[发明专利]流量传感器

说明书

用于测量含离子流体的流量的流量传感器可以使用机械或电学技术来实现。机械流量传感器具有移动部件，并因此在一定时间之后变得不可靠并制造成本高。霍尔效应型流量传感器典型地需要可翻转磁场来补偿电化学效应。包括这种传感器的流量计使用电磁体。描述了一种流量传感器(100)，该流量传感器使用电容性传感器(10)和处理器(12)，根据电容和磁场变化来确定流率。这样的流量传感器可以使用CMOS技术来实现。流量传感器可以在永磁体产生的磁场中操作并且可靠地测量流量。

技术领域

本发明涉及用于测量流体的流率的流量传感器。

背景技术

用于例如测量水流率的流体流量计使用广泛并且基于不同的物理工作原理而操作。一类流量计被称作磁流量计，并且依赖于洛伦茨力原理，对承载包含离子的流体的通道施加磁场。与流动方向正交的磁场位移或分离流体中的正离子(阳离子)和负离子(阴离子)。这在通道上引起与流体流量成比例的电势差。该电势差可以由在通道任一侧处的传感器电极检测作为DC测量。形成通道的材料必须是绝缘体，使得可以检测到电势差。由于流体流量难以确定，电极处的电化学和其他效应可以引起电势差漂移并因此导致电势差分量。这可以通过使用电磁铁并持续使磁场反转来消除。然而，这仅可以在相对较低频率下进行，原因在于频率越高，洛伦茨力对离子的作用越难以测量。

发明内容

本发明的各个方面在所附权利要求中限定。在第一方面中，描述了一种用于检测通道中含离子流体的流率的流量传感器，该流量传感器包括：电容性传感器以及耦接至电容性传感器的处理器，并且其中电容性传感器可操作于检测由于磁场对流体中离子的偏转而引起的电容值变化，并且处理器可操作于根据检测的电容值变化和预定磁场强度值来确定流体的流速。

电容性传感器允许流量传感器置于通道内或与流量方向平行的单个平面上。这是因为电容值变化不需要电极位于不同平面上。电容性感测的使用减小了对电迁移效应的灵敏度，并因此可以不使用电磁铁而使用永磁铁来产生磁场，从而获得较低成本的传感器。

在流量传感器的实施例中，电容性传感器包括多个纳米电极。多个纳米电极可以用于在存在磁场的情况下检测流经传感器的流体中的极小电容变化，这种极小电容变化可以几个阿托法拉。

在流量传感器的实施例中，电容性传感器还包括：多个电荷泵电路和多个积分电容器，其中多个电荷泵电路中的每一个耦接至多个纳米电极中相应的一个以及多个积分电容器中相应的一个。

在实施例中，流量传感器包括与处理器耦接的温度传感器。这允许流量传感器针对给定流率动态地补偿温度对所测量电容值的任何影响。

在实施例中，流量传感器包括与处理器耦接的磁场传感器。这允许流量传感器针对给定流率动态地补偿与所测量电容值有关的任何磁场强度变化。

在流量传感器的实施例中，处理器还可操作于在预定截面面积的通道中流经电容性传感器的流体体积。

如果流量传感器放置在已知截面面积的流体通道中，则处理器可以通过随时间对与截面面积相乘而确定的流体流量速度进行积分来确定流经传感器的流体体积。

在实施例中，流量传感器可以包括与处理器耦接的触摸传感器，并且流量传感器可操作于响应于用户对触摸传感器的触摸，从待机操作模式变化到正常操作模式。这可以在不需要流量感测时降低功耗要求。

在实施例中，流量传感器可以包括与处理器耦接的近场通信(NFC)接收器。NFC接收器可以用于接收与预定体积或流率有关的数据，或者可以用于更新缺省的流率值或从NFC发射器发送的磁场强度。NFC接收器也可以用于致动例如分接头(tap)上的阀门，以及发起对流量传感器的校准或初次测量。