CN104596603B - 一种热感式滴水表及滴水测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的热感式滴水表由叶轮式水表基表和热感式滴水流量测量装置组成。热感式滴水流量测量装置包括：具有透气孔的表盘盒、环境温度传感器、流体温度传感器和处理器与电路板。叶轮式水表基表测量水用户的正常水流量G_Y，热感式滴水流量测量装置通过测量基表出水管内水温T_W，环境温度T_O，以及内置于处理器与电路板的水处理程序，由温度差TC＝|T_O‑T_W|来判别并计算出水用户的滴水流量。本发明不仅可以测量水用户的正常水流量，而且还可以测量滴水流量，结构简单、经济实用、不受水质影响，使用寿命长。

Description

一种热感式滴水表及滴水测量方法

技术领域

本发明涉及水流量探测技术领域，特别涉及一种热感式滴水表，还涉及一种热感式滴水测量方法。

背景技术

水表是一种计量工具，用于对用水户的用水量进行计量，其工作原理为：水流从水表的进水口冲击叶轮，叶轮转动并传递给计数器，通过计数器记录用水户的用水量。但现有的水表都有流量测量下限，当通过水表的水流量为滴水流量时，滴水流量为低于水表流量测量下限的流量，水流动力不能推动叶轮转动，从而导致水表在这种状况下的流量读数为零。由于现有水表的这一技术缺陷，就不能测量滴水流量。据统计资料，现有水表因不能测量滴水流量使自来水公司每年造成经济损失约10％。

出现滴水流量有两种情形，一是水用户的自来水龙头没有完全关闭，导致自来水资源的白白浪费；二是，某些水用户利用水表不能检测滴水流量的缺陷，收集滴水流量使用。为了节约自来水资源和维护公平公正的水费市场，社会呼唤能测量滴水流量的滴水表，且稳定、可靠、实用和经济。

中国专利文献CN2872026Y公开了一种多功能磁控表前阀，采用磁性原理实现防滴漏和止回功能，当表后龙头滴漏时，利用活塞两端形成的水压差，水流将活塞瞬间冲开，一股较大的水流进入水表计量，起到滴漏计量的作用。但该技术方案存在以下问题：(1)、阀门采用活塞密封，对加工精度要求非常高，否则会有微小渗漏；(2)、活塞密封还可能被渣滓卡住，导致阀门关闭不严，细小水流通过阀门，从而失去了防滴漏的作用；(3)、阀门内部装有磁钢，流体中如有导磁物会被吸附在磁钢上，降低了阀的可靠性。

中国专利号ZL200520030632.9公开了一种滴水计量水表，该水表表壳的底部为进水腔，上部为计量腔，进水腔和计量腔均设有出水口，计量腔出水口管体设置成内外套管夹层结构，内套管与计量腔连通，夹层内的尾部设有一圈弹性隔膜，弹性隔膜内圈成一密封滴水贮水腔，该滴水贮水腔与表本体的进水腔连通，内套管内滑动设有一阀板，阀板内侧的内套管上固定有一个内扩外缩的漏斗式弹性出水嘴，出水嘴的口沿口径尺寸小于阀板的尺寸且口沿与阀板密封启闭配合，阀板的外侧设有一推压弹簧，阀板外侧的内套管壁上设有出水孔，出水孔的位置处于阀板前后启闭移动的范围内。

该专利的原理是：通过隔膜隔出贮水仓，当滴水时，先从贮水仓放水，当贮水仓水放完后，打开通道，计量一次，再次储满贮水仓，实现滴水时水表间歇计量。隔膜破裂后，不能滴水计量。

该专利虽然具有良好的滴水计量效果，但由于其在进水腔设有一个进水口与贮水腔连通，这种结构在弹性隔膜破裂时，进水腔的水会直接通过滴水贮水腔，而不经过水表机芯计量直接流出水表出水口，其造成的结果不但起不到滴水计量的目的，而且连正常的水流计量也不准确。

现有的民用水表主要是旋翼式水表，这种结构的水表由于旋翼叶片存在一定的摩擦阻力，当水流为微小流量时，水流冲击力过小，就无法推动旋翼叶片旋转，也就无法驱动指示机构指示流量。一般水流流量在10升/小时以下时，就无法计量。为此，可以计量微小流量的水表被设计出来，专利号为ZL02241975.6的实用新型专利公开了一种水表，该水表在计量机构下方增设一个具有锥度的沉铁，使表壳的对应部位的内经收缩使其与沉铁的锥度相吻合，同时在沉铁的中央设置一中流阀，并在中流阀的中央设有中心导管，并与沉铁中的平型导管与计量机构直接连通；当水流大时，沉铁被顶起，水流从沉铁周围的大通道流过，进入计量机构并计数；当水流微小时，由于沉铁的自重，其与表壳直接形成封闭，水流从沉铁中央的中流阀之中心导管并经与之对直的沉铁之平型导管直接进入计量机构，实现计数。该专利是采用浮球的原理，当滴水时，阀芯下沉，堵住进水口，从侧壁口进水推动叶轮转动，实现计量；当大流量时，阀芯上浮，堵住侧壁口，从进水口进水，推动叶轮转动，实现计量。但是一旦有杂质进入则会阻挡阀芯下沉，从而失去滴水计量的效果。

专利号为200610155151.X的专利申请通过用两块磁铁吸合来遮挡进水口的方法从而使水流从镂空处穿过推动叶轮转动的方法来达到滴水计量的效果，但是时间长了之后，磁铁会因为吸附水中的铁质杂质而使得磁力下降，也就是说时间长之后，该种滴水计量表将失去滴水计量的效果。

发明内容

为克服现有水表不能测量滴水流量，以及克服现有滴水表的不足，本发明提出一种热感式滴水表及滴水测量方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热感式滴水表，包括叶轮式水表基表，所述叶轮式水表基表包括：基表进水管、基表计数器、基表出水管、基表叶轮、基表壳、基表叶轮轴、基表叶轮腔，还包括热感式滴水流量测量装置；

所述热感式滴水流量测量装置包括：具有透气孔的表盘盒、环境温度传感器、流体温度传感器、处理器和电路板；所述表盘盒固定于基表壳顶面上；所述流体温度传感器固定在基表出水管内，测量基表出水管内水温T_W；所述环境温度传感器固定在表盘盒内，测量环境温度T_O；所述处理器与电路板固定在表盘盒内，与所述基表计数器、环境温度传感器、流体温度传感器通信连接，采集基表计数器的计数信号，计算得出叶轮式水表基表所测的水流量G_Y，同时采集环境温度传感器所测的环境温度信号、流体温度传感器所测的流体温度信号，通过内置的水处理程序，得出热感式滴水表的水流量，所述水处理程序包括：

步骤(1)，设定热感式滴水表的温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH；

步骤(2)，在一个热感式滴水表计量采样时间τ内，采集水表基表出水管内水温T_W、环境温度T_O、水表基表所测水流量G_Y，计算温度差TC＝|T_O-T_W|；

步骤(3)，当G_Y>0时，则水用户流量为G＝G_Y，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

步骤(4)，当G_Y＝0并且TC＞TCL时，则水用户流量为滴水流量其中C₁、C₃和C₃为加权系数，转入步骤(2)；

步骤(5)，当G_Y＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

可选地，设定所述温差高阈值TCH＝3⁰C。

可选地，所述C₁的范围区间为0～6，单位为L/h；所述C₂的范围区间为-3000～-0.001，单位为所述C₃的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。

本发明还提供了一种热感式滴水测量方法，基于叶轮式水表基表和热感式滴水流量测量装置，所述叶轮式水表基表包括：基表进水管、基表计数器、基表出水管、基表叶轮、基表壳、基表叶轮轴、基表叶轮腔，所述热感式滴水流量测量装置包括：具有透气孔的表盘盒、环境温度传感器、流体温度传感器、处理器和电路板；所述表盘盒固定于基表壳顶面上；所述流体温度传感器固定在基表出水管内，测量基表出水管内水温T_W；所述环境温度传感器固定在表盘盒内，测量环境温度T_O；所述处理器与电路板固定在表盘盒内，与所述基表计数器、环境温度传感器、流体温度传感器通信连接，采集基表计数器的计数信号，计算得出叶轮式水表基表所测的水流量G_Y，同时采集环境温度传感器所测的环境温度信号、流体温度传感器所测的流体温度信号；热感式滴水测量方法包括以下步骤：

步骤(1)，设定热感式滴水表的温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH；

步骤(2)，在一个热感式滴水表计量采样时间τ内，采集水表基表出水管内水温T_W、环境温度T_O、水表基表所测水流量G_Y，计算温度差TC＝|T_O-T_W|；

步骤(3)，当G_Y>0时，则水用户流量为G＝G_Y，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

步骤(4)，当G_Y＝0并且TC＞TCL时，则水用户流量为滴水流量其中C₁、C₃和C₃为加权系数，转入步骤(2)；

步骤(5)，当G_Y＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

可选地，设定所述温差高阈值TCH＝3⁰C。

可选地，所述C₁的范围区间为0～6，单位为L/h；所述C₂的范围区间为-3000～-0.001，单位为所述C₃的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。

本发明的有益效果是：

(1)与现有的叶轮式水表基表相结合，通过加装热感式滴水流量测量装置，不仅可以测量水用户的正常水流量，而且还可以测量滴水流量，由此不仅有利于避免水用户自来水龙头没有完全关闭，造成的自来水资源白白浪费的状况，而且还可避免某些水用户利用水表不能检测滴水流量的缺陷，收集滴水流量使用所造成的自来水市场收费不公平状况；

(2)本发明的热感式滴水流量测量装置，主要由两个温度传感器组成，由此形成的热感式滴水表结构简单、经济实用；

(3)本发明与现有技术的滴水表相比，不受水质影响，使用寿命长，正常流量与滴水流量计量模式自动转换，滴水流量计量模式中温差高阈值和温差低阈值自动实施动态调整，使得滴水流量计量可靠与准确。

附图说明

图1是本发明一种热感式滴水表的结构示意图；

其中：

1、基表进水管 2、表盘盒 3、环境温度传感器

4、基表计数器 5、处理器与电路板 6、透气孔

7、流体温度传感器 8、基表出水管 9、基表叶轮

10、基表壳 11、基表叶轮轴 12、基表叶轮腔

具体实施方式

本发明的热感式滴水表在叶轮式水表基表上，加装热感式滴水流量测量装置，组成热感式滴水表,其中叶轮式水表基表的叶轮和计数器用来测量水用户正常水流量，例如正常水流量大于3L/h；热感式滴水流量测量装置用来测量水用户滴水流量，例如滴水流量小于3L/h，滴水流量的最高值是叶轮式水表基表叶轮可被微小流水推动的最小流量。

下面结合附图对本发明的热感式滴水表及热感式滴水测量方法作进一步描述。

如图1所示，本发明的热感式滴水表包括叶轮式水表基表和热感式滴水流量测量装置。叶轮式水表基表包括：基表进水管1、基表计数器4、基表出水管8、基表叶轮9、基表壳10、基表叶轮轴11、基表叶轮腔12组成。热感式滴水流量测量装置包括具有透气孔6的表盘盒2、环境温度传感器3、流体温度传感器7、处理器与电路板5。

表盘盒2固定于基表壳10顶面上；流体温度传感器7固定在基表出水管8内，用来测量基表出水管8内水温T_W；环境温度传感器3固定在表盘盒内2，用来测量环境温度T_O；处理器与电路板5固定在表盘盒2，与基表计数器4、环境温度传感器3、流体温度传感器7通信连接，用来采集基表计数器4的计数信号，计算得出叶轮式水表基表所测的水流量G_Y，同时也采集环境温度传感器3所测的温度信号、流体温度传感器7所测的温度信号，通过处理器内置的水处理程序，得出热感式滴水表的水流量。

水用户的水表通常都安装在室内，水用户室内自来水管道内的自来水水温T_W与水用户室内的环境温度T_O，总是存在明显的温度差TC＝|T_O-T_W|，通常温度差TC为3-8℃。在温度差TC的驱动下，水用户室内自来水管道内的自来水会与水用户室内环境之间进行传热，从而导致TC值下降。根据大量实验、模拟计算及传热学理论可知：在水表计量的一个采样时间周期τ内，例如τ＝100ms，水用户用水量越大，则TC值下降幅度就越小；水用户用水量越大，TC值下降速率TC/τ也越小，即水用户用水量与TC值下降幅度以及TC值下降速率成单调的减函数关系。

当流经热感式滴水表的水流量为水用户正常流量时，因为水用户正常流量下的流速较大，管内自来水与环境不能取得热平衡，表现为TC值较大，在这种状况下，水流动力可驱动水表基表的叶轮转动，就用水表基表叶轮来测量水用户的水流量；当流经热感式滴水表的水流量为滴水流量时，虽然水用户的水流量微小或流速很低，但管内自来水与环境还是不能取得热平衡，表现为TC值较小，这种状况下TC值反映出水用户采用滴水流量方式收集自来水，或者水用户的自来水龙头没有完全关闭而在漏水；当流经热感式滴水表的水流量为零或接近零时，管内自来水与环境在短时间内很容易取得热平衡，表现为TC值为零或TC值接近零，这种状况下的TC值反映出水用户不用自来水，或者水用户的自来水龙头完全关闭。

上述表明，TC＝|T_O-T_W|的大小，可用来判断水用户使用自来水流量的状况，由此建立两个判别自来水流经热感式滴水表水流量大小的温差阈值，并且这两个温差阈值还是动态变化的。当流经热感式滴水表的水流量为水用户正常流量，温差阈值为温差高阈值TCH，例如TCH＝3⁰C，当流经热感式滴水表的自来水流量为滴水流量时，温差阈值为温差低阈值TCL，例如TCL＝0.1×TCH；当流经热感式滴水表的自来水流量为零即水流静止时，温差阈值为零或接近零。

本发明的热感式滴水表通过处理器内置的水处理程序计算水流量，具体包括以下步骤：

步骤(1)，设定热感式滴水表的温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH,优选地，设定所述温差高阈值TCH＝3⁰C；

步骤(2)，在一个热感式滴水表计量采样时间τ内，采集水表基表出水管内水温T_W、环境温度T_O、水表基表所测水流量G_Y，计算温度差TC＝|T_O-T_W|；

步骤(3)，当G_Y>0时，则水用户流量为G＝G_Y，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

步骤(4)，当G_Y＝0并且TC＞TCL时，则水用户流量为滴水流量其中C₁、C₃和C₃为加权系数，转入步骤(2)；

步骤(5)，当G_Y＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

优选地，上述步骤(4)中，所述C₁的范围区间为0～6，单位为L/h；所述C₂的范围区间为-3000～-0.001，单位为所述C₃的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。

本发明的热感式滴水表，在现有的叶轮式水表基表基础上，通过加装热感式滴水流量测量装置，不仅可以测量水用户的正常水流量，而且还可以测量滴水流量，由此不仅有利于避免水用户自来水龙头没有完全关闭，造成的自来水资源白白浪费的状况，而且还可避免某些水用户利用水表不能检测滴水流量的缺陷，收集滴水流量使用所造成的自来水市场收费不公平状况。

本发明的热感式滴水流量测量装置，主要由两个温度传感器组成，由此形成的热感式滴水表结构简单、经济实用。

本发明的热感式滴水表与现有技术的滴水表相比，不受水质影响，使用寿命长，正常流量与滴水流量计量模式自动转换，滴水流量计量模式中温差高阈值和温差低阈值自动实施动态调整，使得滴水流量计量可靠与准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种热感式滴水测量方法，其特征在于，基于叶轮式水表基表和热感式滴水流量测量装置，所述叶轮式水表基表包括：基表进水管、基表计数器、基表出水管、基表叶轮、基表壳、基表叶轮轴、基表叶轮腔，所述热感式滴水流量测量装置包括：具有透气孔的表盘盒、环境温度传感器、流体温度传感器、处理器和电路板；所述表盘盒固定于基表壳顶面上；所述流体温度传感器固定在基表出水管内，测量基表出水管内水温T_W；所述环境温度传感器固定在表盘盒内，测量环境温度T_O；所述处理器与电路板固定在表盘盒内，所述处理器与所述基表计数器、环境温度传感器、流体温度传感器通信连接，采集基表计数器的计数信号，计算得出叶轮式水表基表所测的水流量G_Y，同时采集环境温度传感器所测的环境温度信号、流体温度传感器所测的流体温度信号；热感式滴水测量方法包括以下步骤：

步骤(1)，设定热感式滴水表的温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH；

步骤(2)，在一个热感式滴水表计量采样时间τ内，采集水表基表出水管内水温T_W、环境温度T_O、水表基表所测水流量G_Y，计算温度差TC＝|T_O-T_W|；

步骤(3)，当G_Y>0时，则水用户流量为G＝G_Y，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

步骤(4)，当G_Y＝0并且TC＞TCL时，则水用户流量为滴水流量其中C₁、C₂和C₃为加权系数，转入步骤(2)；

步骤(5)，当G_Y＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

2.如权利要求1所述的热感式滴水测量方法，其特征在于，设定所述温差高阈值TCH＝3℃。

3.如权利要求1所述的热感式滴水测量方法，其特征在于，所述C₁的范围区间为0～6，单位为L/h；所述C₂的范围区间为-3000～-0.001，单位为所述C₃的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。