CN108534859A - 高灵敏度光电直读远传水表 - Google Patents
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Abstract
一种计量准确、易于装配且能达到IP68防护等级的高灵敏度光电直读远传水表。其在水表的齿轮组之上设模块密封盒，该模块密封盒与表壳内腔构成可防止水向外渗漏的密封腔体，齿轮组被封装于该密封腔体内；齿轮组中的位于传动末端且转速小于叶轮转速的湿式下齿轮与设置在模块密封盒内的干式上齿轮以异性磁极相对方式同轴同步转动。其是一种机电彻底分离的光电直读水表，其模块密封盒将表壳内部分成密封隔离的湿区和干区，既保留了湿式水表具有的传动平稳、传动比精确、计量灵敏度高和工作可靠的齿轮直接啮合的传动结构，又保留了干式水表具有的防水等级高的优点。其实现小数点后三位以数字显示的计数直读方式，适用于物联网的实时计量与监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋翼式水表，特别涉及一种高灵敏度既可直读用水量，又可将该用水量以数字信号发送至远方的旋翼式水表。
背景技术
旋翼式水表根据其用于计量的累加计数器(也称计数字轮组9)置于水中或不置于水中，区分为湿式水表或干式水表。
1、湿式水表驱动累加计数器的方式为：
设置于水表表壳内的叶轮驱动设置于托盘之上的中心齿轮，中心齿轮再驱动设置于齿轮盒内下夹板与上夹板之间的齿轮组(中心齿轮与齿轮组中位于传动首端且对应0.0001m3计量单位的齿轮啮合)，齿轮组中的传动末端的齿轮与蜗轮啮合，蜗轮再驱动字轮组中的1m3计量单位的字轮转动一个字，从而实现累加计数器计数。
优点：由于叶轮、中心齿轮、齿轮组、蜗轮和累加计数器中的低位计数轮之间都是通过齿轮直接啮合传动能量的，因此，其具有较高的计量灵敏度和精度。
缺点：由于上述部件为直接啮合，其间的密封防水问题无法彻底解决，通常，经一段时间使用后，这些部件基本上都被浸于向上漫延的水中，这样，当累加计数器为带有光电直读电路且可将水量以数字信号发送至远端的水表时，该光电直读电路的防水结构就变得相当复杂，稍有不慎，则会导致该光电直读电路失去光电采集水量数据的作用。
2、干式水表驱动累加计数器的方式为：
设置于水表表壳内的叶轮驱动中心齿轮，中心齿轮再驱动齿轮组，齿轮组通过与蜗轮的啮合再驱动累加计数器中的低位计数轮。
叶轮通过下托盘密封在表壳内腔中，中心齿轮置于下托盘之上，齿轮组和累加计数器置于下托盘之上的下夹板与上夹板之间，表盘设置于上夹板之上，叶轮与中心齿轮之间采用磁耦合无接触方式连接，当叶轮旋转时，驱动中心齿轮转动，继而通过依次啮合的齿轮组、蜗轮将动力传递至累加计数器计数。
优点：由于中心齿轮、齿轮组、蜗轮和累加计数器均设置在下托盘之上，而下托盘密封在表壳上端口上，表壳内腔中的水不会向上浸漫，因此，设置于下托盘之上的中心齿轮等部件的防水性能自然提高，当累加计数器为带有光电直读电路且可将水量以数字信号发送至远端的水表时，其光电直读电路的寿命会大大提高。
缺点：通常，水流过水表时会使叶轮产生较高的旋转速度，由于叶轮与中心齿轮之间采用磁耦合无接触的动能传递结构，那么高速转动的叶轮与中心齿轮之间的动力耦合灵敏度将变差。即在叶轮旋转初始，中心齿轮由于自身的阻力使得其响应耦合的速度较慢；而叶轮停止高速旋转后，中心齿轮由于自身的惯性会使其停止旋转的时间延长。这样，将导致叶轮与中心齿轮的旋转不同步，造成各自旋转的圈数不同，从而导致最终累加计数器的计数出现偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种计量准确、易于装配且能达到IP68防护等级的高灵敏度光电直读远传水表。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的高灵敏度光电直读远传水表，包括表壳、置于表壳内腔中的叶轮盒、扣盖在叶轮盒顶部端口上的托盘和采集字轮组所计数字的信号采集电路，在叶轮盒内设置叶轮，叶轮轴上端的轴齿穿过托盘上的中心孔与装配在托盘之上的中心齿轮啮合，中心齿轮驱动装配在托盘之上的齿轮组转动，其特征在于：在所述齿轮组之上至水表的玻璃面盖之间设有模块密封盒，该模块密封盒嵌套在表壳内与表壳内腔构成可防止其中的水向外渗漏的密封腔体，所述齿轮组被封装于该密封腔体内；所述齿轮组中的位于传动末端且转速小于叶轮转速的湿式下齿轮由下盘齿和设置在该下盘齿顶面上的湿端柱形磁钢构成，在与所述湿式下齿轮对应位置的所述模块密封盒内设有干式上齿轮，该干式上齿轮由上盘齿和设置在该上盘齿底面上的干端柱形磁钢构成，所述湿端柱形磁钢与干端柱形磁钢以异性磁极相对方式同轴同步转动；所述上盘齿与设置在模块密封盒内的蜗轮啮合再由该蜗轮驱动设置在模块密封盒内的字轮组中的低位计数字轮转动。
在所述模块密封盒内设有以快速拆装结构安装其内的托架，所述字轮组、干式上齿轮和蜗轮设置在该托架上。
所述湿端柱形磁钢和干端柱形磁钢均由中空套筒和固接在该中空套筒内的环形磁钢构成，所述中空套筒与对应的下盘齿或上盘齿一体成形。
所述模块密封盒采用透明材料亚克力经一次注塑制成，在其底部设有容置所述齿轮组且向内向上凹入的容置腔，容置腔的顶端为平板状且可透视梅花轮的视窗，所述梅花轮套接在所述中心齿轮轮轴的顶端。
在所述模块密封盒的底部与所述湿端柱形磁钢对应的位置设有向上凹入且能使该湿端柱形磁钢嵌入其中自由旋转的湿侧定位腔。
在所述模块密封盒内底面或所述托架上与所述干端柱形磁钢对应的位置设有向下凹入且能使该干端柱形磁钢嵌入其中自由旋转的干侧定位腔。
在所述模块密封盒的内底面和所述托架的外底面上，设有环绕所述湿侧定位腔和干侧定位腔的磁屏蔽套筒。
在扣盖在所述模块密封盒顶端上的表盘上，设有分别显示103-10-3m3七个数量级的计数显示窗和一个0.0001m3计量单位的指针旋转显示式的计量盘，在所述干式上齿轮的顶端套置用于该计量盘使用的指针。
本发明的高灵敏度光电直读远传水表是一种机电彻底分离且具湿式和干式水表优点的光电直读水表，其克服了较小流量时的计量灵敏度及精度问题；解决了机械式水表的直读及通信等电子部件的工程应用防护；实现小数点后三位以数字显示的计数直读方式，适用于物联网的实时计量与监控。
本发明中的模块密封盒将表壳内部分成密封隔离的湿区和干区，叶轮、中心齿轮和齿轮组置于湿区，其保留了湿式水表具有的传动平稳、传动比精确、计量灵敏度高和工作可靠的齿轮直接啮合的传动结构，又保留了干式水表具有的防水等级高的优点。其通过已降低转速并置于湿区的湿式下齿轮与置于干区的干式上齿轮的磁耦合传动结构，将湿区的水流动能传递至干区，并通过蜗轮拨动字轮组计数。该结构可有效提高湿式下齿轮与干式上齿轮同步转动，从而在确保防水等级达到IP68的基础上进一步提高该水表的计量灵敏度和计数精准度。
其结构一体化，方便拆装、检修、检测，大大提高了生产效率，降低了维护成本。
附图说明
图1为本发明的水表外形示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图2的A－A向剖视图。
图4为图1移除表壳后的示意图。
图5为图4移除外罩和模块密封盒后的示意图。
图6为图5移除表盘后的示意图。
图7为图1的爆炸示意图。
附图标记如下：
塑料外罩1、不锈钢罩11、密封压盖12、玻璃面盖13、表盘14、显示窗15、计量盘16、指针17、表壳2、表壳内腔21、过滤网罩22、叶轮盒23、叶轮24、轮部241、轴部242、托盘25、中心孔251、中心齿轮26、齿轮组3、第一传递齿轮31、第二传递齿轮32、第三传递齿轮33、湿式下齿轮4、下盘齿41、湿端柱形磁钢42、湿端定位柱43、湿侧定位腔44、湿侧轴套45、中空套筒5、环形磁钢51、模块密封盒6、桶口61、桶壁62、桶底63、桶缘64、容置腔65、字轮腔66、托架67、干式上齿轮7、上盘齿71、干端柱形磁钢72、干端定位柱73、干侧定位腔74、干侧轴套75、蜗轮8、蜗转部81、字轮组9、信号采集电路91、防水密封圈或垫100、磁屏蔽套筒101、视窗102、梅花轮103、固件位104。
具体实施方式
本发明的高灵敏度光电直读远传水表(以下简称水表)是在湿式与干式水表结构的基础上结合两者的优点进行的一种具有巧妙构思的改进，其同时消除了湿式水表防水等级低和干式水表计量误差大的缺陷。
如图1－7所示，本发明的水表由表体和内部构件组成。
表体由塑料外罩1、不锈钢罩11、密封压盖12、玻璃面盖13和表壳2组成，在塑料外罩1上设有内螺纹，在表壳2的腔壁外周面上设有与所述内螺纹适配旋接的外螺纹，塑料外罩1通过旋接固定在表壳2上，不锈钢罩11、密封压盖12和玻璃面盖13依次置于塑料外罩1与表壳2之间。
内部构件包括置于表壳内腔21底部的过滤网罩22、设置于该过滤网罩22内的叶轮盒23、扣盖在叶轮盒23顶部且将叶轮24定位在叶轮盒23内的托盘25、设置于托盘25之上的齿轮组3、设置于齿轮组3之上的模块密封盒6、设置于模块密封盒6内的字轮组9、光电信号采集电路91和表盘14及所需的若干个防水密封圈或垫100。
本发明主要的改进点在于：所述模块密封盒6的结构以及其与齿轮组3、叶轮24之间的连接结构，以下对其进行详细阐述。
1、叶轮24
为常规结构，其由轮部241和轴部242构成，轮部241置于叶轮盒23中，轴部242上端的轴齿向上穿过托盘25上的中心孔251与设置在托盘25之上的中心齿轮26的盘齿相啮合，当输送管中的水由水表的进水口流经表壳2内并冲击叶轮24旋转再由出水口流出时，高速旋转的叶轮24可以精准地将水流的动能传递给中心齿轮26。
中心齿轮26通过变速以较低旋转速度通过其上端的轴齿与所述齿轮组3中的第一传递齿轮31啮合。
2、齿轮组3
1)齿轮组3构成
齿轮组3由所述的第一传递齿轮31、第二传递齿轮32、第三传递齿轮33和第四传递齿轮组3成，第一传递齿轮31的轴齿与第二传递齿轮32的盘齿啮合，第二传递齿轮32的盘齿与第三传递齿轮33啮合，第三传递齿轮33再与第四传递齿轮啮合，第四传递齿轮与中心齿轮26的传动比小于1。
2)湿式下齿轮4
上述第一至第三传递齿轮33均为标准件的齿轮，而第四传递齿轮为带有磁性材料结构的非标齿轮。由于托盘25上的中心孔251与叶轮24的轴部242之间处于间隙配合，正常使用时，叶轮盒23中的水会向上漫延到托盘25之上将齿轮组3淹没，因此，为了便于对本发明的阐述，以下将所述的第四传递齿轮称为湿式下齿轮4，该湿式下齿轮4由下盘齿41和设置在下盘齿41顶面上的湿端柱形磁钢42构成。
所述湿端柱形磁钢42由中空套筒5和固接在该中空套筒5内的环形磁钢51构成，中空套筒5内还设有一个向上延伸的湿端定位柱43，湿端定位柱43与中空套筒5的筒壁同高。采用中空套筒5与环形磁钢51的结构有利于制造且易于快速装配，环形磁钢51可通过胶粘或卡扣结构固定在中空套筒5内。
本发明优选，所述中空套筒5与对应的下盘齿41通过注塑一体成形。
上述结构中由叶轮24至湿式下齿轮4的动能传递为齿轮间的直接啮合传递，因此，其能量传递灵敏度高且精准，另外，通过合理设计中心齿轮26、齿轮组3中各齿轮相互之间的传动比，可以将高速旋转的叶轮24对应的动能传递至湿式下齿轮4时，以设定的较慢旋转动能显现。
3、模块密封盒6
1)密封腔体
模块密封盒6由透明材料注塑一体成形，优选非磁性的亚克力材料，其形状为上端开口的柱形桶，柱形桶包括桶口61、桶壁62和桶底63，其以桶壁62完全嵌入表壳2内的方式装配在表壳2上，桶口61设有沿其径向外延的桶缘64，桶缘64与表壳2上端部之间设有防水密封垫。
模块密封盒6与表壳内腔21构成一个可防止叶轮盒23中的水向上漫延、向外渗漏的密封腔体，所述的齿轮组3被封装在该密封腔体内。
2)容置腔65和字轮腔66
进一步的改进是在模块密封盒6的底部设置可以容纳中心齿轮26和齿轮组3的容置腔65，容置腔65向该模块密封盒6的桶内凹入，由模块密封盒6的桶口61向下看，该容置腔65在水平面上，大约占据桶内1/3-1/2的区域，在桶内与所述容置腔65相对且互补的非容置腔65部分(以下简称字轮腔66)内设有若干个用于安装第五传递齿轮、蜗轮8、以数字显示的字轮组9和采集该字轮组9累计数字的光电信号采集电路91的固件位104。采用容置腔65和字轮腔66的分布结构可充分利用所述模块密封盒6内的空间，提高构件之间的紧凑性，避免产生因增设该模块密封盒6而导致整个水表的体积增大的缺陷。
3)干式上齿轮7
为了便于对本发明的阐述，同时与湿式下齿轮4相呼应，将第五传递齿轮称为干式上齿轮7。
干式上齿轮7在模块密封盒6内安装的位置与湿式下齿轮4上下对应，其间由模块密封盒6的桶底63分隔开来。该干式上齿轮7由上盘齿71和设置在该上盘齿71底面上的干端柱形磁钢72构成。
所述干端柱形磁钢72也由中空套筒5和固接在该中空套筒5内的环形磁钢51构成，中空套筒5内设有一个向下延伸的干端定位柱73，干端定位柱73与中空套筒5的筒壁同高。采用中空套筒5与环形磁钢51的结构有利于制造且易于快速装配，环形磁钢51可通过胶粘或卡扣结构固定在中空套筒5内。同样，本发明优选，所述中空套筒5与对应的上盘齿71通过注塑一体成形。
所述湿端柱形磁钢42与干端柱形磁钢72以异性磁极相对方式同轴同步转动。干式上齿轮7与所述蜗轮8的轴齿啮合，蜗轮8的蜗转部81再拨动所述字轮组9中的低位计数字轮计数。
4)字轮组9
本发明的字轮组9优选设置七位数，分别显示103-10-3m3七个数量级的计数，所述低位计数字轮显示的是10-3m3(千分之一吨)水。该显示位数可提高用户的体验感(现有技术中的水表以数字显示的计数字轮显示的为五位数，所述低位计数字轮显示的是10-1m3计量单位，10-2m3-10-4m3计量则采用指针17显示盘来显示，而指针17式显示盘在读取数字时，相比数字显示而言读取较困难)。
4、托架67
为了方便制造和装配，本发明进一步的改进是在模块密封盒6内的字轮腔66中设置一个以快速拆装结构安装其中的托架67，其由非磁性材料所制，优选灰色或彩色的ABS塑料(ABS塑料是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体构成的三元共聚物)。将所述模块密封盒6内设置的若干个固件位104转移至该托架67上，这样在对模块密封盒6注塑制造时，模块密封盒6的字轮腔66中的固件位104结构会简化，其可有效降低制造复杂结构的模块密封盒6所需的开模费用，即将复杂结构的模块密封盒6分拆为两个可以分开制造且为简单结构的零件。装配时，先将所述干式上齿轮7、蜗轮8、字轮组9和光电信号采集电路91安装在该托架67上对应的固件位104上，之后，再将载有这些部件(该部件是指干式上齿轮7、蜗轮8、字轮组9和光电信号采集电路91)的托架67整体安装在模块密封盒6内，省时省力省钱。
5、定位腔(该定位腔属于所述固件位104中的一种)。
为了确保湿式下齿轮4与干式上齿轮7能够同轴同步转动，本发明又一改进是：在所述托架67(若不设托架67时，则在模块密封盒6的桶底63内底面上)和模块密封盒6的桶底63外底面上分别设置干侧定位腔74和湿侧定位腔44。
1)干侧定位腔74
为设置于托架67上表面上的筒状凹槽，该筒状凹槽向下凹入，在该筒状凹槽的中心设有向上延伸的干侧轴套75，所述干式上齿轮7上的干端柱形磁钢72嵌入该筒状凹槽中，干端柱形磁钢72上的干端定位柱73插入所述的干侧轴套75中。干端柱形磁钢72上的中空套筒5和干端定位柱73分别与筒状凹槽内壁和干侧轴套75的内壁之间为间隙配合，即该干端柱形磁钢72可在筒状凹槽中自由转动。
2)湿侧定位腔44
为设置于模块密封盒6底部的筒状凹槽，该筒状凹槽向上凹入，在该筒状凹槽的中心设有向下延伸的湿侧轴套45，所述湿式下齿轮4上的湿端柱形磁钢42嵌入该筒状凹槽中，湿端柱形磁钢42上的湿端定位柱43插入所述的湿侧轴套45中。湿端柱形磁钢42上的中空套筒5和湿端定位柱43分别与筒状凹槽内壁和湿侧轴套45的内壁之间为间隙配合，即该湿端柱形磁钢42可在筒状凹槽中自由转动。
干侧定位腔74与湿侧定位腔44相接面为平面，其有利于干端柱形磁钢72与湿端柱形磁钢42之间的距离达到最小，有利于磁耦合效率。
干端定位柱73与湿端定位柱43同轴设置。
干端定位柱73插入干侧轴套75有利于干端柱形磁钢72中的环形磁钢51居中设置，同样，湿端定位柱43插入湿侧轴套45有利于湿端柱形磁钢42中的环形磁钢51居中设置。
上述结构确保了干式上齿轮7与湿式下齿轮4之间具有同轴且稳定的定位结构。
6、磁屏蔽套筒101
为了防止环境磁场对干端柱形磁钢72和湿端柱形磁钢42的干扰，模块密封盒6内的桶底63上设置一个磁屏蔽套筒101，该磁屏蔽套筒101环绕所述的干侧定位腔74和湿侧定位腔44设置，即在模块密封盒6的垂直方向上，磁屏蔽套筒101将干侧定位腔74与湿侧定位腔44被磁屏蔽套筒101包裹其中。
7、梅花轮103的视窗102
梅花轮103固接在所述中心齿轮26的顶端，其用于显示叶轮24旋转的状态。在所述容置腔65的顶部设有一个透明的视窗102，梅花轮103置于视窗102之下方，即梅花轮103也密封在所述的密封腔体内，由上至下可以透过该视窗102观测到梅花轮103的旋转状态(注，在表盘14上与该视窗上下对应的位置设有可由水表外观察到该梅花轮103状态的通孔，在附图4中，将该通孔也标为视窗102)。该结构的好处是即可通过水表的玻璃面盖13观测到梅花轮103的状态，又可避免为设置梅花轮103破坏模块密封盒6的防水性能(通常，现有技术中的水表的梅花轮103置于表盘14上方)。
8、计量盘16
水表的表盘14设置在所述托架67顶端(当不设该托架67时，其设置在模块密封盒6的顶端)，在该表盘14上除设有用于显示与所述字轮组9对应数位的显示窗15外，还设有一个指针17旋转显示的计量盘16，该计量盘16为0.0001m3计量单位的显示盘，其中，指针17套置在干式上齿轮7的顶端，该指针17旋转一圈，与干式上齿轮7啮合的蜗轮8拨动字轮组9中低位计数字轮转动一个字数(每个字轮的侧面设有十个字数，分别为0－9)。该结构的特点是将现有技术中的水表多个难以读取计量数据的指针17式显示盘(分别显示10-2m3-10-4m3的计量盘16)，改进为仅设一个指针17式的计量盘16，而其它的计量盘16均转为以数字显示的字轮。
Claims (8)
1.一种高灵敏度光电直读远传水表，包括表壳(2)、置于表壳内腔(21)中的叶轮盒(23)、扣盖在叶轮盒(23)顶部端口上的托盘(25)和采集字轮组(9)所计数字的信号采集电路(91)，在叶轮盒(23)内设置叶轮(24)，叶轮(24)轴上端的轴齿穿过托盘(25)上的中心孔(251)与装配在托盘(25)之上的中心齿轮(26)啮合，中心齿轮(26)驱动装配在托盘(25)之上的齿轮组(3)转动，其特征在于：在所述齿轮组(3)之上至水表的玻璃面盖(13)之间设有模块密封盒(6)，该模块密封盒(6)嵌套在表壳(2)内与表壳内腔(21)构成可防止其中的水向外渗漏的密封腔体，所述齿轮组(3)被封装于该密封腔体内；所述齿轮组(3)中的位于传动末端且转速小于叶轮(24)转速的湿式下齿轮(4)由下盘齿(41)和设置在该下盘齿(41)顶面上的湿端柱形磁钢(42)构成，在与所述湿式下齿轮(4)对应位置的所述模块密封盒(6)内设有干式上齿轮(7)，该干式上齿轮(7)由上盘齿(71)和设置在该上盘齿(71)底面上的干端柱形磁钢(72)构成，所述湿端柱形磁钢(42)与干端柱形磁钢(72)以异性磁极相对方式同轴同步转动；所述上盘齿(71)与设置在模块密封盒(6)内的蜗轮(8)啮合再由该蜗轮(8)驱动设置在模块密封盒(6)内的字轮组(9)中的低位计数字轮转动。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：在所述模块密封盒(6)内设有以快速拆装结构安装其内的托架(67)，所述字轮组(9)、干式上齿轮(7)和蜗轮(8)设置在该托架(67)上。
3.根据权利要求2所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：所述湿端柱形磁钢(42)和干端柱形磁钢(72)均由中空套筒(5)和固接在该中空套筒(5)内的环形磁钢(51)构成，所述中空套筒(5)与对应的下盘齿(41)或上盘齿(71)一体成形。
4.根据权利要求3所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：所述模块密封盒(6)采用透明材料亚克力经一次注塑制成，在其底部设有容置所述齿轮组(3)且向内向上凹入的容置腔(65)，容置腔(65)的顶端为平板状且可透视梅花轮(103)的视窗(102)，所述梅花轮(103)套接在所述中心齿轮(26)轮轴的顶端。
5.根据权利要求4所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：在所述模块密封盒(6)的底部与所述湿端柱形磁钢(42)对应的位置设有向上凹入且能使该湿端柱形磁钢(42)嵌入其中自由旋转的湿侧定位腔(44)。
6.根据权利要求4所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：在所述模块密封盒(6)内底面或所述托架(67)上与所述干端柱形磁钢(72)对应的位置设有向下凹入且能使该干端柱形磁钢(72)嵌入其中自由旋转的干侧定位腔(74)。
7.根据权利要求5或6所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：在所述模块密封盒(6)的内底面和所述托架(67)的外底面上，设有环绕所述湿侧定位腔(44)和干侧定位腔(74)的磁屏蔽套筒(101)。
8.根据权利要求1所述的高灵敏度光电直读远传水表，其特征在于：在扣盖在所述模块密封盒(6)顶端上的表盘(14)上，设有分别显示103-10-3m3七个数量级的计数显示窗(15)和一个0.0001m3计量单位的指针(17)旋转显示式的计量盘(16)，在所述干式上齿轮(7)的顶端套置用于该计量盘(16)使用的指针(17)。
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