一种流量传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种流量传感器，其中包括：石墨烯传感元件(1)、两支导线(3)以及柔性载体(2)。所述柔性载体(2)包覆在所述石墨烯传感元件(1)上，两支所述导线(3)分别与所述石墨烯传感元件(1)电连接，且所述导线向所述柔性载体之外引出。所述石墨烯传感元件(1)密封在所述柔性载体(2)中。本发明专利技术提供的流量传感器结构简洁，使用方便，且传感元件不与流体直接接触，能够防止流体对传感元件的损害。另一方面，本发明专利技术提供了流量传感器的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器
，具体涉及一种用于直接测量液体流量的流量传感器。
技术介绍
在液体流量传感器中，最常见的是涡轮传感器。其原理是流动的液体对涡轮产生冲击力带动涡轮旋转，利用涡轮的旋转带动磁铁旋转。进而通过电磁感应产生电流，测量电流的大小以得到水流量的数值。传统的涡轮传感器在实际使用过程中存在诸多问题。由于涡轮传感器通过机械旋转的方式获取液体的流量信息，所以，机械装置的性能成为影响流量监控准确与否的关键因素。但是，机械设备的老化是不可避免的，例如轴承的老化、磨损等问题。另一方面，因涡轮直接与水接触，水中的化学成分及污垢会给涡轮带来破坏，造成腐蚀、生锈等问题，改变涡轮的转动惯量，使传感器的准确性大幅下降。所以，为了解决传统流量传感器存在的缺陷，有必要提供一种新型液体流量传感器，利用简洁的方式获取液体流量的信息，无需采用涡轮、电磁感应装置等机械设备，避免由于机械结构的老化和破损造成的测量准确性降低。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种结构简单、使用方便的流量传感器。根据本专利技术的第一方面，提供了一种流量传感器，其中包括:石墨烯传感元件；两支导线；柔性载体；所述柔性载体包覆在所述石墨烯传感元件上，两支所述导线分别与所述石墨烯传感元件电连接，且所述导线项所述柔性载体之外引出。 特别的，所述石墨稀传感元件可以密封在所述柔性载体中，所述石墨稀传感元件可以为纤维状结构。优选的，所述柔性载体可以为圆柱形结构，所述石墨烯传感元件可以位于所述柔性载体的圆柱轴线位置。当所述石墨稀传感元件为纤维状结构时，所述导线可以连接在所述石墨稀传感元件的两端。优选的，所述柔性载体的材料可以是柔性绝缘疏水材料。另一方面，本专利技术提供了一种流量传感器的制造方法，其中包括:步骤A、制备石墨烯传感元件；步骤B、在所述石墨稀传感元件上连接两支导线；步骤C、在所述石墨烯传感元件周围形成柔性载体，所述柔性载体将所述石墨烯传感兀件完全當封；所述柔性载体与所述石墨烯传感元件紧密接合，以在所述柔性载体产生形变时，使所述石墨稀传感元件随所述柔性载体一同形变。本专利技术还提供了另一种流量传感器的制造方法，其中包括:步骤A、制备石墨烯传感元件；步骤B、在所述石墨稀传感元件周围形成柔性载体，所述石墨稀传感元件从所述柔性载体中露出；步骤C、在所述石墨稀传感元件上连接两支导线；所述柔性载体与所述石墨烯传感元件紧密接合，以在所述柔性载体产生形变时，使所述石墨稀传感元件随所述柔性载体一同形变。优选的，所述步骤A的制备石墨烯传感元件还可以包括:步骤Al、提供氧化石墨烯溶液和凝固浴；步骤A2、将所述氧化石墨烯溶液滴入所述凝固浴，所述氧化石墨烯溶液滴入时的拖曳轨迹呈线形，生成纤维状结构的石墨烯传感元件；步骤A3、将生成的石墨烯传感元件从所述凝固浴中取出。另外，所述氧化石墨烯溶液的浓度可以为10mg/mL，所述凝固浴可以包括溶剂和溶质。所述溶剂是体积比为3:1的水和乙醇溶剂，所述溶质为质量分数为5%的氢氧化钠。在本专利技术提供的流量传感器中，石墨烯传感元件不直接与水流接触，柔性载体提供的稳定密封环境既能保护石墨烯传感元件，同时柔性载体自身作为受力元件，能够向传感元件传递作用力。另外，由于柔性载体的疏水性，其可以避免流体对器件的污染。而石墨烯传感元件的电阻随其形变量呈指数变化，可获得高稳定性和灵敏度。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。【附图说明】被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术具体实施例中提供的流量传感器的结构示意图；图2是本专利技术具体实施例中提供的流量传感器的底面示意图；图3是本专利技术具体实施例中提供的流量传感器在使用状态的结构示意图。【具体实施方式】现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。本专利技术提供了一种流量传感器，其中包括石墨烯传感元件、两支导线和柔性载体。所述石墨稀传感元件由石墨稀材料构成，所述柔性载体形成在所述石墨稀传感元件周围，包覆在所述石墨烯传感元件上并与其紧密接合，两支导线分别与所述石墨烯传感元件电连接，导线从所述柔性载体外侧引出，将石墨烯传感元件与外部设备连通。所述柔性载体具有良好的弹性，能够在外力作用下产生弯曲、拉伸等变形，所述石墨烯传感元件具有导电性和弹性，其电阻率随自身的形变程度而改变。本专利技术所述的流量传感器工作原理如下，将所述流量传感器置于流动的液体中，所述柔性载体在液体流动的作用力下发生弯曲和拉伸变形，由于所述柔性载体与所述石墨烯传感元件紧密接合，所述石墨烯传感元件随柔性载体一同产生弯曲和拉伸变形。外部设备通过导线向所述石墨烯传感元件中持续输送电流或信号，当所述石墨烯传感元件的电阻率由于形变产生变化时，外部设备能够检测到流经石墨烯传感元件的电流和信号发生变化，从而计算所述石墨烯传感元件的形变量，进而得到流量传感器所处流体的流量。在具体实施例中，由于石墨烯传感元件在工作状态时需要通电，所以优选的，所述柔性载体可以将所述石墨烯传感元件完全密封，使石墨烯传感元件不与外界直接接触。所述导线与石墨烯传感元件在所述柔性载体的内部连接，所述流量传感器中的导电部分不会与流动液体接触。但是，本专利技术并不限制所述柔性载体必须将所述石墨烯传感元件完全密封，在不同的实际使用情况下，所述流量传感器可能只有一部分置于流体中，所以，所述石墨烯传感元件可以从所述柔性载体中伸出，所述导线与所述石墨烯传感元件在所述柔性载体的外部电连接。如图1所示，所述石墨烯传感元件I优选为纤维状结构，所述纤维状石墨烯传感元件为细长柔软的石墨烯结构，由大量细小的层片状结构连接而成。所述纤维状的石墨烯传感元件I能够在各个方向都具有较大的弯曲程度，并且在一个方向上具有较大的拉伸范围。纤维状石墨烯传感元件I占用的空间相对较小，而且工作时可以随柔性载体2向各个方向发生变形。在优选的实施方式中，可以使用纤维状石墨烯传感器，但是本专利技术并不对所述石墨烯传感元件I的结构进行限制，本领域技术人员可以根据实际使用情况，采用矩形、方形的石墨烯传感元件I，增强传感器在特定方向上的敏感性。更进一步的，为了便于所述流量传感器的使用，所述柔性载体2的外形形貌可以是圆柱形结构。当所述柔性载体2为圆柱形时，圆柱体的圆柱面优选作为垂直于液体流动方向的受力面，使用者无需限制柔性载体2的某个特定方向朝向液体的流动方向，只需将柔性载体2的两端固定，使圆柱面垂直于液体流动方向即可。所述柔性载体2的受力面大小为圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流量传感器，其特征在于，包括：石墨烯传感元件(1)；两支导线(3)；柔性载体(2)；所述柔性载体(2)包覆在所述石墨烯传感元件(1)上，两支所述导线(3)分别与所述石墨烯传感元件(1)电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宏伟，杨婷婷，何艺佳，郑泉水，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11