CN107356293B - 一种自来水计量表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种自来水计量表，属水仪表技术领域。隔板将表壳分隔成上下腔，隔板上装有传感器；下腔侧壁上设有进口和出口，下腔的侧壁端部装有端盖，端盖与下腔的侧壁之间设有密封垫；端盖的中心处设有阶梯轴，阶梯轴上装有叶轮，轮缘上装有动磁铁；上腔壁上装有环形盖，环形盖依次将显示屏、隔环及电路板压接在上腔凸台一上，显示屏上嵌有光伏电池；上腔凸台二上装有换能器及簧片，簧片端装有定磁铁，动定磁铁同性磁极相对安装；换能器的基板靠近簧片安装，换能器的端部装有顶块，顶块顶靠在簧片上；电路板上带有能量转换单元、存储单元及发射单元；传感器所生成脉冲电压信号的数量用来表征自来水用量。

Description

一种自来水计量表
技术领域
本发明属于水仪表及供水设备领域，具体涉及一种自来水计量表。
背景技术
自来水是居民日常生活不可或缺的消费品，其消耗量记录与统计目前还主要由人工来完成。人工抄表不仅效率低、浪费人力物力，更主要的是抄表员往往会因住户家中无人徒劳往返多次，严重地影响了数据统计的准确性及实时性，因此人们开始研制自来水和煤气远程自动抄表系统。虽然现有抄表系统数据处理及传输技术已很成熟，但目前尚无实际推广应用的报道，原因之一是其供电问题未能很好地解决：新老住宅都未为自动抄表系统预铺设电缆，如铺设临时明线则存在安全隐患、采用电池供电则需经常更换，上述两种方法都难(以)为用户所接受，故开发一种可以实现电能自给的自来水表势在必行。
发明内容
本发明提出一种自来水计量表，本发明采用的实施方案是：表壳的隔板将表壳分隔成下腔和上腔，隔板上表面上经螺钉安装有传感器，传感器由镍基板和PZT晶片粘接而成；下腔的侧壁上设有进出口，进出口的中心同轴，下腔的侧壁端部经螺钉安装有端盖，端盖与下腔的侧壁之间设有密封垫；端盖的中心处设有阶梯轴，阶梯轴上经上下两个轴承安装有叶轮，处于上方的轴承的外圈顶靠在叶轮的轮缘上、内圈顶靠在隔板的凸台上，轮缘上经螺钉均布地安装有动磁铁；上腔壁上经螺纹安装有环形盖，环形盖依次将显示屏、隔环及电路板压接在上腔凸台一上，显示屏上镶嵌有光伏电池；上腔凸台二上经螺钉及压环安装有换能器及簧片，换能器对称地安装在簧片两侧，簧片自由端经螺钉安装有定磁铁，定磁铁与动磁铁几何中心位于同一圆柱面上，动定磁铁的同性磁极相对安装；换能器由基板和PZT膜粘接而成，基板靠近簧片安装，换能器端部安装有顶块，顶块顶靠在簧片上；换能器及传感器经不同的导线组与电路板相连，电路板上带有能量转换单元、存储单元及发射单元，存储元件为超级电容；电路板经不同导线组与显示屏及光伏电池相连。
本发明中，换能器安装前为平直结构、安装后为弯曲结构且PZT膜上所承受的最大压应力为其许用压应力的一半，此时换能器自由端的变形量为其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，/>α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm和H分别为基板厚度和换能器总厚度，Em和Ep分别为基板和PZT膜的杨氏模量，k31和/>分别为PZT材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器长度；本发明中，换能器自由端与隔板或电路板相接触时，PZT膜上最大压应力小于其许用值。
本发明中，光伏电池将光能转换成电能存在电路板上的超级电容中；有自来水流过水表时，自来水经入口流入下腔、再经出口流出，水流动时驱动叶片带动动磁铁转动，从而改变动定磁铁间的距离及相互作用力；换能器受定磁铁的作用产生往复弯曲变形，PZT膜所受应力大小交替变化的过程中即将机械能转换成电能；换能器生成的电能经转换处理后存储在电路板上的超级电容中；动磁铁转动靠近时，传感器中的镍基板被磁化并与动磁铁相互吸引，从而使传感器产生弯曲变形及脉冲电压信号，该脉冲电压信号的数量即用来表征叶轮转速及自来水用量；当自来水用量达到某个设定值时发射系统向外发射用水量数据，或每月的固定日期发射系统向外发射用水量数据。
本发明的特色是：①能量自给，安装使用方便；②换能器经装配预弯，工作中PZT膜仅受压应力，工艺简单、成本低、可靠性高；③叶轮与电控单元各置一腔且经非接触激励，无需密封、无冲击及噪音。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中自来水计量表的结构原理简图；
图2本发明一个较佳实施例中表壳的结构示意图；
图3是图1的A-A视图；
图4是本发明一个较佳实施例中叶轮的结构示意图；
图5是图4的俯视图。
具体实施方式
表壳a的隔板a1将表壳a分隔成下腔C1和上腔C2，隔板a1上表面上经螺钉安装有传感器t，传感器t由镍基板和PZT晶片粘接而成；下腔C1的侧壁上设有进口a2和出口a3，进口a2和出口a3的中心同轴，下腔C1的侧壁的端部经螺钉安装有端盖b，端盖b与下腔C1的侧壁之间设有密封垫c；端盖b的中心处设有阶梯轴b1，阶梯轴b1上经上下两个轴承d安装有叶轮e，处于上方的轴承d的外圈顶靠在叶轮e的轮缘e1上、内圈顶靠在隔板a1的凸台a4上，轮缘e1上经螺钉均布地安装有动磁铁f；上腔壁a5上经螺纹安装有环形盖g，环形盖g依次将显示屏h、隔环i及电路板j压接在上腔凸台一a6上，显示屏h上镶嵌有光伏电池s；上腔凸台二a7上经螺钉及压环k安装有换能器n及簧片p，换能器n对称地安装在簧片p两侧，簧片p的自由端经螺钉安装有定磁铁q，定磁铁q与动磁铁f几何中心位于同一圆柱面上，定磁铁q与动磁铁f的同性磁极相对安装；换能器n由基板n1和PZT膜n2粘接而成，基板n1靠近簧片p安装，换能器n的端部安装有顶块r，顶块r顶靠在簧片p上；换能器n及传感器t经不同的导线组与电路板j相连，电路板j上带有能量转换单元、存储单元及发射单元，存储元件为超级电容；电路板j经不同导线组与显示屏h及光伏电池s相连。
本发明中，换能器n安装前为平直结构、安装后为弯曲结构且PZT膜n2上所承受的最大压应力为其许用压应力的一半，此时换能器n的自由端的变形量为其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，/>α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm和H分别为基板n1厚度和换能器n的总厚度，Em和Ep分别为基板n1和PZT膜n2的杨氏模量，k31和/>分别为PZT材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器n的长度；本发明中，换能器n的自由端与隔板a1或电路板j相接触时，PZT膜n2上的最大压应力小于其许用值。
本发明中，光伏电池s将光能转换成电能存在在电路板j上的超级电容中；有自来水流过水表时，自来水经入口a2流入下腔C1、再经出口a3流出，水流动时驱动叶片e2带动动磁铁f转动，从而改变动磁铁f与定磁铁q间的距离及相互作用力；换能器n受定磁铁q的作用产生往复弯曲变形，PZT膜n2所受应力大小交替变化的过程中即将机械能转换成电能；换能器n生成的电能经转换处理后存储在电路板j上的超级电容中；动磁铁f转动靠近时，传感器t中的镍基板被磁化并与动磁铁f相互吸引，从而使传感器t产生弯曲变形及脉冲电压信号，该脉冲电压信号的数量即用来表征叶轮e的转速及自来水用量；当自来水用量达到某个设定值时发射系统向外发射用水量数据，或每月的固定日期发射系统向外发射用水量数据。

Claims (1)

1.一种自来水计量表，其特征在于：表壳的隔板将表壳分隔成下腔和上腔，隔板上表面上装有传感器，传感器由镍基板和PZT晶片粘接而成；下腔的侧壁上设有进出口，进出口的中心同轴，下腔的侧壁端部装有端盖，端盖与下腔的侧壁之间设有密封垫；端盖的中心处设有阶梯轴，阶梯轴上经上下两个轴承安装有叶轮，处于上方的轴承的外圈顶靠在叶轮的轮缘上、内圈顶靠在隔板的凸台上，轮缘上均布地安装有动磁铁；上腔壁上装有环形盖,环形盖依次将显示屏、隔环及电路板压接在上腔凸台一上，显示屏上镶嵌有光伏电池；上腔凸台二上装有换能器及簧片，换能器对称地安装在簧片两侧，簧片自由端装有定磁铁，定磁铁与动磁铁几何中心位于同一圆柱面上，动定磁铁的同性磁极相对安装；换能器由基板和PZT膜粘接而成，基板靠近簧片安装,换能器的端部装有顶块，顶块顶靠在簧片上；换能器及传感器经不同的导线组与电路板相连，电路板上带有能量转换单元、存储单元及发射单元，存储元件为超级电容；电路板经不同导线组与显示屏及光伏电池相连；换能器安装前为平直结构、安装后为弯曲结构且PZT膜上所承受的最大压应力为其许用压应力的一半；换能器的自由端与隔板或电路板相接触时，PZT膜上最大压应力小于其许用值；有自来水流过水表时，自来水经入口流入下腔、再经出口流出,水流动时驱动叶片带动动磁铁转动，从而改变动定磁铁间的距离及相互作用力；换能器受定磁铁的作用产生往复弯曲变形，PZT膜所受应力大小交替变化的过程中即将机械能转换成电能；换能器生成的电能经转换处理后存储在电路板上的超级电容中；动磁铁转动靠近时，传感器中的镍基板与动磁铁相互吸引，传感器产生弯曲变形及脉冲电压信号，传感器所生成脉冲电压信号的数量用来表征自来水用量。
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