CN106052762A - 光电对射式涡轮液流计及其级联应用 - Google Patents

Abstract

一种光电对射式涡轮液流计，本发明壳体由流质导管和数据变送仓两部分组成，数据变送仓跨接在流质导管上部，并从流质导管外部两侧包裹流质导管，提供变送控制板上的光电收发管所需的对射光路；从流质导管的流质入口到流质出口，先后装配有多功能前置导流架、叶轮组件、导流塞组件和卡圈。本发明通过级联液流计同时监测水处理系统的多个监控点，主机内置的微处理器通过汇总信息，采用独创的分析算法和数字化接口，对外提供脱盐率、动态废水比等数值信息和漏水报警、反接指示等状态信息。从机触发和主机本地触发两种方式，对级联中的液流计状态进行互查，避免了主机定时轮询所有从机进行状态收集的计算资源浪费，提高了级联系统的通讯效率和实时性。

Description

光电对射式涡轮液流计及其级联应用

技术领域

本发明涉及一种液体综合分析和计量的液流计及其级联应用，特别是一种光电对射式涡轮液流计的级联应用。

背景技术

随着互联网+和物联网等现代技术的发展，对传统的水处理过程提出了更多的量化要求，如流经水处理系统某监控点的温度、水质、流速和单次处理流量等信息，以及对水处理系统处理能力的跟踪，关键耗材的劣化跟踪及更换提醒，漏水报警等。为达到这些量化监控的目的，一般需要采用很多分立传感器并进行复杂的分析运算，既增加了安装和开发工作量又扩大了漏水风险，某些传感器因原理限制还有可能引入危害健康的磁性材料。经过多年的开发和积累，此液流计集成了温度、电导、流速和流量传感器，其特殊的设计和内置的微处理器为高精度提供了保障。

发明内容

本发明的目的是提供光电对射式涡轮液流计及其级联应用。

本发明光电对射式涡轮液流计壳体由流质导管和数据变送仓两大功能部分组成，数据变送仓跨接在流质导管上部，并从流质导管外部两侧包裹流质导管，提供变送控制板上的光电收发管所需的对射光路；从流质导管的流质入口到流质出口，先后装配有多功能前置导流架、叶轮组件、导流塞组件和卡圈；多功能前置导流架由探针、发射端光学导流板、接收端光学导流板、导流罩、导流架轴套和前置抗磨顶珠组成，从数据变送仓引出的两根平行探针构成的平面与流质导管内液流方向垂直，发射端光学导流板和接收端光学导流板位于探针两侧构成多功能前置导流架的水平导流面，发射端光学导流板和接收端光学导流板在同一平面上，探针与发射端光学导流板及接收端光学导流板垂直交叉处的迎流面为导流罩，背流面为导流架轴套，导流罩、发射端光学导流板、接收端光学导流板和导流架轴套连成一个整体，导流架轴套内装配有前置抗磨顶珠，前置抗磨顶珠在导流架轴套内与叶轮轴的端面接触以抵消叶轮轴轴向推力和摩擦转矩；叶轮组件是由带光学计数槽孔的叶轮轴和叶轮构成的旋转机构，叶轮轴靠流质出口侧套入导流塞轴套，导流塞轴套内含后置抗磨顶珠，与叶轮轴端面接触以抵消叶轮轴轴向推力和摩擦转矩，导流塞轴套、后置导流板和导流塞筒壁构成导流塞，导流塞和后置抗磨顶珠组成导流塞组件，卡圈与流质导管内壁通过过盈配合和变径限位将导流塞精确固定，在确保叶轮轴与后置抗磨顶珠装配间隙的同时为叶轮轴提供了轴向支撑力；数据变送仓从内往外依次装配有变送控制板和顶盖，变送控制板由光电发射管、光电接收管、两个探针夹簧、热敏元件、通讯接口、扩展接口和微处理器构成。

涡轮液流计是利用叶轮的旋转角速度与流体流速成正比的关系来实现流量计量的，为实现叶轮转速与电脉冲的线性对应转换，设计了带光学计数槽孔的叶轮轴，光电发射管发射的光线经发射端光学导流板后汇聚到叶轮轴的光学计数槽孔段，随着叶轮带动叶轮轴的旋转，光学计数槽孔使发射光周期性地处于穿透和被遮挡的交替状态，穿过光学计数槽孔的光线通过接收端光学导流板，到达光电接收管，并被其转换成电脉冲信号，使叶轮转速被线性转换成能被微处理器处理的电脉冲信号，从而实现流量的计量。

流质入口和多功能前置导流架之间装有变径塞，变径塞的规格和叶轮规格配套，适配不同接入管径流质的计量。

多功能前置导流架上的探针对流质电导进行采样，并将液温通过探针夹簧和变送控制板的焊盘传递到热敏元件，然后变送控制板上的微处理器对探针采集到的电导结合热敏元件获取的温度进行补偿修正，得出电导率和TDS，从而反映水质情况。

所述的前置抗磨顶珠和后置抗磨顶珠为食品级抗磨钢珠。

所述的光电对射式叶轮组件中叶轮轴上光学计数槽孔为2个互相垂直且经过叶轮轴中线对穿叶轮轴的腰型槽孔，叶片个数为4片。

本发明采用光电感应原理，通过特殊设计的对射光路，提高了抗杂质污染能力，抗电磁干扰，整体高耐压，克服了光电反射式产品信号强度低只能用于纯净水的缺点；其食品级安全可靠的光学材料还避免了磁性材料的污染；

本发明高度集成的温度、电导、流速和流量传感器极大精简了管路，减少了漏液风险；

本发明在支持数字接口的同时支持实时流速脉冲信号输出，以满足对流速信号有及时性需求的场景，以及对流量精度要求更苛刻的场景。此实时流速脉冲信号还可以作为触发信号，上位机可利用此信号来准确得知流质流动的开始和结束时间，以及查询单次流量数据的时机，减少上位机轮询次数。

本发明支持级联，一个主液流计可与从属液流计进行多级级联，从而对流质处理系统内的不同监测点的流质特性和流动状态进行比对分析。针对水处理系统，其典型级联应用如下：

从机安装在水处理系统的原水入水端，主机安装在水处理系统的净水出水端。当水流流经从机进入水处理系统，从机开始向主机发送实时流速脉冲信号，主机接收并对脉冲信号持续时间进行统计。当水流停止，实时流速脉冲信号也随即中断后，主机开始执行下列操作：

1.修改从机状态为“在线”；

2.通过数字扩展接口查询从机温度、TDS和流量数据；

3.获取主机本地温度、TDS和流量数据；

4.比对分析主机和从机的数据，并显示分析后的数值和状态；

a)主机或者从机温度数据缺失，则设置对应“温度故障”；

b)主机TDS无数据，而从机有TDS数据，同时从机实时流速脉冲信号持续时间在30秒以内，则判断为“滤芯充盈中”；

c)主机TDS无数据，而从机有TDS数据，同时从机实时流速脉冲信号持续时间超过30秒，则判断为“主机脱机”；

d)主机无流量数据，从机有流量数据，则判断为“主机反装或漏水”；

e)主机和从机都有流量数据，主机TDS和流量都大于从机，则判断为“主从反装”；

f)主机和从机都有流量数据，主机TDS和流量都小于从机，则状态正常。

以上是主机响应从机实时流速脉冲信号触发进行分析，同时主机还要响应本地实时流速脉冲信号触发，对从机状态进行主动判断，其流程如下：

1.主机实时流速脉冲信号中断后，主机通过数字扩展接口查询从机温度、TDS和流量数据；

2.获取主机本地温度、TDS和流量数据；

3.比对分析主机和从机的数据，并显示分析后的数值和状态；

a)主机查询从机发生通讯故障，如无反馈，则判断为“从机未连接”；

b)主机或者从机温度数据缺失，则设置对应“温度故障”；

c)主机TDS无数据，则判断为“主机TDS故障”；

d)主机流量无数据，则判断为“主机流量故障”；

e)主机流量有数据，从机流量无数据，从机TDS有数据，则判断为“从机反装”；

f)从机流量和TDS都无数据，则判断为“从机脱机”；

g)存储好主机和从机的原始数据，以及分析运算得出的脱盐率、动态废水比等数值信息和上述的状态信息。上位机在主机实时流速脉冲信号结束后，可通过主机数字通讯接口获取这些信息。

主机通过从机触发和本地触发两种方式，对级联中的液流计状态进行互查，避免了主机定时轮询所有从机进行状态收集的计算资源浪费，提高了级联系统的通讯效率和实时性。级联液流计同时监测水处理系统的多个监控点，主机内置的微处理器通过汇总信息，采用独创的分析算法和数字化接口，对外提供脱盐率、动态废水比等数值信息和漏水报警、反接指示等状态信息。这些信息为水处理系统处理能力在线跟踪，关键耗材的劣化及更换提供了直接依据。数字接口降低了二次开发难度，加速了水处理领域物联网技术的发展。

附图说明

图1为本发明爆炸图；

图2为本发明左视图；

图3为本发明沿中心轴纵剖面的结构示意图；

图4为本发明变送控制板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案优点更加清楚，结合附图对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的结构包括：壳体1由流质导管2和数据变送仓3两大功能部分组成，数据变送仓3跨接在流质导管2上部，并从流质导管2外部两侧包裹流质导管2，提供变送控制板15上的光电收发管所需的对射光路；从流质导管2的流质入口25到流质出口26，先后装配有多功能前置导流架5、叶轮组件、导流塞组件和卡圈14；多功能前置导流架5由探针6、发射端光学导流板7、接收端光学导流板8、导流罩32、导流架轴套33和前置抗磨顶珠9A组成，从数据变送仓3引出的两根平行探针6构成的平面与流质导管液流方向垂直，发射端光学导流板7和接收端光学导流板8位于探针6两侧构成多功能前置导流架5的水平导流面，发射端光学导流板7和接收端光学导流板8在同一平面上，探针6与发射端光学导流板7及接收端光学导流板8垂直交叉处的迎流面为导流罩32，背流面为导流架轴套33，导流罩32、发射端光学导流板7、接收端光学导流板8和导流架轴套33连成一个整体，导流架轴套33内装配有前置抗磨顶珠9A，前置抗磨顶珠9A在导流架轴套33内与叶轮轴11的端面接触以抵消叶轮轴11轴向推力和摩擦转矩；叶轮组件是由带光学计数槽孔12的叶轮轴11和叶轮10A构成的旋转机构，叶轮轴11靠流质出口26侧套入导流塞轴套34，导流塞轴套34内含后置抗磨顶珠9B，与叶轮轴11端面接触以抵消叶轮轴11轴向推力和摩擦转矩，导流塞轴套34、后置导流板35和导流塞筒壁36构成导流塞13，导流塞13和后置抗磨顶珠9B组成导流塞组件，卡圈14与流质导管2内壁通过过盈配合和变径限位将导流塞13精确固定，在确保叶轮轴11与后置抗磨顶珠9B装配间隙的同时为叶轮轴11提供了轴向支撑力；数据变送仓3从内往外依次装配有变送控制板15和顶盖23，变送控制板15由光电发射管16、光电接收管17、两个探针夹簧21、热敏元件20、通讯接口18、扩展接口19和微处理器构成。

流质从流质入口25流入流质导管2，根据接入管径可以选配2分变径塞4A或者3分变径塞4B将流质加速并均匀扩散到多功能前置导流架5，也可选用其他大小的变径塞。

多功能前置导流架5上的探针6对流质电导进行采样，并将液温通过探针夹簧21和变送控制板15的焊盘传递到热敏元件20，然后变送控制板15上的微处理器对探针6采集到的电导结合热敏元件20获取的温度进行补偿修正，得出电导率和TDS，从而反映水质情况。

流质通过多功能前置导流架5进行整流后推动叶轮（根据流量大小可选装高流量叶轮10A或低流量叶轮10B）并带动叶轮轴11进行旋转。

叶轮轴11承受流质轴向压力并高速旋转，通过导流塞13的轴套内装配的后置抗磨顶珠9B来减小摩擦力并增加整机耐用性。流经叶轮的流质被导流塞13整流后经过流质出口26流出液流计。卡圈14为轴向装配件提供了可靠的紧固力。

一个主液流计可通过扩展接口19与从属机的通讯接口18进行多级级联，从而对流质处理系统内的不同监测点的流质特性和流动状态进行比对分析。针对水处理系统，其典型级联应用如下：

从机安装在水处理系统的原水入水端，主机安装在水处理系统的净水出水端。当水流流经从机进入水处理系统，从机开始向主机发送实时流速脉冲信号，主机接收并对脉冲信号持续时间进行统计。当水流停止，实时流速脉冲信号也随即中断后，主机开始执行下列操作：

1.修改从机状态为“在线”；

2.通过数字扩展接口查询从机温度、TDS和流量数据；

3.获取主机本地温度、TDS和流量数据；

4.比对分析主机和从机的数据，并显示分析后的数值和状态；

a)主机或者从机温度数据缺失，则设置对应“温度故障”；

b)主机TDS无数据，而从机有TDS数据，同时从机实时流速脉冲信号持续时间在30秒以内，则判断为“滤芯充盈中”；

c)主机TDS无数据，而从机有TDS数据，同时从机实时流速脉冲信号持续时间在30秒以内，则判断为“主机脱机”；

d)主机无流量数据，从机有流量数据，则判断为“主机反装或漏水”；

e)主机和从机都有流量数据，主机TDS和流量都大于从机，则判断为“主从反装”；

f)主机和从机都有流量数据，主机TDS和流量都小于从机，则状态正常。

以上是主机响应从机实时流速脉冲信号触发进行分析，同时主机还要响应本地实时流速脉冲信号触发，对从机状态进行主动判断，其流程如下：

1.主机实时流速脉冲信号中断后，主机通过数字扩展接口查询从机温度、TDS和流量数据；

2.获取主机本地温度、TDS和流量数据；

3.比对分析主机和从机的数据，并显示分析后的数值和状态；

a)主机查询从机发生通讯故障，如无反馈等，则判断为“从机未连接”；

b)主机或者从机温度数据缺失，则设置对应“温度故障”；

c)主机TDS无数据，则判断为“主机TDS故障”；

d)主机流量无数据，则判断为“主机流量故障”；

e)主机流量有数据，从机流量无数据，从机TDS有数据，则判断为“从机反装”；

f)从机流量和TDS都无数据，则判断为“从机脱机”；

g)存储好主机和从机的原始数据，以及分析运算得出的脱盐率、动态废水比等数值信息和上述的状态信息。上位机在主机实时流速脉冲信号结束后，可通过主机数字通讯接口获取这些信息。

以上所述仅为本发明的实施方式之一，并不用以限制本发明，凡在本发明的设计原则和精神之内做的修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光电对射式涡轮液流计，其特征在于：壳体由流质导管和数据变送仓两大功能部分组成，数据变送仓跨接在流质导管上部，并从流质导管外部两侧包裹流质导管，提供变送控制板上的光电收发管所需的对射光路；从流质导管的流质入口到流质出口，先后装配有多功能前置导流架、叶轮组件、导流塞组件和卡圈；多功能前置导流架由探针、发射端光学导流板、接收端光学导流板、导流罩、导流架轴套和前置抗磨顶珠组成，从数据变送仓引出的两根平行探针构成的平面与流质导管内液流方向垂直，发射端光学导流板和接收端光学导流板位于探针两侧构成多功能前置导流架的水平导流面，发射端光学导流板和接收端光学导流板在同一平面上，探针与发射端光学导流板及接收端光学导流板垂直交叉处的迎流面为导流罩，背流面为导流架轴套，导流罩、发射端光学导流板、接收端光学导流板和导流架轴套连成一个整体，导流架轴套内装配有前置抗磨顶珠，前置抗磨顶珠在导流架轴套内与叶轮轴的端面接触以抵消叶轮轴轴向推力和摩擦转矩；叶轮组件是由带光学计数槽孔的叶轮轴和叶轮构成的旋转机构，叶轮轴靠流质出口侧套入导流塞轴套，导流塞轴套内含后置抗磨顶珠，与叶轮轴端面接触以抵消叶轮轴轴向推力和摩擦转矩，导流塞轴套、后置导流板和导流塞筒壁构成导流塞，导流塞和后置抗磨顶珠组成导流塞组件，卡圈与流质导管内壁通过过盈配合和变径限位将导流塞精确固定，在确保叶轮轴与后置抗磨顶珠装配间隙的同时为叶轮轴提供了轴向支撑力；数据变送仓从内往外依次装配有变送控制板和顶盖，变送控制板由光电发射管、光电接收管、两个探针夹簧、热敏元件、通讯接口、扩展接口和微处理器构成。

2.如权利要求1所述的光电对射式涡轮液流计，其特征在于：流质入口和多功能前置导流架之间装有变径塞，变径塞的规格和叶轮规格配套，适配不同接入管径流质的计量。

3.如权利要求1所述的光电对射式涡轮液流计，其特征在于：多功能前置导流架上的探针对流质电导进行采样，并将液温通过探针夹簧和变送控制板的焊盘传递到热敏元件，然后变送控制板上的微处理器对探针采集到的电导结合热敏元件获取的温度进行补偿修正，得出电导率。

4.如权利要求1所述的光电对射式涡轮液流计，其特征在于：所述的前置抗磨顶珠和后置抗磨顶珠为食品级抗磨钢珠。

5.如权利要求1所述的光电对射式涡轮液流计，其特征在于：所述的光电对射式叶轮组件中叶轮轴上光学计数槽孔为2个互相垂直且经过叶轮轴中线对穿叶轮轴的腰型槽孔，叶片个数为4片。

6.如权利要求1所述的光电对射式涡轮液流计，其特征在于：液流计的通讯接口和扩展接口在支持数字接口的同时支持实时流速脉冲信号输出，以满足对流速信号有及时性需求的场景，以及对流量精度要求更苛刻的场景,此实时流速脉冲信号还可以作为触发信号，上位机利用此信号来准确得知流质流动的开始和结束时间，以及查询单次流量数据的时机，减少上位机轮询次数。

7.一种如权利要求1所述的光电对射式涡轮液流计的级联应用，其特征在于：主液流计与从属液流计进行级联，从而对流质处理系统内的不同监测点的流质特性和流动状态进行比对分析，针对水处理系统，其典型级联应用如下：

从机安装在水处理系统的原水入水端，主机安装在水处理系统的净水出水端，当水流流经从机进入水处理系统，从机开始向主机发送实时流速脉冲信号，主机接收并对脉冲信号持续时间进行统计，当水流停止，实时流速脉冲信号也随即中断后，主机开始执行下列操作：

1) 修改从机状态为“在线”；

2) 通过数字扩展接口查询从机温度、TDS和流量数据；

3) 获取主机本地温度、TDS和流量数据；

4) 比对分析主机和从机的数据，并显示分析后的数值和状态；

a) 主机或者从机温度数据缺失，则设置对应“温度故障”；

b) 主机TDS无数据，而从机有TDS数据，同时从机实时流速脉冲信号持续时间在30秒以内，则判断为“滤芯充盈中”；

c) 主机TDS无数据，而从机有TDS数据，同时从机实时流速脉冲信号持续时间超过30秒，则判断为“主机脱机”；

d) 主机无流量数据，从机有流量数据，则判断为“主机反装或漏水”；

e) 主机和从机都有流量数据，主机TDS和流量都大于从机，则判断为“主从反装”；

f) 主机和从机都有流量数据，主机TDS和流量都小于从机，则状态正常；

以上是主机响应从机实时流速脉冲信号触发进行分析，同时主机还要响应本地实时流速脉冲信号触发，对从机状态进行主动判断，其流程如下：

1) 主机实时流速脉冲信号中断后，主机通过数字扩展接口查询从机温度、TDS和流量数据；

2) 获取主机本地温度、TDS和流量数据；

3) 比对分析主机和从机的数据，并显示分析后的数值和状态；

a) 主机查询从机发生通讯故障，如无反馈，则判断为“从机未连接”；

b) 主机或者从机温度数据缺失，则设置对应“温度故障”；

c) 主机TDS无数据，则判断为“主机TDS故障”；

d) 主机流量无数据，则判断为“主机流量故障”；

e) 主机流量有数据，从机流量无数据，从机TDS有数据，则判断为“从机反装”；

f) 从机流量和TDS都无数据，则判断为“从机脱机”；

g) 存储好主机和从机的原始数据，以及分析运算得出的脱盐率、动态废水比数值信息和上述的状态信息，上位机在主机实时流速脉冲信号结束后，通过主机数字通讯接口获取这些信息。