CN107389143B - 一种新型自来水计量表 - Google Patents

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Abstract

本发明涉一种新型自来水计量表，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，簧片端装有定磁铁与悬浮磁铁，动定磁铁同性磁极相对安装；换能器的基板靠近簧片安装，换能器端部装有被悬浮磁铁，被悬浮磁铁与悬浮磁铁同性磁极相对安装；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

一种新型自来水计量表
技术领域
本发明属于水仪表及供水设备领域，具体涉及一种新型自来水计量表。
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
本发明提出一种新型自来水计量表，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，换能器对称安装在簧片两侧，簧片上经螺钉安装有定磁铁和悬浮磁铁，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，换能器端部安装有被悬浮磁铁，被悬浮磁铁与悬浮磁铁的同性磁极相对安装；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、安装后由于悬浮磁铁与被悬浮磁铁的排斥力作用变为弯曲结构，簧片不发生弯曲变形时，簧片两侧换能器的变形及受力状态分别相同；正常工作时换能器的自由端未与其相邻的电路板或隔板相接触，当利用外力使换能器的自由端与其相邻的电路板或隔板发生接触时，换能器的自由端的变形量不大于其许用变形量、PZT膜上的最大压应力不大于其许用值，即小于其中：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分别为基板的厚度和换能器的总厚度，Em和Ep分别为基板和PZT膜的杨氏模量，k31和/>分别为压电陶瓷材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器的长度。
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；簧片受定磁铁的作用，再经由悬浮磁铁与被悬浮磁铁的磁力作用使换能器产生往复弯曲变形，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上经螺钉安装有定磁铁q和悬浮磁铁m，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的端部安装有被悬浮磁铁r，被悬浮磁铁r与悬浮磁铁m的同性磁极相对安装；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、安装后由于悬浮磁铁m与被悬浮磁铁r的排斥力作用变为弯曲结构，簧片p不发生弯曲变形时，簧片p两侧换能器n的变形及受力状态分别相同；正常工作时换能器n的自由端未与其相邻的电路板j或隔板a1相接触，当利用外力使换能器n的自由端与其相邻的电路板j或隔板a1发生接触时，换能器n的自由端的变形量不大于其许用变形量、PZT膜n2上的最大压应力不大于其许用值，即小于其中：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的厚度和换能器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/>分别为压电陶瓷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，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；簧片p受定磁铁q的作用，再经由悬浮磁铁m与被悬浮磁铁r的磁力作用使换能器n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)

1.一种新型自来水计量表，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，簧片上装有定磁铁与悬浮磁铁，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,换能器的端部装有被悬浮磁铁，被悬浮磁铁与悬浮磁铁的同性磁极相对安装；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、安装后由于悬浮磁铁与被悬浮磁铁的排斥力作用变为弯曲结构；换能器的自由端与隔板或电路板相接触时，PZT晶片和PZT膜上最大压应力不大于其许用值；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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