CN109520585B - 湿式直读水表 - Google Patents
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Abstract
一种将指针显示机构与数字显示机构采用速动比一致的齿轮传动结构进行直接啮合的湿式直读水表，该水表计数精准、运行平稳。驱动多个记录低档位累计用水量的指针和记录高档位累积用水量的数字转盘的各驱动齿轮依次啮合安装在上夹板与下夹板之间，各指针和数字转盘处于同一平面内，在水表内壳上设有将所有指针和数字转盘防水密封在该内壳内的透明表头。该方案中的指针显示机构与数字显示机构之间采用速动比一致的齿轮传动机构进行直接啮合，使各机械零件之间的耦合间隙均匀、传动平缓和读数稳定。各数字转盘处于相同平面内，将永久磁片设置于数字转盘盘面的中央，使得各永久磁片之间不会产生互相干扰，既无需安装磁屏蔽片。
Description
技术领域
本发明涉及一种水表，特别涉及一种将指针式读盘(又称指示盘)和数字读盘(又称数字转盘)置于相同平面内的湿式直读水表。
背景技术
现有技术中带有数字读取用水量数值的湿式直读水表中指针显示和数字显示功能分别为由如下机构完成：
1、指针显示机构
由安装在上夹板与下夹板之间的齿轮传动机构、设置在上夹板之上的印有0-9数码的指示盘和在指示盘上旋转的指针组成，通常，这些指示盘分别为记录低档位的累积用水量数值的圆盘(低档位为记录10-4、10-3、10-2和10-1立方米数值的圆盘)，每个圆盘上设一个指针，每个指针与齿轮传动机构中对应的一个驱动齿轮固接(各低档位指针对应的驱动齿轮依次啮合)，10-4立方米指针对应的驱动齿轮与叶轮81的驱动轴齿啮合，叶轮81置于叶轮盒中，当该水表有流量发生时，叶轮81在流水的冲击下旋转，旋转的叶轮81带动10-4立方米档位对应的指针旋转计数，继而依次带动其它低档位指针旋转计数。
所有指示盘间隔且处于与表盘平行的平面内。
2、数字显示机构
由多个环绕外周壁印制有0-9数字的数字轮(通常为高档位的分别记录100、101、102和103立方米累积用水量对应的转轮)、驱动轴、驱动轮和蜗轮构成，数字轮依次间隔套接在驱动轴上，100立方米数字轮的驱动轴由驱动轮驱动，蜗轮的上端与该驱动轮啮合，蜗轮的下端与指针显示机构的低档位中的10-1立方米指针对应的驱动齿轮相啮合。
所有数字轮平行且与表盘垂直设置。
上述结构由于指针显示机构与数字显示机构之间通过蜗轮传递动力，其在连接结构上受机械零件加工精度的制约存在零件之间的间隙大且运动行走不均匀和不稳定等缺陷。
3、电子远传直读水表
随着智能化时代的到来，需要智能抄表、预充值和对水表运行进行监控，陆续出现了可远程采集水表读数的直读水表，例如，本申请人于2012年03月01日向国家知识产权局提出的发明专利申请(申请号为201210051124.3，名称为计量表电子直读计数器)公开了一种带有电子直读计数器的可将用水量远传的直读水表。
在该直读水表中，所述的数字显示机构置于上夹板上方的防水隔板中，在数字显示机构中增设采用电磁原理获取各数字轮数值的数据采集电路和将数据采集电路获取的数据发送出去的主控电路板。数据采集电路由焊接在每个数字轮旁侧的永久磁片、角位移传感器(全称为：电磁感应式角位移传感器)、承载该角位移传感器的小电路板和防止相邻两个数字轮上的永久磁片相互干扰的磁屏蔽片组成，其中，永久磁片、角位移传感器、小电路板和磁屏蔽片相互平行设置，而主控电路板竖直焊接在数字轮组的旁侧。安装时，先将永久磁片和磁屏蔽片分别固接在对应的数字轮的两侧面，再将载有角位移传感器的小电路板以与该永久磁片平行方式焊接在该数字轮与永久磁片相对的一侧并引出连接线，之后再将所有数字轮逐一套接在对应的驱动轴上，最后将主控电路板竖直焊接在数字轮组(若干个间隔平行设置的数字轮)的旁侧(与数字轮所在面垂直的一侧)。
上述电子远传直读水表存在的不足是：
1)角位移传感器模块(包括永久磁片、角位移传感器、小电路板、磁屏蔽片和主控电路板)组装复杂，需经多次焊接。
2)针对用水量的计数，由低档位至高档位由蜗轮转换动力，其间隙较大，导致计数灵敏度降低，另外，数字轮计数结构复杂(设置驱动轮、若干个驱动轴和进位齿轮结构)。
3)由于数字显示机构中设置有电路结构，因此，其必须安装在防水密封结构中，但其与指针显示机构之间采用蜗轮传递动力，因此，密封效果难以保证。
4)数字显示机构中各配件和角位称传感模块中的小电路板、磁屏蔽片均造成该产品制造成本大幅度增高，尤其是磁屏蔽片非普通的屏蔽片，其属价格昂贵的进口部件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将指针显示机构与数字显示机构采用速动比一致的齿轮传动结构进行直接啮合的湿式直读水表，该水表计数精准、运行平稳。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的湿式直读水表，包括水表内壳、装配在水表内壳内的上夹板和下夹板，其特征在于：驱动多个记录低档位累计用水量且在指示盘上以旋转方式显示数值的指针和记录高档位累积用水量且以数字形式显示数值的旋转式的数字转盘的各驱动齿轮依次啮合安装在上夹板与下夹板之间，所述指示盘与数字转盘置于上夹板之上且相互间隔设置，各指示盘和数字转盘处于同一平面内或者各指示盘和数字转盘所在平面相互平行，在所述水表内壳上设有将所有指示盘和数字转盘防水密封在该水表内壳内的透明表头。
所述透明表头由非导磁材料制成，其顶部为敞口，在其凹形腔体内设有可将采集到的各数字转盘上的实时数值远程传送出去的主控电路板；在至少一个数字转盘盘面上的中心区域内固接有永久磁片，在与该永久磁片上下位置相对应的所述主控电路板的底面上设有与该主控电路板电连接且依据该永久磁片旋转角度获取涉及显示数值的磁感应信号的角度传感器。
所述数字转盘为四个，分别记录个位、十位、百位和千位立方米累积用水量的数值，永久磁片为两个，分别安装在记录个位和千位立方米累积用水量对应的数字转盘上，每个永久磁片产生的磁力线被集中限制在以其所在数字转盘为直径且垂直于该数字转盘的圆柱体空间内。
在所述凹形腔体内卡嵌有由非导磁材料制成的防水密封仓，所述主控电路板装配在该防水密封仓内，在防水密封仓的底部与凹形腔体之间设有可将所述角度传感器与对应的永久磁片精确对位的定位结构。
所述定位结构为设置于凹形腔体内的内凹圆台和设置于防水密封仓底部的内凹圆坑，其中，内凹圆台与透明表头一体成型，其台面向上凸起，其台底为可使对应的永久磁片嵌入其中的避空位；所述内凹圆坑与所述防水密封仓一体成形，其坑底为可使所述内凹圆台嵌入其中的避空位。
所述防水密封仓由可分离的底壳和上盖采用快速拆装结构装配组成，在底壳内设有卡装所述主控电路板的卡位。
在所述水表内壳上罩有可防止表外磁场干扰永久磁片与对应的角度传感器之间进行磁耦合的屏蔽罩。
所述指针和数字转盘各为四个，由低档至高档分别代表10-4、10-3、10-2、10-1、100、101、102和103立方米，驱动各指针和数字转盘的驱动齿轮均由相同结构和尺寸的齿盘与轴齿构成，相邻两个驱动齿轮之间，低档驱动齿轮的轴齿与高档驱动齿轮的齿盘相啮合，其间的齿轮速比为10：1；代表10-4立方米的指针的驱动齿轮的齿盘与上穿并置于下夹板之上的叶轮的轴齿啮合。
本发明对传统直读水表结构做了改进，即，指针显示机构与数字显示机构之间采用速动比一致的齿轮传动机构进行直接啮合，而不像现有技术中需要通过一个蜗轮进行动力传递，其可使各机械零件之间的耦合间隙均匀、传动平缓和读数稳定。采用数字显示机构中各数字转盘处于相同平面内的设置，将永久磁片设置于数字转盘盘面的中央，使得各永久磁片之间不会产生互相干扰，既无需安装磁屏蔽片，又省去承载角度传感器的小电路板，其结构简化、安装方便和降低材料成本的优点尤为明显。将主控电路板与数字转盘平行设置，有利于将主控电路板置于二次防水密封仓中，大大提高了其防水性能。
附图说明
图1为本发明的湿式直读水表竖向放置的示意图(未包含水表内壳)。
图2为图1中水表的俯视图。
图3为图2中A－A向剖视时的水表示意图。
图4为图2中拆除透明表头的示意图。
图5为图4中B－B向剖视时下夹板之上部分的放大示意图。
图6为图3中的防水密封仓的放大剖视图。
图7为透明表头的示意图。
图8为防水密封仓正向放置时的外形示意图。
图9为图8的防水密封仓反向放置时的外形示意图。
附图标记如下：
水表内壳1、表封玻璃11、上夹板12、下夹板13、指示盘2、指针21、10-4立方米盘22、数字转盘3、103立方米盘31、齿轮传动机构4、驱动齿轮41、齿盘42、轴齿43、透明表头5、透明壳51、壳壁52、平板底53、凹坑底54、内凹圆台55、数显窗口56、防水密封仓6、底壳61、内凹圆坑62、上盖63、引线孔64、主控电路板7、角度传感器71、永久磁片72、叶轮盒8、叶轮81、密封圈组件9。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，本发明的湿式直读水表包括表壳、表封玻璃11和密封设置于该表壳内的水表内壳1、叶轮盒8、叶轮81、下夹板13、上夹板12、齿轮传动机构4、采用旋转式的指针21显示数值的指示盘2、采用数字显示数值的数字转盘3及多个密封圈组件9。
以下将涉及指针21显示数值的显示机构和传动机构称为指针式显示机构，将涉及数字显示数值的显示机构和传动机构称为数字显示机构，本发明仅对指针式显示机构和数字显示机构及其间的动力传递结构进行了改进。
一、平稳、精准的数值显示结构
1、指针21式显示机构
包括多个记录低档位累计用水量的指示盘2，通常为四个档位，分别为记录10-4、10-3、10-2和10-1立方米的数值，指示盘2为固定设置于上夹板12之上的圆盘，在环绕圆盘的盘面周边间隔设置十个数，分别为0－9，所述指针21设置在指示盘2的中央，指针21的下端下穿该指示盘2、上夹板12与位于下夹板13之上的一个驱动齿轮41固接，随着该驱动齿轮41的旋转，该指针21在指示盘2上旋转，指针21所指数字即为该档位累计用水量对应的数值。
四个低档位对应的指示盘2间隔设置并处于与表盘平行的平面内。
与每个低档位对应的指针21连接的驱动齿轮41由小至大依次啮合构成指针21式显示机构的齿轮传动机构4(以下简称低档区齿轮传动组件)，该低档区齿轮传动组件安装在上夹板12与下夹板13之间。
低档区齿轮传动组件中的每个驱动齿轮41均包括一个齿盘42和一个轴齿43，齿盘42和轴齿43上下或下上间隔设置，其中，所有齿盘42结构和大小相同，所有轴齿43结构和大小相同。相邻两个驱动齿轮41中，若前一个驱动齿轮41的齿盘42在上、轴齿43在下，则后一个驱动齿轮41的轴齿43在上、齿盘42在下(参见图5所示)。
相邻两个驱动齿轮41之间，较低档的驱动齿轮41的轴齿43与较高档的驱动齿轮41的齿盘42相啮合，其间的齿轮速动比为10：1。代表10-4立方米的指针21对应的驱动齿轮41的齿盘42与上穿并置于下夹板13之上的叶轮81的轴齿43啮合。
2、数字显示机构
包括多个记录高档位累计用水量的数字转盘3，通常为四个档位，分别为记录100、101、102和103立方米的数值，该数字转盘3为可旋转设置于上夹板12之上的圆盘，在环绕该圆盘的盘面周边间隔设置十个数，分别为0－9，所述数字转盘3的下端下穿上夹板12与位于下夹板13之上的一个驱动齿轮41固接，数字转盘3随着该驱动齿轮41的旋转而转动，数字转盘3上落入数字显示窗口位置的数字即为该档位累计用水量对应的数值。
四个高档位对应的数字转盘3间隔设置并处于与所述指示盘2相同的平面内，本发明将数字转盘3设置于表盘盘面上与所述指示盘2相对的另一半盘面内。
与每个高档位对应的数字转盘3连接的驱动齿轮41由小至大依次啮合构成数字显示机构的齿轮传动机构4(以下简称高档区齿轮传动组件)，该高档区齿轮传动组件安装在上夹板12与下夹板13之间。
与低档区齿轮传动组件相同，高档区齿轮传动组件中的每个驱动齿轮41也包括一个齿盘42和一个轴齿43，齿盘42和轴齿43上下或下上间隔设置，其中，所有齿盘42结构和大小相同，所有轴齿43结构和大小相同。相邻两个驱动齿轮41中，若前一个驱动齿轮41的齿盘42在上、轴齿43在下，则后一个驱动齿轮41的轴齿43在上、齿盘42在下(参见图5所示)。
相邻两个驱动齿轮41之间，较低档的驱动齿轮41的轴齿43与较高档的驱动齿轮41的齿盘42相啮合，其间的齿轮速动比为10：1。代表100立方米的数字转盘3对应的驱动齿轮41的齿盘42与代表10－1立方米的指针21对应的驱动齿轮41的轴齿43啮合。
3、上述指示式显示机构与数字显示机构的特点
1)指示盘2与数字转盘3均处于相同平面内并采用相同结构的齿轮传动组件，使得其结构简单、安装方便、使用零部件少且计数精准。
2)低档区齿轮传动组件与高档区齿轮传动组件之间采用速动比一致的驱动齿轮41直接啮合，彻底消除现有技术中需要通过一个蜗轮进行动力转换连接，由此，使该水表运行平稳、读数稳定、计数精准。
3)由于指针21式显示指示盘2与数字式显示的数字转盘3均处于相同平面内，这样，安装数字转盘3的高度空间可以降低(现有技术中数字式显示的数字轮均垂直于表盘盘面)，其可有效降低水表内壳1的材料用量。
4)用于数字式显示的数字转盘3采用成本低的片材即可，其上的各数字(即0－9数字)也可采用印制工艺制作，使得其材料成本和制作成本都低。
二、防水性优良且电子与机械计数误差很小的控制结构
为了满足智能化需求和建立水表物联网监控系统，本发明在上述水表的基础上进行了进一步的改进，即设置针对水表高档位累积用水量进行数据采集和远传的控制电路模块。
1、透明表头5
如图6－9所示，由非导磁且透明的塑料经一次性注塑而成，其由形状为圆形的透明壳51和设置于透明壳51周边且向上延伸的壳壁52组成，采用扣装方式安装在水表内壳1上，所述指示盘2和数字转盘3位于其下方，该透明表头5与水表内壳1之间采用密封圈组件9进行防水封装。
该结构下，将所有数字转盘3沿表盘的径向一字排列并设置于透明壳51的下方，对应每个数字转盘3在该透明壳51上设有显示其数值的数显窗口56。
在该透明壳51(也称凹形腔体)内设有与水表表盘平行方式安装的主控电路板7，在该主控电路板7的底面上固接多个与该主控电路板7电连接的角度传感器71(又称电磁感应式角位移传感器、角位移传感器或角位移片)，每个角度传感器71对应一个数字转盘3，即在对应的数字转盘3盘面的中心固接一个永久磁片72，角度传感器71依据该永久磁片72旋转角度通过磁耦合原理获取该数字转盘3的旋转位置，从而获知该数字转盘3位于数显窗口56下显示的数字。即，该主控电路板7可将采集到的各数字转盘3上累积用水量的实时数值采用有线、无线或联网方式传送给远方的水务管理中心。
该结构与现有技术不同的是，其不仅使主控电路板7因水平设置而节约空间，更主要的是其可节省掉现有技术中与角度传感器71配对的小块电路板。即由大小双板PCB板改进为单板PCB板，由此，也简化了电路板的焊接流程(即无大小PCB板后焊再组装问题)。
2、永久磁片72
永久磁片72为圆形，其上的N极和S极以该磁片的直径为界相对设置，因此，每个永久磁片72的磁力线被集中限制在该永久磁片72所在数字转盘3为直径且垂直于该数字转盘3的圆柱体空间内，该结构的好处是，相邻两个数字转盘3上的永久磁片72所产生的磁场不会相互干扰，省去了现有技术中在相邻两个永久磁片72之间设置的磁屏蔽片。
由于所述的低档区齿轮传动组件与高档区齿轮传动组件之间的速动比为线性关系，因此，本发明仅在一个数字转盘3上设置永久磁片72就可通过该数字转盘3显示的数值精准推算出其它几个数字转盘3显示的数值(由于指针21显示机构记录小于1立方米的累积用水量，可以忽略，无需采集其对应的数值)。这又可以大大减少零部件的使用量，在确保计数精准、运行平稳的前提下有效降低产品的制造成本。
由于低档区齿轮传动组件与高档区齿轮传动组件均采用全齿轮传动结构，各机械零件耦合间隙均匀，传动平缓，读数稳定，对于分辨率足够高的角度传感器71，可以实现双传感器乃至单传感器的直读方案，从而大大降低产品制造成本，同时，使电子计数与机械计数误差大大减小。
3、防水密封仓6
为了进一步提高对主控电路板7防水密封保护，在透明壳51内再设置一个防水密封仓6。
将透明壳51的壳底设为台阶式底，一半为平板底53，另一半为向下塌陷的凹坑底54，在所述平板底53的弦边沿径向间隔设有多个向平板底53的弧边凹入的缺口(以下将该缺口简称数显窗口56)，每个数显窗口56下对应显示一个数字转盘3上的一个数字，所有数字转盘3沿表盘的径向一字排列并设置于凹坑底54的下方。
在所述凹坑底54内再适配设置一个由非导磁材料制作的防水密封仓6(可以为透明的，也可为非透明具有色彩的)，将所述的主控电路板7安装在该防水密封仓6内，再将用于该主控电路板7的电源线或数据线通过引线孔64引出，采用防水材料将该防水密封仓6上所有缝隙或开口(包括引线孔64)封堵，从而，对该主控电路板7进行二次防水密封。
在未采用防水密封仓6时，由于置于透明壳51内的主控电路板7与大气相通，在透明壳51之下的水表内壳1内充满流水且此时大气中湿度较大时，透明壳51内会凝结些许水气，长期这样，会影响主控电路板7的正常工作以及其使用寿命。当增设防水密封仓6后，由于该防水密封仓6为全密封结构，其内的湿度为恒定，不论防水密封仓6外的温度或湿度如何，防水密封仓6内都不会凝结水气，从而，有效确保主控电路板7的正常工作和提高其使用寿命。
防水密封仓6由可分离的底壳61和上盖63采用快速拆装结构装配组成，在底壳61内设有卡装所述主控电路板7的卡位(图中未示出)。
4、对位结构
在所述凹坑底54内设有将防水密封仓6的底壳61卡嵌于该凹坑底54内的定位结构，定位结构为设置于凹坑底54内的内凹圆台55和设置于防水密封仓6底壳61底面上的内凹圆坑62。
内凹圆台55与透明表头5一体成型，其台面向上凸起，其台底为凹坑，对于数字转盘3上的永久磁片72而言，该凹坑为可使对应的永久磁片72嵌入其中的避空位。
内凹圆坑62与所述防水密封仓6的底壳61一体成形，其坑底为可使所述内凹圆台55适配嵌入其中的避空位。
该对位结构可使设置于主控电路板7底面上的角度传感器71与设置于数字转盘3上的永久磁片72精确对位。
5、磁屏蔽罩
为了防止水表外部环境中的磁场对所述角度传感器71的干扰，可在所述水表内壳1上设置一个屏蔽罩(图中未示出)。
该湿式直读水表的计数结构也可应用于燃气计数系统。
Claims (5)
1.一种湿式直读水表，包括水表内壳(1)、装配在水表内壳(1)内的上夹板(12)和下夹板(13)，其特征在于：在上夹板(12)与下夹板(13)之间安装有分别驱动多个以旋转方式显示数值且设置在指示盘(2)上的指针(21)和多个以数字形式显示数值的旋转式的数字转盘(3)的驱动齿轮(41)，这些驱动齿轮(41)依次啮合，所述指针(21)用以记录低档位累积用水量，所述数字转盘(3)用以记录高档位累积用水量，所述指示盘(2)与数字转盘(3)置于上夹板(12)之上且相互间隔设置，各指示盘(2)和数字转盘(3)处于同一平面内或者各指示盘(2)和数字转盘(3)所在平面相互平行，在所述水表内壳(1)上设有将所有指示盘(2)和数字转盘(3)防水密封在该水表内壳(1)内的透明表头(5)；
所述透明表头(5)由非导磁材料制成，其顶部为敞口，在透明表头(5)的凹形腔体内设有将采集到的各数字转盘(3)上的实时数值远程传送出去的主控电路板(7)；在至少一个数字转盘(3)盘面上的中心区域内固接有永久磁片(72)，在与该永久磁片(72)上下位置相对应的所述主控电路板(7)的底面上设有与该主控电路板(7)电连接且依据该永久磁片(72)旋转角度获取涉及显示数值的磁感应信号的角度传感器(71)；
每个永久磁片(72)产生的磁力线被集中限制在以其所在数字转盘(3)为直径且垂直于该数字转盘(3)的圆柱体空间内；
在所述凹形腔体内卡嵌有由非导磁材料制成的防水密封仓(6)，所述主控电路板(7)装配在该防水密封仓(6)内，在防水密封仓(6)的底部与凹形腔体之间设有将所述角度传感器(71)与对应的永久磁片(72)精确对位的定位结构；
所述定位结构为设置于凹形腔体内的内凹圆台(55)和设置于防水密封仓(6)底部的内凹圆坑(62)，其中，内凹圆台(55)与透明表头(5)一体成型，其台面向上凸起，其台底为可使对应的永久磁片(72)嵌入其中的避空位；所述内凹圆坑(62)与所述防水密封仓(6)一体成形，其坑底为使所述内凹圆台(55)嵌入其中的避空位；
驱动各指针(21)和数字转盘(3)的驱动齿轮(41)均由相同结构和尺寸的齿盘(42)与轴齿(43)构成，相邻两个驱动齿轮(41)之间，低档驱动齿轮(41)的轴齿(43)与高档驱动齿轮(41)的齿盘(42)相啮合，其间的齿轮速比为10：1。
2.根据权利要求1所述的湿式直读水表，其特征在于：所述数字转盘(3)为四个，分别记录个位、十位、百位和千位立方米累积用水量的数值，永久磁片(72)为两个，分别安装在记录个位和千位立方米累积用水量对应的数字转盘(3)上。
3.根据权利要求2所述的湿式直读水表，其特征在于：所述防水密封仓(6)由分离的底壳(61)和上盖(63)采用快速拆装结构装配组成，在底壳(61)内设有卡装所述主控电路板(7)的卡位。
4.根据权利要求3所述的湿式直读水表，其特征在于：在所述水表内壳(1)上罩有防止表外磁场干扰永久磁片(72)与对应的角度传感器(71)之间进行磁耦合的屏蔽罩。
5.根据权利要求1所述的湿式直读水表，其特征在于：所述指针(21)和数字转盘(3)各为四个，由低档至高档分别代表10-4、10-3、10-2、10-1、100、101、102和103立方米；代表10-4立方米的指针(21)的驱动齿轮(41)的齿盘(42)与上穿并置于下夹板(13)之上的叶轮(81)的轴齿(43)啮合。
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