CN107515331B - 一种低成本限电电度显示计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本限电电度显示计，属于电子仪表技术领域。本发明包括电源、电流线圈、分压电阻、可调电阻、用电led显示灯珠、蒸发通道、压力弹簧、热膨胀球阀、永磁体滑环、复位弹簧、干簧开关、电流热熔保险丝、限电电度显示计等部件；根据电源电压、电流综合构成的线性关系，可用一个极低成本的限电电度显示计来计量电度量。用加热电阻对显示计储液腔内液体进行加热蒸发显示剩余能消费得电量，超出后断电。本发明结构简单，使得用户可以直观而有效的反映了用电情况，对用电量进行计划使用，实现节电。由于结构简单，成本低廉，可以采用一次性消费，因而在贫困地区具有广阔的应用前景和市场前景。

Description

一种低成本限电电度显示计
技术领域
本发明涉及一种低成本限电电度显示计，属于电子仪表技术领域。
背景技术
普通电表（转盘式电表）工作原理是：当把电能表接入被测电路时，电流线圏和电压线圏中就有交变电流流过，这两个交变电流分别 在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使 铝盘得到转矩（主动力矩）而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圏的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大， 使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝 盘转动时，又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反；制动力矩的大小与铝盘的转速成 正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。
智能电表（全电子式电表）工作原理电子式电度表的基本原理是实时对电源电压、用电电流进行取样、计算。相当于用电压表、电流表持续不断的14h记录电压、电流读数，还有二者相位关系也要记录，根据这一系列的数据最终换算成耗电数。当然，实际中是实时换算的，测量速度也是每秒上千次甚至更多。这些工作均是由内部的微处理器完成的，也就是通常所说的微电脑了，因为没有了机械传动机构，因而些电子电路、微电脑电路的功耗可以做的非常低，甚至以微安计，所以非常省电，这是其中的一个优点，相对而言成本较高。
那么能否存在一种更便宜的电度表呢。在一些工业落后而贫困的地区，采用上述的电度表是不太现实的，相对而言上述电度表成本高，结构复杂，因此，采用一种低成本的装置，可以直观测耗电量，同时若耗电超过规定值时，具有断电功能，这种特殊的廉价电度表是有存在的价值的，目前还没有可行的技术，该问题亟待解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本限电电度显示计，可以直观测耗电量，同时若耗电超过规定值时，具有断电功能。
本发明采用的技术方案是：一种低成本限电电度显示计，包括电源、电流线圈1、分压电阻2、可调电阻3、用电led显示灯珠4、蒸发通道5、压力弹簧6、热膨胀球阀7、永磁体滑环8、复位弹簧9、干簧开关10、电流热熔保险丝11、限电电度显示计12、显示计储液腔13、显示计真空保温层14、电度显示刻度15、加热电阻16、铁磁体17、限电电度显示计固定卡槽18；
电源的输出电流经过电流热熔保险丝11后输出，电路分为两路，一路串接电流线圈1后至负载；另一路串接分压电阻2、可调电阻3、用电led显示灯珠4后再串接一个干簧开关10后，最后再串接限电电度显示计12内的加热电阻16至负极端；
电流线圈1内部为铁磁体17，铁磁体17的左端为圆柱体，该圆柱体套装一个永磁体滑环8和一个复位弹簧9，复位弹簧9一端连接固定永磁体滑环8，复位弹簧9另一端连接固定铁磁体17的圆柱体底端；
可调电阻3的调节端与永磁体滑环8通过固定件固结，实现联动；
永磁体滑环8处于自然状态条件下，下端放置干簧开关10，长度为L永磁体滑环8的中心L/2处为划分中心线，中心线的右侧放置干簧开关10；
限电电度显示计12设置有显示计真空保温层14、充放电周期显示刻度15以及显示计储液腔13，显示计储液腔13内充入红色的不导电的液体，显示计储液腔13底部放置加热电阻16和电流热熔保险丝11，限电电度显示计12的顶部设置蒸发通道5，该通道中部设置有一个腔室，腔室内安装压力弹簧6和热膨胀球阀7，热膨胀球阀7在压力弹簧6的作用下封堵了蒸发通道5下方出口，限电电度显示计12放置到限电电度显示计固定卡槽18内固定。
所述的限电电度显示计12采用玻璃材质，限电电度显示计12的加热电阻16和电流热熔保险丝11的两端金属钱穿透限电电度显示计12玻璃管后分别焊接有固定金属片，限电电度显示计固定卡槽18内对应位置设置有金属簧片，限电电度显示计12插入限电电度显示计固定卡槽18内之后，固定金属片与限电电度显示计固定卡槽18内的金属簧片接触导通。
本发明的工作原理是：
电源电流输出端的电流通过电流线圈1后至负载，电流线圈1中的电流正比于输出端接负载的电流，电源输出的总能量用电度表来表征，电源输出的电能E=kVIT，可知E∝V；E∝I；E∝T；这里，V 为输出电压，I输出电流，T时间，k为系数。
电流输出：由于输出输入电流正比于电流线圈1的电流，那么电流越大磁场就越强，永磁体滑环8移动量L就越大，可调电阻3-Rtout的调节端与永磁体滑环8通过固定件固结，实现联动，电流越大，可调电阻阻值Rtout越小。构成线性关系，满足
L∝1/ Rtout∝I； （1）
干簧开关10串接分压电阻2、可调电阻3、用电led显示灯珠，分压电阻2的电流、电阻值、电阻端电压Vd的关系满足
I∝1/R∝Vd∝V，V为电源电压值； （2）
考虑上述两种情况，在存在输出电流的时候，电流通过电阻，电阻的端电压反映了电压对电流的影响。
E=VI； （3）
我们也可以根据电源电压、电流综合构成的线性关系，电流乘电压构成线性关系以及比例系数来确定电度表的刻度，再考虑时间的因素，我们得到
E=kVIT； （3）
最终，我们可以实现用一个极低成本的限电电度显示计12来计量电度量。
在本发明具体的使用过程中，需要对限电电度显示计12进行标定。
在用电的时候，电流输出至负载，经过电流线圈1使得铁磁体17产生一个磁力，该磁力与永磁体滑环8产生一个吸力，永磁体滑环8拉伸复位弹簧9，参见图1，永磁体滑环8运动到干簧开关10的上方，干簧开关10导通，电流通过限电电度显示计12内的加热电阻16。由于限电电度显示计12设置有显示计真空保温层14、充放电周期显示刻度15以及显示计储液腔13，显示计储液腔13内充入红色的不导电的液体，显示计储液腔13底部放置加热电阻16，充电周期显示计12的顶部设置蒸发通道5，该通道中部设置有一个腔室，腔室内安装压力弹簧6和热膨胀球阀7，热膨胀球阀7在压力弹簧6的作用下封堵了蒸发通道5下方出口；加热电阻16发热量Q=KI2RT，对显示计储液腔13里的液体进行加热，液体的温度上升，液体蒸发，当压力大于热膨胀球阀7的封堵的压力，蒸发的气体会顶开热膨胀球阀7，液面下降，经过测试标定之后，每完成10次100%深度充电，液面下降一格，以此进行标定，直至锂电池五百个充放电周期结束，构成完整的标定，标定后的刻度构成充电周期显示刻度。考虑到环境温度的改变会影响标定值，限电电度显示计12设置了显示计真空保温层14，以减少环境温度对液体蒸发量的影响；另一方面，考虑到环境温度变化，显示计储液腔13蒸汽压力对热膨胀阀7压力的影响，热膨胀阀7采用具有热膨胀性能的材料做成球阀，温度升高的时候压力增加，与此同时热膨胀阀7膨胀，对压力弹簧6施加一个额外的力，这样就增加了球阀的压力，进一步减少显示计储液腔13内的蒸汽压力对液体蒸发量的影响。
液体蒸发的时候，会带走蒸发热，可以保持限电电度显示计12的温度处于相对低温状态，液体蒸发干之后，继续用电，加热电阻16温度不断升高，使得与之相邻的电流热熔保险丝11的温度也升高，持续一段时间之后，电流热熔保险丝11被烧断，电流无法输出，实现限电的功能。
本发明的有益效果是：电源输出电流时，根据电源电压、电流综合构成的线性关系，我们可以实现用一个极低成本的限电电度显示计12来计量电度量。用加热电阻16对显示计储液腔13内液体进行加热蒸发显示剩余能消费得电量，超出后断电。本发明结构简单，使得用户可以直观而有效的反映了用电情况，对用电量进行计划使用，实现节电。由于结构简单，成本低廉，可以采用一次性消费，因而在贫困地区具有广阔的应用前景和市场前景。
附图说明
图1为本发明整体电路结构示意图。
图中各标号为：1-电流线圈，2-分压电阻，3-可调电阻，4-用电led显示灯珠，5-蒸发通道，6-压力弹簧，7-热膨胀球阀，8-永磁体滑环，9-复位弹簧，10-干簧开关，11-电流热熔保险丝，12-限电电度显示计，13-显示计储液腔，14-显示计真空保温层，15-电度显示刻度，16-加热电阻，17-铁磁体，18-限电电度显示计固定卡槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1所示，一种低成本限电电度显示计，包括电源、电流线圈1、分压电阻2、可调电阻3、用电led显示灯珠4、蒸发通道5、压力弹簧6、热膨胀球阀7、永磁体滑环8、复位弹簧9、干簧开关10、电流热熔保险丝11、限电电度显示计12、显示计储液腔13、显示计真空保温层14、电度显示刻度15、加热电阻16、铁磁体17、限电电度显示计固定卡槽18；
电源的输出电流经过电流热熔保险丝11后输出，电路分为两路，一路串接电流线圈1后至负载；另一路串接分压电阻2、可调电阻3、用电led显示灯珠4后再串接一个干簧开关10后，最后再串接限电电度显示计12内的加热电阻16至负极端；
电流线圈1内部为铁磁体17，铁磁体17的左端为圆柱体，该圆柱体套装一个永磁体滑环8和一个复位弹簧9，复位弹簧9一端连接固定永磁体滑环8，复位弹簧9另一端连接固定铁磁体17的圆柱体底端；
可调电阻3的调节端与永磁体滑环8通过固定件固结，实现联动；
永磁体滑环8处于自然状态条件下，下端放置干簧开关10，长度为L永磁体滑环8的中心L/2处为划分中心线，中心线的右侧放置干簧开关10；
限电电度显示计12设置有显示计真空保温层14、充放电周期显示刻度15以及显示计储液腔13，显示计储液腔13内充入红色的不导电的液体，显示计储液腔13底部放置加热电阻16和电流热熔保险丝11，限电电度显示计12的顶部设置蒸发通道5，该通道中部设置有一个腔室，腔室内安装压力弹簧6和热膨胀球阀7，热膨胀球阀7在压力弹簧6的作用下封堵了蒸发通道5下方出口，限电电度显示计12放置到限电电度显示计固定卡槽18内固定。
进一步地，所述的限电电度显示计12采用玻璃材质，限电电度显示计12的加热电阻16和电流热熔保险丝11的两端金属钱穿透限电电度显示计12玻璃管后分别焊接有固定金属片，限电电度显示计固定卡槽18内对应位置设置有金属簧片，限电电度显示计12插入限电电度显示计固定卡槽18内之后，固定金属片与限电电度显示计固定卡槽18内的金属簧片接触导通。
限电电度显示计12可采用一次性使用，批量生产。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种低成本限电电度显示计，其特征在于：包括电源、电流线圈（1）、分压电阻（2）、可调电阻（3）、用电led显示灯珠（4）、蒸发通道（5）、压力弹簧（6）、热膨胀球阀（7）、永磁体滑环（8）、复位弹簧（9）、干簧开关（10）、电流热熔保险丝（11）、限电电度显示计（12）、显示计储液腔（13）、显示计真空保温层（14）、电度显示刻度（15）、加热电阻（16）、铁磁体（17）和限电电度显示计固定卡槽（18）；
电源的输出电流经过电流热熔保险丝（11）后输出，电路分为两路，一路串接电流线圈（1）后至负载；另一路串接分压电阻（2）、可调电阻（3）、用电led显示灯珠（4）后再串接一个干簧开关（10）后，最后再串接限电电度显示计（12）内的加热电阻（16）至负极端；
电流线圈（1）内部为铁磁体（17），铁磁体（17）的左端为圆柱体，该圆柱体套装一个永磁体滑环（8）和一个复位弹簧（9），复位弹簧（9）一端连接固定永磁体滑环（8），复位弹簧（9）另一端连接固定铁磁体（17）的圆柱体底端；
可调电阻（3）的调节端与永磁体滑环（8）通过固定件固结，实现联动；
永磁体滑环（8）处于自然状态条件下，下端放置干簧开关（10），长度为L永磁体滑环（8）的中心L/2处为划分中心线，中心线的右侧放置干簧开关（10）；
限电电度显示计（12）设置有显示计真空保温层（14）、充放电周期显示刻度（15）以及显示计储液腔（13），显示计储液腔（13）内充入红色的不导电的液体，显示计储液腔（13）底部放置加热电阻（16）和电流热熔保险丝（11），限电电度显示计（12）的顶部设置蒸发通道（5），该通道中部设置有一个腔室，腔室内安装压力弹簧（6）和热膨胀球阀（7），热膨胀球阀（7）在压力弹簧（6）的作用下封堵了蒸发通道（5）下方出口，限电电度显示计（12）放置到限电电度显示计固定卡槽（18）内固定。
2.根据权利要求1所述的一种低成本限电电度显示计，其特征在于：所述的限电电度显示计（12）采用玻璃材质，限电电度显示计（12）的加热电阻（16）和电流热熔保险丝（11）的两端金属钱穿透限电电度显示计（12）玻璃管后分别焊接有固定金属片，限电电度显示计固定卡槽（18）内对应位置设置有金属簧片，限电电度显示计（12）插入限电电度显示计固定卡槽（18）内之后，固定金属片与限电电度显示计固定卡槽（18）内的金属簧片接触导通。
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