材料，雙金屬片或溫度敏感材料的翼片隨流體溫度的變化會產生曲率的變化，翼片對于可變葉輪軸的相對位置和相對角度也隨之變化，導致可變葉輪軸與翼片的相對角度、可變葉輪的有效尺寸發(fā)生變化；可變葉輪可以是旋翼式結構，也可以是螺翼式結構，也可以簡化成具有一個一片的葉輪結構。
如果要使型腔內流體形成旋轉的流動，可以在型腔內安裝一個能夠使流體產生旋轉流動的流體引導裝置。
依照本發(fā)明的方法制成的裝置采用的技術方案是利用可變葉輪分別感應高溫和低溫流體的熱量或溫度，一個或兩個可變葉輪軸的轉動和轉動力矩以差動的方式產生流體供熱量或溫度的信號，該信號再經過計數顯示裝置得到熱量值。
依照本發(fā)明的方法制成的裝置，包括一個外殼1，外殼1內設置有一對可使流體流動的腔體3和用于安裝傳動組件的腔體2，腔體2內裝有齒輪組4，齒輪組4與傳動齒輪5嚙合，并帶動計數裝置6，其特點是在流體流動的腔體3內還設置了可變葉輪組件7，可變葉輪組件7的傳動齒輪與齒輪組4嚙合。
本發(fā)明的方法制成的裝置的其他特點是可變葉輪組件7是由帶傳動齒輪的軸11、軸11的外徑上的翼片支承架12、及翼片支承架12的翼片13組合而成；可變葉輪組件7可以是兩個，也可以是一個為可變葉輪組件，一個為不變葉輪組件；可變葉輪組件7的翼片13采用雙金屬片或溫度敏感材料制成；可變葉輪組件7可制成旋翼式，也可以制成螺翼式；兩個可變葉輪組件7的葉輪軸或一個為可變葉輪組件、一個為不變葉輪組件的軸的轉動經過齒輪組嚙合與計數顯示裝置6嚙合；兩個可變葉輪組件7的軸或一個為可變葉輪組件、一個為不變葉輪組件的軸可連為一體，軸上的傳動齒輪與計數顯示裝置6嚙合。
實施例1參見圖1、2。圖1、2所示的是本發(fā)明旋翼式結構可變葉輪的一種實施例。安裝在葉輪軸上的翼片為具有一定形狀、尺寸的雙金屬片或溫度敏感材料，并且使雙金屬片或溫度敏感材料的主動層朝向翼片弧形里側(外側)。當溫度升高時，雙金屬片或溫度敏感材料的曲率減小(增大)，導致旋翼的有效尺寸明顯變大(變小)，如圖2所示。葉輪的轉速和轉動力矩除了線性反映流量外，還反映熱量或溫度的高低，并且翼片形狀保證葉輪轉速和轉動力矩線性反映熱量或溫度信息，從而實現熱量信號的轉換。
實施例2參見圖3、4。圖3所示的是本發(fā)明螺翼式結構的可變葉輪，亦為可變葉輪的一種實施例。在葉輪軸的下部設有翼片固定部分，在翼片固定部分上裝有雙金屬片或溫度敏感材料的翼片，雙金屬片或溫度敏感材料的主動層朝向翼片弧形外側(里側)。當溫度升高時，雙金屬片或溫度敏感材料的曲率變大(變小)，翼片與葉輪軸之間的相對傾斜角度變大(變小)，如圖4所示。葉輪的轉速和轉動力矩除了線性反映流量外，還反映熱量或溫度的高低，并且翼片形狀保證葉輪轉速和轉動力矩線性反映溫度信息，從而實現熱量信號的轉換。
實施例3參見圖5。圖5為本發(fā)明的一種簡化成只具有一個翼片的可變葉輪結構示意圖；在葉輪軸上設置一個雙金屬片或溫度敏感材料制成的翼片。此葉輪在型腔中不一定轉動，也可以通過轉動力矩或者某一部位的位移等形式來感受熱量或溫度信號，實現熱量信號的轉換。
實施例4參見圖6、7。在本實施例中，圖6、7是-種依本發(fā)明設計的熱量表的橫剖、縱剖示意圖，由外殼1、旋翼式可變葉輪7、計數顯示裝置6組成。在外殼中設置一個型腔，型腔中設置一個旋翼式可變葉輪。安裝在葉輪軸上的翼片為具有一定形狀、尺寸的雙金屬片或溫度敏感材料，并且使雙金屬片或溫度敏感材料的主動層朝向翼片弧形里側。當溫度升高時，雙金屬片或溫度敏感材料的曲率減小，導致旋翼的有效尺寸明顯變大，如圖2所示。葉輪的轉速和轉動力矩除了線性反映流量外，還反映溫度的高低，并且翼片形狀保證葉輪轉速和轉動力矩線性地反映熱量或溫度變化，從而實現熱量或溫度信號的轉換?？勺內~輪受到流動的流體的沖擊而受到轉動力矩，熱量或溫度信號以葉輪軸的轉動力矩或轉動的形式實現轉換。
實施例5參見圖8。在本實施例中，圖8為一種依本發(fā)明設計的簡化可變葉輪式熱量表的橫剖機構示意圖。包括外殼1、外殼內的空腔裝有一個可變葉輪7，可變葉輪7與計數顯示裝置6相連。此處的可變葉輪7簡化成具有一個翼片的實際上并不轉動的可變葉輪。可變葉輪的翼片采用雙金屬片或溫度敏感材料，可變葉輪受到流體的沖擊而受到轉動力矩，該轉動力矩即為熱量或溫度信號。此信號與計數顯示裝置嚙合即可得到熱量或溫度示數，實現了熱量信號的轉換。
實施例6參見圖9。圖9為一種轉動差動式熱量表結構簡圖，由外殼1、兩個可變葉輪組件7、齒輪組4(差速齒輪組)、傳動齒輪5、計數顯示裝置6組成。外殼1內設置有一對可使流體流動的腔體3和用于安裝傳動組件的腔體2，腔體2內裝有齒輪組4，齒輪組4與傳動齒輪5嚙合，并帶動計數裝置6，在流體流動的腔體3內對稱設置了兩個可變葉輪組件7，可變葉輪組件7的傳動齒輪與齒輪組4嚙合。
可變葉輪組件7的翼片13采用雙金屬片或溫度敏感材料制成，翼片13安裝方式相同的兩個旋翼式可變葉輪組件7，分別感應高溫和低溫流體的熱量或溫度信號，兩個可變葉輪組件7的一端與齒輪組4嚙合，兩個可變葉輪組件7產生的轉動方向相反，兩個可變葉輪組件7的轉動經過差速齒輪組的減法作用得到流體降溫時所提供熱量或溫度的信號，經由計數顯示裝置6得到熱量值，實現了熱量信號的轉換。
實施例10參見圖10，圖10是一種轉動力矩差動式熱量表結構簡圖。由外殼1、兩個可變葉輪組件7、中間齒輪8、計數顯示裝置6組成?？勺內~輪組件7的翼片13采用雙金屬片或溫度敏感材料制成，翼片13安裝方式相同的兩個旋翼式可變葉輪組件7分別感應高溫和低溫流體的熱量信號，兩葉可變葉輪組件7連接為同時轉動的一體，兩個可變葉輪組件7所受到的轉動力矩方向相反，其和力矩使可變葉輪組件7轉向與高溫流體側，與可變葉輪組件的轉動方向一致，該轉動即為熱量或溫度信號，經由計數顯示裝置6得到熱量值，實現了熱量信號的轉換。
實施例11參見圖11，圖11是一種非接觸式感應的轉動力矩差動式熱量表結構簡圖。由外殼1、兩個可變葉輪組件7、中間齒輪8、計數顯示裝置6組成。可變葉輪組件7的翼片13采用雙金屬片或溫度敏感材料制成，翼片13安裝方式相同的兩個旋翼式可變葉輪組件7分別感應高溫和低溫流體的熱量或溫度信號，兩葉輪組件7連接為同時轉動的一體，兩個可變葉輪組件7所受到的轉動力矩方向相反，其和力矩使可變葉輪轉組件7向與高溫流體側，與可變葉輪組件7的轉動方向一致，該轉動即為熱量或溫度信號，經由計數顯示裝置6得到熱量值，實現了熱量信號的轉換。
實施例12參見圖12，圖12為一種含有一個不變葉輪組件的力矩差動式熱量表結構簡圖。由外殼1、一個可變葉輪組件7、一個不變葉輪組件10、中間齒輪8、計數顯示裝置6組成。可變葉輪組件7的翼片13采用雙金屬片或溫度敏感材料制成，翼片13安裝方式相同的一個旋翼式可變葉輪組件7和一個不變葉輪10組件分別感應流體的熱量或溫度信號和參考熱量或溫度信號，可變葉輪組件7和不變葉輪組件10所受到的轉動力矩方向相反，其和力矩由可變葉輪組件7的力矩的相對大小決定，其轉向也由可變葉輪組件7的力矩的相對大小決定，該轉動速度即為熱量或溫度信號，經由計數顯示裝置6得到熱量值，實現了熱量信號的轉換。
權利要求
1．一種基于可變葉輪的熱量信號轉換方法，其特征在于A．在流體流程中設置一個和流體管道相通的型腔；B．型腔中設置一個可變葉輪；C．拾取由可變葉輪受流體的沖擊而得到熱量或溫度信號；D．將熱量或溫度信號以可變葉輪的轉動或轉動力矩的形式轉換輸出。
2．根據權利要求1所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法，其特征在于所述的可變葉輪的翼片采用雙金屬片或溫度敏感材料，雙金屬片或溫度敏感材料的翼片隨流體溫度的變化會產生曲率的變化，可變葉輪的有效尺寸、翼片與可變葉輪軸的相對角度能夠隨著流體溫度的變化而變化。
3．根據權利要求1或2所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法，其特征在于所述的可變葉輪可以是旋翼式結構，也可以是螺翼式結構。
4．根據權利要求1所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，包括一個外殼[1]，外殼[1]內設置有一對可使流體流動的腔體[3]和用于安裝傳動組件的腔體[2]，腔體[2]內裝有齒輪組[4]，齒輪組[4]與傳動齒輪[5]嚙合，并帶動計數裝置[6]，其特征在于在流體流動的腔體[3]內還設置了可變葉輪組件[7]，可變葉輪組件[7]的傳動齒輪與齒輪組[4]嚙合。
5．根據權利要求4所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，其特征在于所述可變葉輪組件[7]是由帶傳動齒輪的軸[11]、軸[11]的外徑上的翼片支承架[12]、及翼片支承架[12]的翼片[13]組合而成。
6．根據權利要求4所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，其特征在于所述可變葉輪組件[7]可以是兩個，也可以是一個為可變葉輪組件，一個為不變葉輪組件。
7．根據權利要求5所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，其特征在于所述可變葉輪組件[7]的翼片[13]采用雙金屬片或溫度敏感材料制成。
8．根據權利要求4或5所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，其特征在于可變葉輪組件[7]可制成旋翼式，也可以制成螺翼式。
9．根據權利要求6所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，其特征在于所述兩個可變葉輪組件[7]的軸或一個為可變葉輪組件[7]，一個為不變葉輪組件[10]的軸的轉動經過齒輪組合嚙合與計數顯示裝置[6]嚙合。
10．根據權利要求6所述的基于可變葉輪的熱量信號轉換方法制成的裝置，其特征在于兩個可變葉輪組件[7]的軸或一個為可變葉輪組件，一個為不變葉輪組件的軸可連為一體，軸上的傳動齒輪與計數顯示裝置[6]嚙合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于可變葉輪的熱量信號轉換方法及其裝置,利用可變葉輪同時感應流體的溫度與流量信號,直接以轉動或轉動力矩的方式產生熱量信號,可變葉輪的翼片采用雙金屬片或溫度敏感材料,翼片能夠隨流體溫度的變化產生曲率的變化,翼片對于葉輪軸的相對位置和相對角度也隨之變化,導致葉輪的有效尺寸、翼片角度發(fā)生變化。本發(fā)明精確、簡單、可靠地實現了熱量信號轉換,減化了熱量計量方法和熱量表的結構,降低了熱量表成本。
文檔編號G01K17/00GK1322942SQ0111529
公開日2001年11月21日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權日2001年6月15日
發(fā)明者楊冠軍, 黃仁忠, 韓峰, 李長久 申請人:西安交通大學