CN109506726A - 感应式无磁远传水表 - Google Patents

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陈黎明
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Abstract

本发明涉及一种感应式无磁远传水表，包括基表以及设置在基表表面玻璃上的信号处理装置，所述的信号处理装置包括信号采集传感线圈以及信号处理电路；所述的信号采集传感线圈包括外部电感线圈以及呈十字象限布置在外部电感线圈内的4个内部电感线圈；所述基表上对应信号采集传感线圈位置设置有不锈钢片，所述不锈钢片呈“8”字形，“8”字形不锈钢片随基表转轴转动并呈对角遮挡内部电感线圈从而改变各内部电感线圈的磁通量；所述的信号处理电路对内部电感线圈持续采样并处理。本发明的水表内部不含永磁体等磁性元器件，受内外部磁力影响小，检测距离远且测量精确。

Description

感应式无磁远传水表
技术领域
本发明涉及一种水表，尤其是一种抗强磁干扰的感应式无磁远传水表。
背景技术
现有技术中，远传水表的计量方式有两种：脉冲计量方式和光电感应计量方式。而脉冲计数式远传水表是采用无磁感应的原理将机械表齿轮转动或指针的转动转化为电脉冲信号。
中国专利CN201020049396.6公开了一种应用于能抗强磁的智能水表装置以及中国专利CN201420357838.1公开了一种大指针上采样分离无磁式远传水表；以上两种水表都是在水表的叶轮上设置半圆形抗磁不锈钢片，利用两个电感在不锈钢片正转、反转且转到相对于电感一和电感二的不同位置处时，产生的阻尼波形和无阻尼波形判断不锈钢片的选装方向和旋转周期，进而对水表进行计量测数。但是，这样所带来的问题是：当有外来强磁干扰时，会对电感一和电感二收到的阻尼波形造成很大影响，从而使得计数出现错误且误差的现象。
中国专利CN107024252公开了一种抗强磁干扰的无磁远传水表，为了解决上述问题，采用了呈等边三角形分布的三个绕置的线圈；其提高了检测精度和效果，但是检测的距离有限制，小于6mm，使得这种采样检测方式无法在传统湿式水表的表玻璃上面直接应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种感应式无磁远传水表，内部不含永磁体等磁性元器件，受内外部磁力影响小，检测距离远且测量精确。
本发明所采用的技术方案为：一种感应式无磁远传水表，包括基表以及设置在基表表面玻璃上的信号处理装置，所述的信号处理装置包括信号采集传感线圈以及信号处理电路；所述的信号采集传感线圈包括外部电感线圈以及呈十字象限布置在外部电感线圈内的4个内部电感线圈；所述基表上对应信号采集传感线圈位置设置有不锈钢片，所述不锈钢片呈“8”字形，“8”字形不锈钢片随基表转轴转动并呈对角遮挡内部电感线圈从而改变各内部电感线圈的磁通量；所述的信号处理电路对内部电感线圈持续采样并处理。
进一步的说，为了提高集成度，减小产品体积以及产品安装空间，本发明所述的外部电感线圈和内部电感线圈集成设置在线路板上，采用线路板做成的线圈，电感量基本一致，可以避免因每块水表硬件上传感器的品质差异所带来的影响。在接线方式上，第一、二象限的内部电感线圈组成一组输出，第三、四象限的内部电感线圈组成另一组输出。
再进一步的说，本发明所述的信号处理电路包括放大器单元以及比较器单元；第一、二、三、四象限的内部电感线圈分别连接至放大器单元并分别输出放大后的信号V1、V2、V3、V4；所述的V1、V3分别连接比较器单元的一个输入端，V2、V4分别连接比较器单元的另一个输入端，两组输出并联共用一个比较器单元。
再进一步的说，本发明所述的“8”字形不锈钢片直接固定在基表转轴上，底部不需要另外增加支撑。
再进一步的说，本发明所述的“8”字形不锈钢片与基表上任意一个红指针的转轴同步转动；为了满足水表本身的体积要求，使得安装更合理，本发明所述的“8”字形不锈钢片设置在基表所有红指针中表示最小计量单位的红指针的一侧；与“8”字形不锈钢片连接的转轴通过齿轮啮合最小计量单位的红指针的转轴；“8”字形不锈钢片与最小计量单位的红指针的转速相同。
再进一步的说，本发明所述的信号采集传感线圈与“8”字形不锈钢片之间具有检测间隙；所述的检测间隙大于等于10mm，这样可以不用破坏湿式水表的表面玻璃。
再进一步的说，为了防止外部磁力的干扰，本发明所述的信号采集传感线圈的上表面设置有抗外部强磁干扰的屏蔽层。
再进一步的说，为了更好提高计量精度，本发明所述的“8”字形不锈钢片长度方向上的直径≥外部电感线圈的内圈直径。
本发明的有益效果是：
1、本发明不需要破坏现有湿式水表的结构，只需要在现有湿式水表上安装“8”字形不锈钢片，同时采集时也不需要破坏湿式水表的表面玻璃，只需要将采集装置直接放置于湿式水表的表面玻璃上就可以精确的采集数据；
2、本发明将电感线圈集成在线路板上，杜绝了普通绕制线圈电感量的一致性无法得到保证的缺陷，以及普通绕制线圈检测距离小于等于6mm的局限性，大大提高了信号检测精度；
3、本发明的水表内部不含永磁体等磁性元器件，受内外部磁力影响小，测量精确。
附图说明
图1是本发明水表的整体结构示意图；
图2是本发明基表的结构示意图；
图3是本发明的信号处理装置的电路原理框图；
图4是本发明线圈与不锈钢片的相对位置示意图；
图5是本发明的工作原理示意图；
图6(a)-(b)是T0、T1对应不锈钢片位置变化的曲线图；
图中：1、2、3、4、内部电感线圈；5、外部电感线圈；6、基表；7、信号处理装置；8、不锈钢片；9、红指针。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-4所示的一种感应式无磁远传水表，包括基表6以及设置在基表6表面玻璃上方的信号处理装置7，信号处理装置7包括信号采集传感线圈以及信号处理电路。
信号采集传感线圈包括外部电感线圈5以及呈十字象限布置在外部电感线圈内的4个内部电感线圈1、2、3、4，基表6上对应信号采集传感线圈位置设置有“8”字形不锈钢片8，如图4所示。
“8”字形不锈钢片8可以由两个扇形中心对称设置而成；这样的结构可以使“8”字形不锈钢片8直接固定在基表6转轴上，底部不需要另外增加支撑，并且在转动时使不锈钢片8可以保证平稳性。“8”字形不锈钢片8的中心、转轴的中心轴线和外部电感线圈的中心轴线均重合；为了更好提高计量精度，“8”字形不锈钢片长度方向上的直径≥外部电感线圈的内圈直径。
五组电感线圈1、2、3、4、5的中心轴线均平行设置，为了提高集成度，减小产品体积以及产品安装空间，外部电感线圈5和内部电感线圈1、2、3、4集成设置在线路板上，采用线路板做成的线圈，电感量基本一致，可以避免因每块水表硬件上传感器的品质差异所带来的影响。而采用四线圈制成的电感采集，定位更精确，避免因急流冲击时基表中叶轮的抖动，带来的误差。四线圈电感面积大采集范围广，四个电感可以有效处理两电感临界点。特别是小流量的时候，四个电感凸显的有优点，基本没误差，并且可以每个角度都可以测到数据量，进行数据分析，避免出错的概率。
为了不破坏湿式水表的表面玻璃，信号采集传感线圈与“8”字形不锈钢片之间具有检测间隙；检测间隙大于等于10mm。
如图3所示，信号处理电路包括放大器单元、单片机、驱动电路I以及驱动电路II，本实施例中放大器单元选用的是半导体基本元器件，如三极管，放大器单元包括放大器1和放大器2；计时器单元和电压比较器单元均集成在单片机中，根据其他实施例，比较器单元也可以为一个单独的模块。由于放大器单元、单片机、驱动电路I、II的具体电路结构以及连接方式不是本方案所要保护的内容，因此，此处不做描述。
外部电感线圈5连接驱动电路I，内部电感线圈1、2的一端分别连接放大器1并通过放大器1输出放大后的信号V1、V2，内部电感线圈3、4的一端分别连接放大器2并通过放大器2输出放大后的信号V3、V4；内部电感线圈1、2、3、4的另一端均连接在一起；然后V1、V3分别连接比较器的一个输入端，V2、V4分别连接比较器的另一个输入端，如图5所示。
如图2所示，“8”字形不锈钢片随基表转轴转动并呈对角遮挡内部电感线圈从而改变各内部电感线圈的磁通量；为了满足水表本身的体积要求，使得安装更合理，“8”字形不锈钢片设置在基表所有红指针中表示最小计量单位的红指针的一侧；与“8”字形不锈钢片连接的转轴通过齿轮啮合最小计量单位的红指针的转轴；“8”字形不锈钢片与最小计量单位的红指针的转速相同。红指针从左至右的计量单位分别是：0.0001m3、0.001m3、0.01m3、0.1m3；表示0.0001m3的红指针的左上角设置“8”字形不锈钢片；与“8”字形不锈钢片连接的转轴通过齿轮啮合表示0.0001m3的红指针的转轴；“8”字形不锈钢片与表示0.0001m3的红指针的转速相同，即“8”字形不锈钢片转动的圈数与表示0.0001m3的红指针转动的圈数相等。“8”字形不锈钢片与转轴的连接方式，以及，红指针与转轴的连接方式，以及，转轴与转轴之间通过齿轮的啮合方式均为现有技术，此处不做描述。
当钢片随水流转动时，钢片呈对角依次经过四个电感线圈1、2、3、4，并由单片机控制交替选择放大器1或放大器2工作。
设定钢片位于线圈1，3位置时为起始位置，由于线圈1被不锈钢片遮挡，因此通过线圈1的磁通量小于线圈2的磁通量，所以线圈2上产生电流大于线圈1，单片机选择放大器1工作，线圈1和线圈2通过放大器输出电压V1、V2至比较器，V1＜V2；通过充放电容，由于电压不同，充放电的时间也不同，因此线圈1和线圈2会产生充放电的时间差T0，同理，打开另外一路放大器2，线圈3和线圈4比较，线圈3和线圈4会产生充放电的时间差T1。根据T0、T1的变化绘制曲线，就可以确定不锈钢片具体在哪个位置，并且根据曲线的波形的方向可以判断不锈钢片的转向。T0，T1曲线变化一个周期，记不锈钢片转一圈。T0、T1对应不锈钢片位置如图6所示。
本实施例是用一组比较器来实现比较，根据其他实施方式也可以通过采集两个线圈AD电压，另外两个线圈输出电压接到一个比较器上，通过单片机内部计算，进行比较，计算出T0和T1。
为了防止外部磁力的干扰，信号采集传感线圈的上表面设置有屏蔽层。由于视图视角关系，本实施例图中没有表示。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (9)

1.一种感应式无磁远传水表，包括基表以及设置在基表表面玻璃上的信号处理装置，其特征在于：所述的信号处理装置包括信号采集传感线圈以及信号处理电路；所述的信号采集传感线圈包括外部电感线圈以及呈十字象限布置在外部电感线圈内的4个内部电感线圈；所述基表上对应信号采集传感线圈位置设置有不锈钢片，所述不锈钢片呈“8”字形，“8”字形不锈钢片随基表转轴转动并呈对角遮挡内部电感线圈从而改变各内部电感线圈的磁通量；所述的信号处理电路对内部电感线圈持续采样并处理。
2.如权利要求1所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的外部电感线圈和内部电感线圈集成设置在线路板上，第一、二象限的内部电感线圈组成一组输出，第三、四象限的内部电感线圈组成另一组输出。
3.如权利要求1所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的信号处理电路包括放大器单元以及比较器单元；第一、二、三、四象限的内部电感线圈分别连接至放大器单元并分别输出放大后的信号V1、V2、V3、V4，所述的V1、V3分别连接比较器单元的一个输入端，V2、V4分别连接比较器单元的另一个输入端。
4.如权利要求1所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的“8”字形不锈钢片直接固定在基表转轴上。
5.如权利要求4所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的“8”字形不锈钢片与基表上任意一个红指针的转轴同步转动。
6.如权利要求5所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的“8”字形不锈钢片设置在基表所有红指针中表示最小计量单位的红指针的一侧；与“8”字形不锈钢片连接的转轴通过齿轮啮合最小计量单位的红指针的转轴；
“8”字形不锈钢片与最小计量单位的红指针的转速相同。
7.如权利要求1所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的信号采集传感线圈与“8”字形不锈钢片之间具有检测间隙；所述的检测间隙大于等于10mm。
8.如权利要求1所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的信号采集传感线圈的上表面设置有抗外部强磁干扰的屏蔽层。
9.如权利要求1所述的感应式无磁远传水表，其特征在于：所述的“8”字形不锈钢片长度方向上的直径≥外部电感线圈的内圈直径。
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