CN108426619A - 高精度双向计量电子水表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度双向计量电子水表，包括水表壳、水表芯和控制电路；水表芯包括：叶轮，叶轮轴，固定架，叶轮中部设置有强磁，控制电路包括：锂电池，感应线圈，第一霍尔传感器，第二霍尔传感器，显示屏，主控芯片，存储单元，电磁阻尼控制电路和无线充电管理电路；感应线圈、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的位置均与强磁在叶轮上的位置对应，且所述强磁能够切割所述感应线圈。本发明通过电子电路替代机械传动提高了水表的计量精度，降低了能量损耗，且能够防止断电不计量现象，避免水表出现自转，实现高精度测量、低功耗、长期免维护、防强磁的功能。
Description
技术领域
本发明属于计量仪器仪表中的水表技术领域，具体是涉及一种高精度双向计量电子水表。
背景技术
水表是用于测量水流量的仪器，被广泛应用在家庭、工厂、办公等多个领域。水表的种类可以通过计量原理来划分，常见的类型有：
a)机械式水表：测量传感器、计算器和指示装置均为机械原理和结构的水表，主要有速度式水表和容积式水表。
b)配备电子装置的机械式水表：保留结构完整的机械式水表，在此基础上加装了电子装置的水表，主要有IC卡水表和远传水表。
c)电子式水表：电子式水表分为机械传感电子式水表和电子传感电子式水表。
机械传感电子式水表的测量传感器由基于机械运动原理的传感器和能够将机械运动转换成电信号输入计算器的传感元件组成，计算器和指示装置均为电子组件，如涡(叶)轮型电子式水表。电子传感电子式水表的测量传感器基于电子或电磁感应原理，计算器和指示装置均为电子组件，如超声波水表、射流水表、科里奥利水表和电磁水表等。
但是在水表的使用过程中，主要存在以下问题：
1、水表自转问题：
水在水表内部正向和反向多次的来回流动，引起水表的正反向累积误差计量造成水表自转问题；
2、水表的倒装和盗用问题：
一般机械表在进水时是下进上出，推动齿轮正转，而倒过来进水时是上进下出，推动齿轮反转，两相进水所受的阻力不同，虽然二头进水量相同，但反映在水表上的读数却相差很大，另一方面，水表有最小起始动水量，把水龙头开到滴水状态，水流无法推动叶轮叶片转动，从而有些水表不能正常计量；
3、水表的功耗和电池更换问题：
现有的智能表和远传表在预期寿命内，往往需要更换电池，影响设备的长期稳定使用；
4、水表的使用问题：
目前国内外普遍使用的水表产品主要是传统的机械水表和带电子装置水表。这两类水表大都采用机械叶轮叶片式和旋转活塞式传动(传感)原理，通过机械计数器指示测量结果或用传感器获取机械旋转信号并经处理后显示测量结果。由于原理和结构上的问题，使这类水表的使用寿命、测量重复性和可靠性、测量准确度、对水质的要求、以及测量信号的获取和传输等方面均存在着诸多不足和缺陷；
5、水表的生产、测试、维护问题：
现有的水表大多采用机械结构，由于采用有机械传动和机械调整结构，极大地限制了水表的产能；同时，在生产测试、故障检测和现场维护时，这种水表需要专业技术人员进行安装调试，对生产测试人员的要求较高，造成安装、调试、维护的效率较低。
综上所述的问题，急需一种能解决上述各问题的水表，为此本发明提出一种高精度双向计量电子水表。
发明内容
针对背景技术中提出的技术问题，本发明公开了一种高精度双向计量电子水表，目的在于提高水表的测量精度、将低功耗、多重防断电方便维护、防止倒装和盗用、提高其生产产能、无需专业技术人员安装测试和维护，通过无线的方式实现数据的上传、下载和更新。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高精度双向计量电子水表，包括水表壳、水表芯和控制电路，所述水表芯和所述控制电路设置在所述水表壳内；所述水表芯包括：叶轮，叶轮轴，固定架，所述叶轮设置在所述叶轮轴的一端，所述固定架设置在所述叶轮轴的另一端，所述固定架与所述叶轮在所述叶轮轴上平行设置，所述叶轮上还设置有强磁，所述强磁设置在所述叶轮的中部；所述控制电路包括：锂电池，感应线圈，第一霍尔传感器，第二霍尔传感器，显示屏，主控芯片，存储单元，电磁阻尼控制电路和无线充电管理电路；所述锂电池、所述第一霍尔传感器、所述第二霍尔传感器。所述显示屏、所述存储单元、所述电磁阻尼控制电路和所述无线充电管理电路均与所述主控芯片连接；所述感应线圈分别与所述电磁阻尼控制电路和所述无线充电管理电路连接；所述锂电池又与所述无线充电管理电路连接；所述感应线圈、所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器均设置在固定架上，所述感应线圈、所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器的位置均与所述强磁在所述叶轮上的位置对应，且所述强磁能够切割所述感应线圈。
进一步地，所述叶轮为6片，所述强磁为6个，6个所述强磁在所述叶轮同一方向上呈N极和S极交替设置。
进一步地，所述固定架上还设置有第一屏蔽罩和第二屏蔽罩，所述控制电路设置在所述第一屏蔽罩和所述第二屏蔽罩内。
进一步地所述第一屏蔽罩由铁皮制成；所述第二屏蔽罩由铝或铜箔制成，且所述第一屏蔽罩和所述第二屏蔽罩所述水表壳内接地。
进一步地，所述主控芯片采用STM32L151RB。
进一步地，所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器均采用双极性霍尔传感器。
进一步地，所述锂电池和所述主控芯片之间还连接有电源管理电路。
进一步地，所述主控芯片还连接有温度传感器。
进一步地，所述主控芯片还连接有阀体控制电路。
进一步地，所述主控芯片还连接有无线通讯电路和红外通讯电路。
本发明的有益效果在于：通过在叶轮增加强磁和控制电路中的感应线圈配合来替代机械传动部分，减小了机械损耗且提高了计量精度；通过增加第一霍尔传感器和第二霍尔传感器实现了对叶轮转动方向的识别以及叶轮转速识别，避免了水表倒装以及水表自转的计量误差，提高了水流的计量精度；增加无线充电管理电路，实现对锂电池充电的功能，解决了断电和后期维护锂电池续航问题；设置了电磁阻尼控制电路，实现了叶轮的强磁和感应线圈之间的动态变化，使叶轮保持在一定动态变化范围内，达到动平衡，同时提高了大流速下水表的抗过载能力，大大减少了机械磨损，延长工作寿命。
附图说明
图1是本发明的实施例中高精度双向计量电子水表内部结构示意图；
图2是图1所示控制电路3的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1所示高精度双向计量水表100包括：水表壳1，水表芯2，控制电路3，
水表芯2和控制电路3设置在水表壳1内，水表芯2包括：叶轮201，叶轮轴202，固定架203；水表芯2主要用于记录用水量。
叶轮201固定在叶轮轴202下端，以叶轮201在水流冲击下能够自由转动为最佳；固定架203固定在叶轮轴202上端且与叶轮201平行设置。
叶轮201中部设置有强磁2011，本实施例中，优选采用6片叶轮201和6个强磁2011，6个强磁2011分别设置在6个叶轮201的轮叶中部，且6个强磁2011在一个方向上N极和S极交替设置。
为了防止强磁对外界的干扰以及外界对内部电磁感应的干扰，在所述固定架203上设置有第一屏蔽罩2031和第二屏蔽罩2032，更进一步地，第一屏蔽罩2031由铁皮制成，第二屏蔽罩2032由铝或铜箔制成，且第一屏蔽罩2031和第二屏蔽罩2031与高精度双向计量水表100内部接地。通过所述的第一屏蔽罩2031防止外界的永磁铁的干扰，通过所述的第二屏蔽罩2032防止外界的高频交变磁场的干扰。
优选的，在防止强磁对外界的干扰以及外界对内部电磁感应的干扰的同时，减小屏蔽罩的尺寸，便于生产和安装调试，在所述固定架203上设置有屏蔽罩，并在屏蔽罩上镀导电材料。所述的屏蔽罩的材料为铁质材料，可以为铁皮；所述的导电材料为铜或锌。通过所述的屏蔽罩防止外界的永磁铁的干扰，通过屏蔽罩上镀的导电材料防止外界的高频交变磁场的干扰。
请参考图2所示控制电路3包括：锂电池301、感应线圈302、第一霍尔传感器303、第二霍尔传感器304、显示屏305、主控芯片306、存储单元307、电磁阻尼控制电路308和无线充电管理电路309。
本实施例中，优选地，主控芯片306采用STM32L151RB。
控制电路3设置在水表壳1内，感应线圈302设置在固定架203上，以当叶轮201转动时，强磁2011的磁力线能够切割感应线圈302产生感应电压为最佳。
第一霍尔传感器303和第二霍尔传感器304设置在固定架203上，所在的位置与叶轮201上强磁2011对应，用以识别叶轮201的转向以及转速；本实施例中，优选地，第一霍尔传感器303和第二霍尔传感器304采用双极性霍尔传感器。
显示屏305和主控芯片306连接，用于显示水表的工作状态和相关计量信息。
存储单元307和主控芯片306连接，用于存储主控芯片306的配置信息以及相关数据存储。
电磁阻尼电路308和无线充电管理电路309的两端分别连接于感应线圈302和主控芯片306。无线充电管理电路309又和锂电池301连接用于对锂电池301进行充电。锂电池301又连接于主控芯片306。电磁阻尼电路308用于平衡电磁阻尼现象；无线充电管理电路309用于对锂电池301的充电和电源管理。本实施例中，锂电池301和主控芯片306之间又设置有电源管理电路3011，用于多路电源的输出管理，包含锂电池301电压检测、电源控制等。
本实施例中，优选地，在主控芯片306上还连接有温度传感器310，用于检测水表内部温度，以防止温度异常造成的损坏；在主控芯片306上还连接有阀体控制电路311，用于驱动阀体的执行；主控芯片306上还连接有无线通讯电路312，用于水表和数据中心的双向数据交换，发送水表的状态和工作数据，以及接收控制命令，以及远程固件程序更新；主控芯片306还连接有红外通讯电路313，用于手持终端对水表数据的读写以及查看水表状态信息。在调试模式下，通过红外通讯电路313的接收端口，不需要打开水表的外壳就可以进行数据校准和修正，也可以实现水表内部程序的升级和数据导出功能；通过下载不同的程序，以及参数配置和数据校正，就可以构成不同型号的水表，减小了库存压力，便于批量化，标准化生产，有效减小生产时间成本和劳动成本，解决产能不足问题。
高精度双向计量水表100的具体工作模式为：将水表接通自来水水管，开动阀门，水流带动水表芯2中的叶轮201转动，叶轮201上的强磁2011也随着叶轮201转动，对感应线圈302进行磁场切割，感应线圈302即可产生感应电压，感应电压通过无线充电管理电路309对锂电池301进行充电。在叶轮201转动的同时，第一霍尔传感器303和第二霍尔传感器304，可以对叶轮201的转动方向以及转动速度进行识别，并通过磁耦合方式将叶轮201的转动信息传递给主控芯片306，并通过算法将霍尔脉冲数转换成流速信息，进而换算成流量信息。第一屏蔽罩2031用于防止外界永磁铁对感应线圈302和强磁2011的磁性干扰。第二屏蔽罩2032用于防止外界的高频交变磁场的干扰。鉴于感应线圈302和强磁2011会产生感应电动势，在水管小流速的情况下，感应线圈302感应的电压较低，如果此时通过无线充电管理电路309对锂电池301进行充电，则因为电磁阻尼现象，叶轮也会受到反作用力，此时阻力会阻碍小流量的测量，这时通过电磁阻尼控制电路308控制避免了电磁阻尼作用的产生；在水管大流速的情况下，通过电磁阻尼控制电路308控制合适的电磁阻尼效果，使强磁2011和感应线圈302保持合理的动态变化范围，进一步使叶轮201悬浮在叶轮轴202中间转动，达到动平衡，同时提高了大流速下水表的抗过载能力，大大较少了机械磨损，延长工作寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，任何熟悉本发明的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种高精度双向计量电子水表，包括水表壳、水表芯和控制电路，其特征在于：
所述水表芯和所述控制电路设置在所述水表壳内；
所述水表芯包括：叶轮，叶轮轴，固定架，所述叶轮设置在所述叶轮轴的一端，所述固定架设置在所述叶轮轴的另一端，所述固定架与所述叶轮在所述叶轮轴上平行设置，所述叶轮上还设置有强磁，所述强磁设置在所述叶轮的中部；
所述控制电路包括：锂电池，感应线圈，第一霍尔传感器，第二霍尔传感器，显示屏，主控芯片，存储单元，电磁阻尼控制电路和无线充电管理电路；
所述锂电池、所述第一霍尔传感器、所述第二霍尔传感器、所述显示屏、所述存储单元、所述电磁阻尼控制电路和所述无线充电管理电路均与所述主控芯片连接；
所述感应线圈分别与所述电磁阻尼控制电路和所述无线充电管理电路连接；
所述锂电池又与所述无线充电管理电路连接；
所述感应线圈、所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器均设置在固定架上，所述感应线圈、所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器的位置均与所述强磁在所述叶轮上的位置对应，且所述强磁能够切割所述感应线圈。
2.根据权利要求1所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述叶轮为6片，所述强磁为6个，6个所述强磁在所述叶轮同一方向上呈N极和S极交替设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述固定架上还设置有第一屏蔽罩和第二屏蔽罩，所述控制电路设置在所述第一屏蔽罩和所述第二屏蔽罩内。
4.根据权利要求1-3所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述第一屏蔽罩由铁皮制成；所述第二屏蔽罩由铝或铜箔制成，且所述第一屏蔽罩和所述第二屏蔽罩所述水表壳内接地。
5.根据权利要求1所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器均采用双极性霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述锂电池和所述主控芯片之间还连接有电源管理电路。
7.根据权利要求1所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述主控芯片还连接有温度传感器。
8.根据权利要求1-7所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述主控芯片还连接有阀体控制电路。
9.根据权利要求1所述的一种高精度双向计量电子水表，其特征在于，所述主控芯片还连接有无线通讯电路和红外通讯电路。
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