CN103048023A - 电磁式水表 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁式水表，其至少包括具有导管、励磁线圈、电极与接地端的传感器，以及除常规功能外还具有电极清零及空管检测模块的转换器，该电极清零及空管检测模块用以在第一及第二开关单元同时导通时将所述电极上的电压清零，在仅第一开关单元导通以及所述电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极时，检测并计算该电极与接地端之间的电阻值，并将计算出的阻值与一预设值相比对，以确定所述导管内是否有流体，以此解决了现有技术中电极上的电压由于各种原因过高时超过仪表放大器所能接受的范围而导致的电磁式水表输出出错的问题。

Description

电磁式水表

技术领域

本发明涉及一种电磁流量计，特别是涉及一种具有电极清零及空管检测功能的电磁式水表。

背景技术

电磁式水表通过励磁线圈将磁场施加给被测流体，被测流体在磁场中运动感应出感应电动势，检测并处理该电动势信号即可获得流体流速，从而实现流量测量。当前，励磁方式主要是低频方波励磁，即由恒流源给励磁线圈供电，不断地切换励磁线圈中电流的方向，使得励磁电流在正负恒定值之间周期地变化。在励磁电流恒定期间，电磁流量传感器输出稳定的流量信号。

在现有技术中，所述电磁式水表一般由供电电池(通常为3.6V)、传感器及转换器组成，其转换器的信号放大部分(通常为仪表放大器，或由运放组成类似功能)受供电电压所限，当电极上有较大的电压，就不能正常工作。

在励磁电流作用下，传感器线圈产生磁场，通过导管作用于流体。当流体流动时，电极上会产生电动势。此电动势作用于流体中的物质，可以产生类似于化学电池的反应，使得电极为阳极或阴极，进而导致电极上存在电压，如果电极上的电压(由于各种原因)过高，超过仪表放大器所能接受的范围，电磁式水表输出将出错。

因此某个传感器电极对地电压过高，会导致超出仪表放大器的输入条件；或两电极之间的电压差过大会导致仪表放大器的输出饱和，在以上两种情况下所述的转换器均不能正常工作。

再者，为了判断传感器管道内是否存在流体，通常的方法为在电极上施加一个电压，以测出测量电极与传感器之间的电阻。由于电极上可能有化学电势，直接用欧姆定律进行电阻的测量往往不准确。同时由于目前的电磁式水表，往往在电极上施加的电压为同一极性，致使电极上容易产生残余电压，使放大器不能正常工作。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电磁式水表，用以解决现有技术中电极上的电压(由于各种原因)过高时，超过仪表放大器所能接受的范围，导致的电磁式水表输出出错的问题。

本发明的另一目的在于提供一种电磁式水表，用以解决现有技术中对电磁式水表的空管检测不准确的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电磁式水表，其至少包括具有导管、励磁线圈、电极与接地端的传感器，以及连接所述传感器的转换器，其特征在于，还包括一电极清零及空管检测模块，所述电极清零及空管检测模块包括：电压施加单元，连接于所述电极及接地端，用于交替输出高压信号及低压信号给所述电极；第一开关单元，连接于所述电压施加单元与电极之间，用于断开或导通所述电压施加单元输出给所述电极的电压信号路径；第二开关单元，连接于所述电压施加单元、电极与接地端之间，用以在与所述第一开关单元同时导通时将所述电极上的电压清零；以及检测计算单元，连接于所述电压施加单元、电极及接地端之间，用以在所述第一开关单元导通以及所述电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极时，检测并计算该电极与接地端之间的电阻值，并将计算出的阻值与一预设值相比对，以确定所述导管内是否有流体。

于本发明的电磁式水表中，所述励磁线圈设置在所述导管上，用于有励磁电流通过时产生磁场并作用于所述导管。所述电极配置在所述导管中且与被测流体相接触，在被测流体流动且与所述励磁线圈产生的磁场作用时，产生电极信号后予以输出。

于本发明的电磁式水表中，所述转换器还包括：励磁驱动单元，电性连接所述励磁线圈，用以产生励磁电流给所述励磁线圈；信号放大单元，电性连接所述电极，用以将接收到的电极信号予以放大后输出；AD转换单元，电性连接所述信号放大单元，用以接收到放大的电极信号后将其转换为电极数字信号予以输出；中央控制单元，电性连接所述AD转换单元及励磁驱动单元，用以接收到所述电极数字信号后计算出被测流体对应的流量测量结果并予以输出，以及用以发送励磁控制指令给所述励磁驱动单元；显示单元，电性连接所述中央控制单元，接收到所述流量测量结果后予以显示。

于本发明的电磁式水表中，所述中央控制单元还电性连接所述电极清零及空管检测模块，用于输出检测指令，令所述第一开关单元闭合，使所述电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极；以及用于输出清零指令，令所述第一开关单元与第二开关单元同时闭合以使将所述电极接地。

于本发明的电磁式水表中，所述检测计算单元还用来输出一个与所述导管的体电阻相关的参数至所述中央控制单元，由该中央控制单元算出的阻值，并与预设值相比判断是否为空管，即根据所述检测计算单元输出的某一参数，中央控制单元可以算出的流体的阻值，并判断导管是否为空管状态。

于本发明的电磁式水表中，所述检测计算单元计算出的阻值小于所述预设值时，判定为所述导管内有流体；所述检测计算单元计算出的阻值大于所述预设值时，判定为所述导管为空管。

本发明的电磁式水表还包括电池，用于给所述电磁式水表提供工作电源。

如上所述，本发明的电磁式水表在转换器休眠期间，通过同时导通第一开关单元与第二开关单元，使得电极与传感器接地端短路，释放电极上可能存在的化学电势，进而解决了现有技术中电极上的电压(由于各种原因)过高时，超过仪表放大器所能接受的范围，导致的电磁式水表输出出错的问题，而且，本发明的电磁式水表通过电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极，使得电极上不易产生残余电压，进而可以精确地检测出电极与接地端之间的电阻值，并将计算出的阻值与预设值相比对，以准确地得出导管内是否有流体，进而解决了现有技术中对电磁式水表的空管检测不准确的问题。

附图说明

图1显示为本发明的电磁式水表的原理框图。

图2显示为本发明电磁式水表的电极清零及空管检测模块框图。

图3显示为本发明中电极清零及空管检测模块工作原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1及图3，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种电磁式水表1，其至少包括传感器11、转换器12、电极清零及空管检测模块13、以及用于给所述电磁式水表1提供工作电源的电池14。

于本实施例中，所述传感器11包括设置在导管16上的励磁线圈111、电极112(112a及112b)与接地端113(公共信号端)。其中，所述励磁线圈111设置在所述导管16上，当通过励磁电流时产生磁场并作用于所述导管16中。所述电极112配置在所述导管16中且与被测流体相接触，在被测流体流动且与所述励磁线圈111产生的磁场作用时，产生电极信号后予以输出。在本实施例中，所述电极112为一对设于导管16的内壁面上的电极112a、112b，为方便说明，本文中将统称为电极112予以阐述。

请参阅图2，显示为本发明电磁式水表的电极清零及空管检测模块原理框图。如图所示，所述电极清零及空管检测模块13包括：电压施加单元131、第一开关单元132、第二开关单元133、以及检测计算单元134。需要说明的是，于实际的实施方式中，所述电极清零及空管检测模块13可以设计为模拟电路，也可以设计为数字电路，换言之，凡能达成下述各单元之功效，均视为本发明的精神及范畴，容下详述。

所述电压施加单元131连接于所述电极112及接地端113，用于交替输出高压信号及低压信号给所述电极112。在本实施例的后续阐述中，所述电压施加单元131输出高压信号为电池电压Vb，所述电压施加单元131输出低压信号为接地端113(公共信号端)电压Vg。

所述第一开关单元132连接于所述电压施加单元131与电极112之间，用于断开或导通所述电压施加单元131输出给所述电极112的电压信号路径。在本实施例中，所述第一开关单元132例如为模拟开关元件。

所述第二开关单元133连接于所述电压施加单元131、电极112与接地端113之间，用以在导通时将所述电极112上的电压清零。在本实施例中，所述第二开关单元133例如为模拟开关元件，亦可以为数字开关，例如晶体管等。

所述检测计算单元134连接于所述电压施加单元131、电极112及接地端113之间，用以在所述第一开关单元132导通以及所述电压施加单元131交替输出高压信号及低压信号给所述电极112时，检测与该电极112与接地端113之间的电阻值相关的电参数，使得中央处理单元可以算出导管中流体的阻值，并与一预设值相比对，以确定所述导管16内是否有流体。具体地，计算出的阻值小于所述预设值时，判定为所述导管16内有流体；所述检测计算单元134计算出的阻值大于所述预设值时，判定为所述导管16为空管。

于实际的应用过程中，所述预设值与流体的种类、电极尺寸、导管相关。

所述转换器12包括：励磁驱动单元121、信号放大单元122、AD转换单元123、中央控制单元124、以及显示单元125。所述励磁驱动单元121电性连接所述励磁线圈111，用以产生励磁电流给所述励磁线圈111。所述信号放大单元122电性连接所述电极112，用以将接收到的电极信号予以放大后输出。所述AD转换单元123电性连接所述信号放大单元122，用以接收到放大的电极信号后将其转换为电极数字信号予以输出。

所述中央控制单元124电性连接所述AD转换单元123及励磁驱动单元121，用以接收到所述电极数字信号后计算出被测流体对应的流量测量结果并予以输出，以及用以发送励磁控制指令给所述励磁驱动单元121。

所述中央控制单元124还电性连接所述电极清零及空管检测模块13，用于输出检测指令，令所述第一开关单元132闭合，使所述电压施加单元131交替输出高压信号及低压信号给所述电极112；以及用于输出清零指令，令所述第二开关单元133闭合以使将所述电极112接地。

所述显示单元125电性连接所述中央控制单元124，接收到所述流量测量结果后予以显示。相应地，所述显示单元125还用以显示由该检测计算单元134的输出并由该中央控制单元124处理后输出相比结果。所述显示单元125例如为液晶显示屏或显示器。

由上可知，在流量信号测量期间，所述中央控制单元124发送励磁控制指令给所述励磁驱动单元121，所述励磁驱动单元121产生励磁电流给所述励磁线圈111。使得在励磁线圈111上有励磁电流通过，在被测流体流动且与所述励磁线圈111产生的磁场作用时，所述传感器11的电极112上会有感应电动势产生即电极信号，该电极信号经过信号电缆15传递到所述信号放大单元122进行放大后，再由所述AD转换单元123将其转换为电极数字信号予以输出给所述中央控制单元124，该中央控制单元124经过运算得到流量测量结果传给显示单元125予以显示。

为进一步阐述本发明的原理及功效，请参阅图3，显示为本发明中电极清零及空管检测模块工作原理示意图。再请同时配合参阅图2，如图所示，在本发明中，在进入流量信号测量时，所述中央控制单元124发送指令断开该第一开关单元132及第二开关单元133，此时，该电极112的输出没有被短路，可以用于流量信号的测量。待流量信号测量完成后，所述中央控制单元124发送指令使该第一开关单元132及第二开关单元133闭合，该电极112的输出被短路，进而释放电极112上的电压。

在空管检测时，本发明的电路，可以根据RC放电原理，推算电极112a、112b与接地端113(公共信号端)之间的电阻值，为了方便说明，在本实施例中，暂定该电极112a或112b与接地端113(公共信号端)之间的电阻值为R29。

第一次进入空管值测量期间，使电压施加单元131输出低压信号Vg，闭合第二开关单元133a、133b一段时间(例如为RC时间常数的5倍约为0.5s)，使电容C23、C24两端电压基本为零，随后闭合第一开关单元132a、132b，再打开第二开关单元133a、133b，再使得电压施加单元131电压从低压Vg变为高压Vb一段时间(例如0.1s)，这时有正向电流沿电阻R25、电容C23、第一开关单元132a、流向电极112a，有正向电流沿电阻R25、电容C24、第一开关单元132b、流向另一电极112b。

15秒后，第二次进入空管值测量期间，使电压施加单元131输出高压信号Vb，闭合第二开关单元133a、133b一段时间(例如为RC时间常数的5倍约为0.5s)，使电容C23、C24两端电压基本为电池电压Vb，随后闭合第一开关单元132a、132b，再打开第二开关单元133a、133b，再使得电压施加单元131电压从高压Vb变为低压Vg一段时间(例如0.1s)，这时有负向电流沿电阻R25、电容C23、第一开关单元132a、流向电极112a，有负向电流沿电阻R25、电容C24、第一开关单元132b、流向另一电极112b。然后重复上述两个步骤。

为简单起见，只分析流向其中一个电极112a的情况。

电池14上的V₂₈为电极112a上的化学电势，电阻R29为电极112a与接地端113之间的水体的等效电阻。

在第一次进入空管值测量期间，当电压施加单元131的输出电压从Vg变为Vb后，电阻R25与电容C23之间的点上的电位V₂₅可以表示为：

$V_{25}=V_b-R_{25}\frac{V_b-V_{28}}{R_{25}+R_{29}}\·\exp \left(\frac{-t}{C_{23}\·(R_{25}+R_{29})}\right)$

其中：V_b表示为电池电压，V₂₈表示为电池上的化学电势，R₂₅表示为电阻R25的值，R₂₉表示为电阻R29的值，C₂₃表示为电容C23的值。

在第二次进入空管值测量期间，当电压施加单元131电压从Vb变为Vg后，电阻R25与电容C23之间的点上的电位V′₂₅可以表示为：

$V_{25}^{\′}=R_{25}\frac{V_{23}+V_{28}}{R_{25}+R_{29}}\·\exp \left(\frac{-t}{C_{23}\·(R_{25}+R_{29})}\right)$

其中，V₂₃表示为C₂₃的电压，约为Vb。

则：

$V_{25}-V_{25}^{\′}=V_b-R_{25}\frac{V_b+V_{23}}{R_{25}+R_{29}}\·\exp \left(\frac{-t}{C_{23}\·(R_{25}+R_{29})}\right)$

V₂₈被除去。

藉由上述计算公式可计算出为电极112a与接地端113之间的流体的等效电阻R29的值。并将该R29的值与一预设值相比对，以确定所述导管16内是否有流体。具体地，所述检测计算单元134计算出的阻值小于所述预设值时，判定为所述导管16内有流体，所述检测计算单元134计算出的阻值大于所述预设值时，判定为所述导管16为空管。

综上所述，本发明的电磁式水表在转换器休眠期间，通过导通第二开关单元，使得电极与传感器接地端短路，释放电极上可能存在的化学电势，进而解决了现有技术中电极上的电压(由于各种原因)过高时，超过仪表放大器所能接受的范围，导致的电磁式水表输出出错的问题，而且，本发明的电磁式水表通过电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极，使得电极上不易产生残余电压，进而可以精确地检测出电极与接地端之间的电阻值，并将计算出的阻值与预设值相比对，以准确地得出导管内是否有流体，进而解决了现有技术中对电磁式水表的空管检测不准确的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种电磁式水表，其至少包括具有导管、励磁线圈、电极与接地端的传感器，以及连接所述传感器的转换器，其特征在于：还包括电极清零及空管检测模块，所述电极清零及空管检测模块包括：

电压施加单元，连接于所述电极及接地端，用于交替输出高压信号及低压信号给所述电极；

第一开关单元，连接于所述电压施加单元与电极之间，用于断开或导通所述电压施加单元输出给所述电极的电压信号路径；

第二开关单元，连接于所述电压施加单元、电极与接地端之间，用以在与所述第一开关单元同时导通时将所述电极上的电压清零；

检测计算单元，连接于所述电压施加单元、电极及接地端之间，用以在所述第一开关单元导通以及所述电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极时，检测并计算该电极与接地端之间的电阻值，并将计算出的阻值与一预设值相比对，以确定所述导管内是否有流体。

2.根据权利要求1所述的电磁式水表，其特征在于：所述励磁线圈设置在所述导管上，用于有励磁电流通过时产生磁场并作用于所述导管。

3.根据权利要求1所述的电磁式水表，其特征在于：所述电极配置在所述导管中且与被测流体相接触，在被测流体流动且与所述励磁线圈产生的磁场作用时，产生电极信号后予以输出。

4.根据权利要求1、2、或3所述的电磁式水表，其特征在于：所述转换器还包括：

励磁驱动单元，电性连接所述励磁线圈，用以产生励磁电流给所述励磁线圈；

信号放大单元，电性连接所述电极，用以将接收到的电极信号予以放大后输出；

AD转换单元，电性连接所述信号放大单元，用以接收到放大的电极信号后将其转换为电极数字信号予以输出；

中央控制单元，电性连接所述AD转换单元及励磁驱动单元，用以接收到所述电极数字信号后计算出被测流体对应的流量测量结果并予以输出，以及用以发送励磁控制指令给所述励磁驱动单元；

显示单元，电性连接所述中央控制单元，接收到所述流量测量结果后予以显示。

5.根据权利要求4所述的电磁式水表，其特征在于：所述中央控制单元还电性连接所述电极清零及空管检测模块，用于输出检测指令，令所述第一开关单元闭合，使所述电压施加单元交替输出高压信号及低压信号给所述电极；以及用于输出清零指令，令所述第一开关单元与第二开关单元同时闭合以使将所述电极接地。

6.根据权利要求5所述的电磁式水表，其特征在于：所述检测计算单元还用来输出一个与所述导管的体电阻相关的参数至所述中央控制单元，由该中央控制单元算出的阻值，并与预设值相比判断是否为空管。

7.根据权利要求1所述的电磁式水表，其特征在于：所述检测计算单元计算出的阻值小于所述预设值时，判定为所述导管内有流体；所述检测计算单元计算出的阻值大于所述预设值时，判定为所述导管为空管。

8.根据权利要求1所述的电磁式水表，其特征在于：还包括电池，用于给所述电磁式水表提供工作电源。

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