CN101738234B - 全电子数字式自来水表 - Google Patents
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Abstract
一种全电子数字式自来水表，包括基座、水表指示装置、电池盒、球形阀、球形阀驱动用步进电机、进水管、出水管多个部分，基座是水表的基础组成部分，包含采样单元和输入磁环，水表指示装置包含水表面板、专用控制芯片、水表指针驱动用步进电机、指针、累计液晶模块部分，采样单元采样水流量信号，通过输入输出磁环将流量信号传递给水表指示装置，并进行水量消耗计量，然后驱动水表指针驱动用步进电机以及累计液晶模块指示用水量。球形阀设置在出水管中，由球形阀驱动用步进电机控制其开度。本发明以电子表盘取代机械表盘，突破了传统水表的结构，大大提高了水表的计量精度和使用寿命，可广泛应用于各种流量计量领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种自来水表，尤其涉及一种全电子数字式自来水表，主要应用于家用自来水的计量。
背景技术
公知的机械干式水表包含表壳、滤水网、计量机构、指示表盘多个部分，其中计量机构由叶轮盒、叶轮、叶轮轴、磁环等部分组成，而指示表盘由多个水表刻度盘和多个指针、字轮、传动齿轮、磁环等部分组成。机械干式水表的工作原理如下：水流从进水管进入叶轮盒，推动叶轮转动，从出水管流出；叶轮在水流推动下带动叶轮轴转动，叶轮轴带动安装在其顶端的磁环转动，该磁环与安装在指示表盘底部的磁环相对应，通过磁力带动干式表盘中的磁环转动，将叶轮的旋转运动传递至干式表盘，干式表盘内的磁环具有与该磁环同步转动的同轴变速齿轮，变速齿轮与指示表盘内的传动齿轮啮合，带动多级传动齿轮系转动，从而驱动各个刻度盘上的指针与字轮转动，指示水量。
发明内容
技术问题：
机械干式水表虽然已经得到了广泛的应用，但是该类型水表结构上几十年一贯制，在表盘指针驱动方式、水表面板布局、传动磁块定位等多个方面仍存在一定的不足。现有机械干式水表的机械指示表盘包含多级用于进位制的齿轮传动机构、指针和字轮等部分，由表盘内的磁环带动多级齿轮系转动，从而驱动指针和字轮指示水量。其表盘显示界面有多个水表刻度盘、多个指针和一个机械字轮组，指针指示的水表刻度字小，较难辨识，机械表盘内的驱动齿轮系复杂繁冗，占据了表盘内的大部分空间，当水表高速运行时，传动磁环需要带动齿轮系、指针以及字轮转动，可能存在传动失步的现象，影响水表的计量精度。
技术方案：
为解决上述技术问题，本发明提出了一种全电子数字式自来水表，其技术方案如下：
一种全电子数字式自来水表，包括基座、进水管、出水管、表盘外壳、水表指示装置、球形阀、球形阀驱动用步进电机，所述水表指示装置安装在表盘外壳中，水表指示装置包含水表面板、专用控制芯片、水表指针驱动用步进电机、指针、累计液晶模块，其特征在于：所述水表面板上镂刻有一个封闭的圆形水表刻度，所述指针指示水表刻度并由水表指针驱动用步进电机的转动轴带动，所述水表采用刻度指针加累计液晶的指示方式，且只有一个水表刻度和一根指针，所述专用控制芯片与球形阀驱动用步进电机直接相连并控制球形阀驱动用步进电机，球形阀驱动用步进电机控制球形阀的开度。
所述的全电子数字式自来水表，其专用控制芯片分别与水表指针驱动用步进电机和累计液晶模块直接相连。
所述的全电子数字式自来水表，其水表刻度分为10大格，每一大格代表0.001m3，一个大格又分为10小格，每一小格代表0.0001m3，其大刻度格标注值从0到9，最小分度值为0.0001。
所述的全电子数字式自来水表，在水表面板的中心位置处有一个圆形的电机轴孔，水表指针驱动用步进电机的转动轴从水表面板的背后穿过电机轴孔，再与指针套接。
所述的全电子数字式自来水表，其水表面板上还开有一个矩形的液晶窗口，累计液晶模块通过液晶窗口显露出来，累计液晶模块可显示6位数字，包括4位整数，2位小数，累计液晶模块的最大累计值为9999.99m3。
所述的全电子数字式自来水表，其圆形的表盘外壳底部外侧壁有外螺纹，再与基座延伸至中央顶部的圆柱体上的内螺纹相连，基座顶部圆柱体的中心位置有一个向上凸起的圆柱形输入磁环腔体，磁环腔体内放置输入磁环，表盘外壳底部中心位置对应有一个下凹的圆柱形输出磁环腔体，磁环腔体内放置输出磁环，其输入磁环腔体的中心与输出磁环腔体的中心在一条直线上。
所述的全电子数字式自来水表，其输入磁环腔体的四周开有一个环形屏蔽槽，输出磁环腔体的四周开有一个环形屏蔽槽，两个屏蔽槽结合所形成的空间放置一个可屏蔽外来磁场的环形导磁材料体。
所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：水表包含一个方形电池盒，电池盒由上盖和底壳组成，电池盒内放置电池，电池盒底壳的底部中心位置设有一个圆形凹槽，圆形凹槽内侧壁上具有内螺纹，电池盒通过圆形凹槽与电机仓螺纹连接。
所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：球形阀驱动用步进电机安装在一个圆柱形的电机仓中，电机仓内侧壁上开有两个条形卡槽，球形阀驱动用步进电机外壳上具有两个卡位凸头，卡位凸头上打有螺丝孔，球形阀驱动用步进电机利用卡位凸头插入条形卡槽内定位，卡位凸头再与电机仓通过螺钉连接固定，球形阀驱动用步进电机的转动轴中心处开有一个凹槽，与安装在出水管上的球形阀的阀头套接。
技术效果：
相对于现有机械干式水表，本发明具有如下有益技术效果：
1、本发明水表采用水表指针驱动用步进电机、指针、累计液晶模块、专用控制芯片等部分构成其指示机构，将传统的纯机械式表盘转换为全电子式数字表盘，在水表刻度面板上，以水表指针驱动用步进电机的转动轴带动一根指针，从而取代多级齿轮系驱动指针指示实时用水状况，用累计液晶模块替换机械字轮组显示总水量，去除了繁冗的多级传动齿轮系，精简了表盘机构，大大提高了水表的可靠性，减少了磁环传动失步的现象，是一种全新的水表表型。
2、本发明水表采用一个水表刻度面板和单指针方式指示当前用水量，用液晶指示累计用水量，水表刻度最小分度值为0.0001立方米，不但保持了原有水表的指示精度，而且大大精简了表盘显示界面，方便了用户查看数据。
3、本发明水表的采样数据处理方式较机械式水表更为合理，传统机械式水表并不会对水流量数据进行预处理，它直接将水流量信号传递至齿轮系，然后驱动多级指针和字轮组转动，本发明水表利用霍尔元件将表示水流量的信号转化为电信号，电信号经过调理后传递给专用控制芯片，专用控制芯片对所接收的数据进行数字滤波和工程物理量变换，继而驱动水表指针驱动用步进电机和累计液晶模块指示用水量，由于本发明对采样数据进行了预处理操作，因此，能够减小采样数据抖动所带来的计量误差，使水量计量更加精确。
4、本发明水表的输入磁环位于基座顶端中心的输入磁环腔体内，输出磁环位于表盘外壳底端中心的输出磁环腔体内，装配水表时，基座与表盘外壳通过螺纹连接，输入磁环和输出磁环自然对齐，去除了传统水表用于对齐输入输出传动磁环所设置的定位机构，使水表的装配生产更加方便。
5、本发明水表的球形阀采用专用步进电机驱动的方案，可有效地实现球形阀开度的控制，达到节约用水的目的。
附图说明
图1是全电子数字式自来水表正向外形图；
图2是全电子数字式自来水表反向外形图；
图3是全电子数字式自来水表侧视图；
图4是全电子数字式自来水表俯视图；
图5是全电子数字式自来水表底视图；
图6是全电子数字式自来水表正向爆炸图；
图7是全电子数字式自来水表反向爆炸图；
图8是全电子数字式自来水表基座外形图；
图9是全电子数字式自来水表电原理构框图。
标号说明：
1基座 2进水管
3出水管 4表盘外壳
5水表面板 6水表刻度
7累计液晶模块 71液晶窗口
8电机轴孔 9指针
10水表指针驱动用步进电机 11PCB电路板
12PCB电路板定位孔 13表盘外壳中的固定孔
14输出磁环腔体 15表盘铅封环
16基座铅封环 17基座壁内螺纹
18输入磁环腔体 19基座环形屏蔽槽
191表盘环形屏蔽槽 20电池盒上盖
21电池盒底壳 211电池盒底壳圆形凹槽
22球形阀头 23球形阀台阶
24专用控制芯片 25采样单元
26输入磁环 27输出磁环
28霍尔元件 281信号调理电路
29球形阀驱动用步进电机 291卡位凸头
292轴面凹槽 293电机仓
294卡位凸头螺丝孔 295条形卡槽
30球形阀 31电池
311电压检测电路
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
本发明全电子数字式自来水表包括基座1、进水管2、出水管3、水表指示装置、电池31、球形阀驱动用步进电机29、球形阀30多个部分。进水管和出水管位于基座的两端，与基座连为一体，基座的底部设有十字加强筋，用于加固水表基座。球形阀30放置在出水管道中，球形阀顶部有一个球形阀台阶23，球形阀30的阀头22从台阶露出，再与球形阀驱动用步进电机29连接。
基座1为水表的基础组成部分，内部包含采样单元25、输入磁环26，该部分用于采样水流量信号，并通过输入磁环26传递至输出磁环27，形成从水的流量信号从基座到水表指示装置的磁传动结构。
基座1延伸至其中央顶部的圆柱体上的内侧壁上刻有内螺纹，圆形的表盘外壳4底部外侧壁具有外螺纹，两者通过内外螺纹连接成一体，基座1顶部圆柱体的中心位置有一个向上凸起的圆柱形输入磁环腔体18，输入磁环腔体18内放置输入磁环26，表盘外壳4底部中心位置对应有一个下凹的圆柱形输出磁环腔体14，输出磁环腔体14内放置输出磁环27，输入磁环腔体18的中心与输出磁环腔体14的中心在一条直线上。输入磁环腔体18的四周开有一个基座环形屏蔽槽19，输出磁环腔体14的四周开有一个表盘环形屏蔽槽191，两环形屏蔽槽位置相对应，两个屏蔽槽结合所形成的空间可用来放置一个环形的导磁材料体，导磁材料体可以屏蔽外来磁场，防止外来磁场对输入输出磁环传动的干扰。
表盘外壳4为一圆柱体，与基座1的中央顶部的圆柱体相连，表盘外壳4外侧靠近底部的位置处有一个表盘铅封环15，基座1靠近表盘外壳4的连接位置处有一个基座铅封环16，两铅封环环孔相对，用于铅封表盘和基座1。
表盘外壳4内包含有水表指示装置，水表指示装置包含水表面板5、专用控制芯片24、水表指针驱动用步进电机10、指针9、耗水累计液晶模块7。在水表面板5上镂刻有一个封闭的圆形水表刻度6，水表刻度分为10大格，每一大格代表0.001m3，一个大格又分为10小格，每一小格代表0.0001m3，其大刻度格标注值从0到9，最小分度值为0.0001。
表盘外壳4的顶端具有一个透明的观察窗口，圆形水表面板5位于观察窗口之下，在水表面板5的中心位置处有一个圆形的电机轴孔8，水表指针驱动用步进电机10的转动轴从水表面板5的背后穿过电机轴孔8，再与指针9套接，水表指针驱动用步进电机10安装在PCB电路板11上，PCB电路板11上均匀的设置了四个定位孔12，这四个定位孔与表盘外壳4中的固定孔13位置相对，PCB电路板11可通过螺钉固定在表盘外壳4的底部。
水表面板5上还开有一个矩形的液晶窗口71，累计液晶模块7通过液晶窗口71显露出来，累计液晶模块7可显示6位数字，包括4位整数，2位小数，累计液晶模块的最大累计值为9999.99m3。
所述的水表包含一个方形电池盒，电池盒由上盖20和底壳21两部分组成，电池盒内放置电池31，电池盒底壳21的底部中心位置设有一个圆形凹槽211，圆形凹槽内侧壁上具有内螺纹，电池盒通过圆形凹槽211与电机仓293螺纹连接在一起。
球形阀驱动用步进电机29安装在一个圆柱形的电机仓293中，电机仓293安装在出水管的球形阀台阶23上，电机仓293内侧壁上开有两个条形卡槽295，球形阀驱动用步进电机29外壳上具有两个卡位凸头291，卡位凸头上有螺丝孔294，球形阀驱动用步进电机29利用卡位凸头291插入条形卡槽295内定位，卡位凸头291再与电机仓293通过螺钉连接固定，球形阀驱动用步进电机29的转动轴中心位置上开有一个轴面凹槽292，与安装在出水管3上的球形阀30的阀头22套接。
本发明的电原理框图如图9，PCB电路板11上装置有专用控制芯片24、水表指针驱动用步进电机10、累计液晶模块7、霍尔元件28、信号调理电路281、电压检测电路311。采样单元25将水流量信号以圆周运动信号形式传递给输入磁环26，输入磁环26通过磁力以圆周运动形式传递给输出磁环27，输出磁环27的圆周运动信号经由霍尔元件28转换为脉冲电信号，脉冲电信号经信号调理调整后传送至专用控制芯片24。专用控制芯片24对接收的数据进行数字滤波处理和工程量变换，将输入数据转化为水表指针驱动用步进电机的角位移量并计算累计液晶模块所显示的数据，继而驱动水表指针驱动用步进电机10和累计液晶模块7分别指示实时用水状况和用水总量。电池31的电源信号经过电压检测电路传递至专用控制芯片24。专用控制芯片24以电池电源信号作为电源，同时监测电池电压，当电压过低时，专用控制芯片24驱动球形阀驱动用步进电机29关闭球形阀30，并通过累计液晶模块7闪烁提示更换电池。所述的球形阀驱动用步进电机29是一种低功耗、大力矩的数字化运动器件，该步进电机可以依照实时水流速度调节球形阀30开闭程度，以适应用水需求，达到节水目的。
本发明将原有机械式水表转换成为电子式水表，水表面板将指针指示以及液晶显示集中在一起，构成单指针刻度与液晶相结合的指示方式，累计液晶模块显示总用水量，水表指针驱动用步进电机驱动指针指示实时用水量，不仅大大提高了家用自来水表的计量精度和使用寿命，而且突破了传统机械表盘的结构，提出了一种新的水表类型，本发明可广泛应用于各种流量计量领域。
Claims (9)
1.一种全电子数字式自来水表，包括基座(1)、进水管(2)、出水管(3)、表盘外壳(4)、水表指示装置、球形阀(30)、球形阀驱动用步进电机(29)，所述水表指示装置安装在表盘外壳(4)中，水表指示装置包含水表面板(5)、专用控制芯片(24)、水表指针驱动用步进电机(10)、指针(9)、累计液晶模块(7)，其特征在于：所述水表面板(5)上镂刻有一个封闭的圆形水表刻度(6)，所述指针(9)指示水表刻度(6)并由水表指针驱动用步进电机(10)的转动轴带动，所述水表采用刻度指针加累计液晶的指示方式，且只有一个水表刻度(6)和一根指针(9)，所述专用控制芯片(24)与球形阀驱动用步进电机(29)直接相连并控制球形阀驱动用步进电机(29)，球形阀驱动用步进电机(29)控制球形阀(30)的开度。
2.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：专用控制芯片(24)分别与水表指针驱动用步进电机(10)和累计液晶模块(7)直接相连。
3.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：水表刻度(6)分为10大格，每一大格代表0.001m3，一个大格又分为10小格，每一小格代表0.0001m3，其大刻度格标注值从0到9，最小分度值为0.0001。
4.根据权利要求1或3所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：在水表面板(5)的中心位置处有一个圆形的电机轴孔(8)，水表指针驱动用步进电机(10)的转动轴从水表面板(5)的背后穿过电机轴孔(8)，再与指针(9)套接。
5.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：水表面板(5)上还开有一个矩形的液晶窗口(71)，累计液晶模块(7)通过液晶窗口(71)显露出来，累计液晶模块(7)可显示6位数字，包括4位整数，2位小数，累计液晶模块的最大累计值为9999.99m3。
6.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：圆形的表盘外壳(4)底部外侧壁有外螺纹，再与基座(1)延伸至中央顶部的圆柱体上的内螺纹相连，基座(1)顶部圆柱体的中心位置有一个向上凸起的圆柱形输入磁环腔体(18)，输入磁环腔体(18)内放置输入磁环(26)，表盘外壳(4)底部中心位置对应有一个下凹的圆柱形输出磁环腔体(14)，输出磁环腔体(14)内放置输出磁环(27)，输入磁环腔体(18)的中心与输出磁环腔体(14)的中心在一条直线上。
7.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：输入磁环腔体(18)的四周开有一个基座环形屏蔽槽(19)，输出磁环腔体(14)的四周开有一个表盘环形屏蔽槽(191)，两个屏蔽槽结合所形成的空间放置一个可屏蔽外来磁场的环形导磁材料体。
8.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：水表包含一个方形电池盒，电池盒由上盖(20)和底壳(21)组成，电池盒内放置电池(31)，电池盒底壳(21)的底部中心位置设有一个圆形凹槽(211)，圆形凹槽内侧壁上具有内螺纹，电池盒通过圆形凹槽(211)与电机仓(293)螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的全电子数字式自来水表，其特征在于：球形阀驱动用步进电机(29)安装在一个圆柱形的电机仓(293)中，电机仓(293)内侧壁上开有两个条形卡槽(295)，球形阀驱动用步进电机(29)外壳上具有两个卡位凸头(291)，卡位凸头上打有螺丝孔(294)，球形阀驱动用步进电机(29)利用卡位凸头(291)插入条形卡槽(295)内定位，卡位凸头(291)再与电机仓(293)通过螺钉连接固定，球形阀驱动用步进电机(29)的转动轴中心处开有一个轴面凹槽(292)，与安装在出水管(3)上的球形阀(30)的阀头(22)套接。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120808 Termination date: 20150127 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |