CN113358171B - 一种具有灵敏水量计数的nb-iot智能水表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有灵敏水量计数的NB‑IOT智能水表，包括主流道、接口、旁通流道、表盘、流量组件，主流道两端分别设置接口作为水网端和用户端，主流道侧面设置旁通流道，主流道中间位置设置流量组件，旁通流道上也设置流量组件，表盘固定到主流道外表面，表盘分别连接两个流量组件。旁通流道在主流道侧面，为水体提供一个回流或扩流支路，当流量微小时，水网端往用户端的整机流量小于传统标准的始动流量时，通过流动结构的切换，让主流道上仍然通过较大的流量，然后，主流道上的流量的大部分又通过旁通流道折流返回到主流道进口，从而，两处的流量组件处于流量高灵敏区域，而非运行在极低流量下的低灵敏区域。

Description

一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表

技术领域

本发明涉及智能水表技术领域，具体为一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表。

背景技术

水表是一种使用广泛的流量检测装置，居民的生活用水、企业的工业用水都需要水表计量，而现有技术中，水表还大量使用传统的转轮式计量芯的水表，转轮结构在微小流量下不进行转动，即，管道中有流体流过却不能被水表计量，统计数据显示，每年应微小流量而未计入的用水所对应的水费巨大，还有就是一些场合管道上存在泄漏，如果水表能够针对微小流量进行计量并给出信号，在很多的工业场合是能够预防进一步损坏、损失的。

传统水表中，对于微小的、无法被计量的流量定义为始动流量，即，初始的刚刚能够驱动水表计量的流量，这一流量一般比运行在大流量下水表的最小阶跃变化值(灵敏度、分辨率)要大；此外，为了提升水表在小流量下的检测灵敏度，水表的流道可能设置地较小，较小的流道在大流量下对于水体流动造成较大阻力；小流量的高灵敏度和大流量的通过性能常常无法兼顾。

现有技术中，只是对于水表流量数据的读取、信号传输做了智能化改进，越来越多地配备无线传输模块

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表，包括主流道、接口、旁通流道、表盘、流量组件，主流道两端分别设置接口作为水网端和用户端，主流道侧面设置旁通流道，主流道中间位置设置流量组件，旁通流道上也设置流量组件，表盘固定到主流道外表面，表盘分别连接两个流量组件。旁通流道在主流道侧面，为水体提供一个回流或扩流支路，当流量微小时，水网端往用户端的整机流量小于传统标准的始动流量时，通过流动结构的切换，让主流道上仍然通过较大的流量，然后，主流道上的流量的大部分又通过旁通流道折流返回到主流道进口，从而，两处的流量组件处于流量高灵敏区域，而非运行在极低流量下的低灵敏区域，主流道上流量组件检测获得流量，旁通流道上流量组件检测获得流量，所获得的流量差值就是整机的微小流量，两个流量各自处于高灵敏范围，从而获得的水网端往用户端的整机流量分辨率很高，高于单个流量组件的始动流量的精度。

进一步的，流量组件为电磁式流量检测结构。电磁流量检测结构相比于转轮式的流量检测，其结构精度更高，可以用于检测更大范围的流量，而且线性度较好，结构误差较小，始动流量一般低于转轮式的流量检测结构，配合旁通流道使用，获得整机的更高精度的流量检测与灵敏度。

进一步的，流量组件包括线圈和检测电路，线圈有两个，分别为半圆柱片体，线圈面对面包裹在主流道或旁通流道的壁面上，线圈之间具有相面对的缝隙，检测电路包括电势差检测表和连接在电势差检测表两端的电极，两个电极分别设置到线圈之间的缝隙中。管道内部有液体流过时，由于外部磁场的作用，在两个电极处产生电势差，电势差大小与流速相关，结合管道过流面积，即可得到流量数据，而半圆柱片体状的线圈可以充分贴合管道壁面，在空间上形成较为均匀的垂直于管道轴线的磁感线区域，从而减轻磁感线畸变带来的检测误差。

进一步的，旁通流道包括第一折流段、平流段、第二折流段，智能水表还包括桨叶，第一折流段一端斜切连接主流道侧壁，第一折流段在主流道侧壁上的斜切方向朝向主流道中间位置，第一折流段的另一端与平流段平滑连接，平流段另一端与第二折流段平滑连接，第二折流段另一端斜切连接主流道侧壁，第二折流段在主流道侧壁上的斜切方向朝向主流道中间位置，桨叶设置在第一折流段上，桨叶运行时将第一折流段管内流体鼓向平流段，平流段上设置流量组件。第一折流段、平流段、第二折流段以及主流道构成一个近似的椭圆管形，从而旁通流道在进行流量折回时，不论是从主流道上获取流量还是注回流量的流动节点处，都是低阻力的状态，水表内流体不会自发从旁通流道折返，所以，需要一个微动力带动流体经由旁通流道折返，动力来自与桨叶，桨叶运行时鼓动流体让其经历折回，桨叶的只需要促使循环起来的流体流量超过两处流量组件的始动流量即可，桨叶不需要时刻运行，只有当水表运行在微流量下才运行，水表运行在较大的流量下时，流量组件自行检测实际流量，当水表无流量时，定时运行一下桨叶，搅动液体经由旁通流道循环，两处流量组件流量相等则说明水表流量为零，关停桨叶减少动力消耗，等待一段时间后再行启动，检测是否具有微流量，而当两个流量组件检测获得的流量不相等时，则说明水表具有微流量，此时，持续运行桨叶并连续记录微流量。

进一步的，旁通流道还包括第一扩流段和第二扩流段，主流道的两端带有变径管，主流道口径小于接口口径；第一扩流段一端相切连接变径管、一端相切连接平流段，第二扩流段一端相切连接变径管、一端相切连接平流段，第一扩流段位于水表的水网端侧，第二扩流段位于水表的用户端侧，第二折流段上设置第一阀芯，第二扩流段上设置第二阀芯。

第一阀芯和第二阀芯用于切换旁通流道的使用目的，当水表处于微流量下时，第二阀芯关闭，使用主流道-第一折流段-平流段-第二折流段-主流道的连接顺序进行流动循环，如果第二阀芯不设置，那么，容易存在主流道-第一折流段-第二扩流段-变径管-用户端的流动通路，反而为微流量提供了辅助增强，加剧了泄漏，所以，需要第二阀芯在微流量或无流量下切断第二扩流段；

当水表处于高流量下时，单独的主流道可能因为管径较小而存在较大的流动阻力，限制了管路流量，此时，水网端-第一扩流段-平流段-第二扩流段-用户端作为与主流道相平行的流路，扩大水表的流道面积，降低对于管路流量的限制作用，第一扩流段-平流段-第二扩流段均为平滑的过渡结构，流动阻力也较小，由于旁通流道的存在，从而可以适当的减小主流道的截面积，这样，主流道和平流段在截面积较小时，各自对于小流量具有较好的灵敏度，又不会牺牲掉整机水表的过流能力。

进一步的，第二阀芯与用户端接口的前方主阀门进行联锁，当前方主阀门关闭时，先行关闭第二阀芯。一般而言，水表的用户端前方，都会带有阀门结构，例如水龙头等部件都属于前级阀门，将第二阀芯与前级的一个电控阀门进行联锁控制，当前级主阀门关闭时，先行关闭第二阀芯可以减轻水锤效应，水体大量流过水表往用户端取用时，第二扩流段作为顺畅导通结构，而当前级主阀门关闭时，先行关闭的第二阀芯切断第二扩流段，平流段内的水体只能从第一折流段斜插进入主流道内，汇合之后再行经历变径管向前流动，两路水体相对冲，消耗了水体的前进动力，而水锤效应就是由于前级主阀门关闭后，水网端至主阀门之间的管路中的水体具有前进惯性，依然向前流动挤压前方水体，引起主阀门处水压升高，升高的压力向水网端方向传递，传递过程经过水表，对于流量组件具有损伤性，而第一折流段内的水体与主流道内的水体相对冲，消耗由于惯性引起的前进动力，从而降低水锤效应的最高压力，第一折流段至前方主阀门的距离就是能够发生作用的长度，只要有水流还想通过第一折流段处向前运动挤压前方水体促使水锤发生，那么，第一折流段就能够持续消耗水体前进能量。

进一步的，智能水表还包括处理器，处理器分别信号连接两个流量组件、桨叶、第一阀芯、第二阀芯，处理器带有无线远传模块。处理器综合处理流量检测信息以及调配旁通流道的运行状态，运算是否切换微流量检测状态和高流量旁通扩流状态，还有就是控制桨叶的定时启动，持续记录微流量等等需要数据处理的过程，数据远传给到外界。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过旁通流道的设置，为流体在水表内提供流动通道的多种选择，在水表整机运行在微小流量下时，旁通流道折返大部分主流道内的流体，让主流道和平流段都具有较大的内部流量，较大的流量让两处流量组件运行在高灵敏度区域上，通过差值计算或者水表整机流量，大大消除了始动流量的限制；电磁式的流量组件相对于转轮式的流量计具有更高的灵敏度、检测线性度、更小的结构误差；旁通通道在水表处于大流量下时，提高辅助过流面积，从而允许主流道的过流面积减小，提升在小流量下的检测精度，又不会牺牲大流量的水表通过性能；第二阀芯条件性地封堵第二扩流段，让旁通流道内通过的流体只能在第一折流段处汇入主流道并前往用户端，消耗水锤效应时水体的惯性前进动力，减轻水锤效应。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的基础外形示意图；

图2是本发明流道剖切简化示意图；

图3是本发明水表运行在微流量下的运动示意图；

图4是本发明流量组件的结构示意图；

图5是本发明旁通流道的优化结构示意图；

图6是本发明在水网管路上削减水锤效应的原理示意图；

图中：1-主流道、2-接口、3-旁通流道、31-第一折流段、32-平流段、33-第二折流段、34-第一扩流段、35-第二扩流段、4-表盘、5-处理器、6-流量组件、61-线圈、62-检测电路、7-桨叶、8-变径管、91-第一阀芯、92-第二阀芯。

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。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。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：

一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表，包括主流道1、接口2、旁通流道3、表盘4、流量组件6，主流道1两端分别设置接口2作为水网端和用户端，主流道1侧面设置旁通流道3，主流道1中间位置设置流量组件6，旁通流道3上也设置流量组件6，表盘4固定到主流道1外表面，表盘4分别连接两个流量组件6。如图1～3所示，旁通流道3在主流道1侧面，为水体提供一个回流或扩流支路，当流量微小时，水网端往用户端的整机流量小于传统标准的始动流量时，通过流动结构的切换，让主流道1上仍然通过较大的流量，然后，主流道1上的流量的大部分又通过旁通流道3折流返回到主流道1进口，从而，两处的流量组件6处于流量高灵敏区域，而非运行在极低流量下的低灵敏区域，主流道1上流量组件6检测获得流量Q1，旁通流道3上流量组件6检测获得流量Q2，Q1-Q2所获得的流量差值就是整机的微小流量，Q1、Q2各自处于高灵敏区域，从而获得的水网端往用户端的整机流量分辨率很高，高于单个流量组件6的始动流量的精度。

流量组件6为电磁式流量检测结构。电磁流量检测结构相比于转轮式的流量检测，其结构精度更高，可以用于检测更大范围的流量，而且线性度较好，结构误差较小，始动流量一般低于转轮式的流量检测结构，配合旁通流道3使用，获得整机的更高精度的流量检测与灵敏度。

流量组件6包括线圈61和检测电路62，线圈61有两个，分别为半圆柱片体，线圈61面对面包裹在主流道1或旁通流道3的壁面上，线圈61之间具有相面对的缝隙，检测电路62包括电势差检测表和连接在电势差检测表两端的电极，两个电极分别设置到线圈61之间的缝隙中。如图4所示，管道内部有液体流过时，由于外部磁场的作用，在两个电极处产生电势差，电势差大小与流速相关，结合管道过流面积，即可得到流量数据，而半圆柱片体状的线圈61可以充分贴合管道壁面，在空间上形成较为均匀的垂直于管道轴线的磁感线区域，从而减轻磁感线畸变带来的检测误差。

旁通流道3包括第一折流段31、平流段32、第二折流段33，NB-IOT智能水表还包括桨叶7，第一折流段31一端斜切连接主流道1侧壁，第一折流段31在主流道1侧壁上的斜切方向朝向主流道1中间位置，第一折流段31的另一端与平流段32平滑连接，平流段32另一端与第二折流段33平滑连接，第二折流段33另一端斜切连接主流道1侧壁，第二折流段33在主流道1侧壁上的斜切方向朝向主流道1中间位置，桨叶7设置在第一折流段31上，桨叶7运行时将第一折流段31管内流体鼓向平流段32，平流段32上设置流量组件6。如图5所示，第一折流段31、平流段32、第二折流段33以及主流道1构成一个近似的椭圆管形，从而旁通流道3在进行流量折回时，不论是从主流道1上获取流量还是注回流量的流动节点处，都是低阻力的状态，水表内流体不会自发从旁通流道3折返，所以，需要一个微动力带动流体经由旁通流道3折返，动力来自与桨叶7，桨叶7运行时鼓动流体让其经历折回，桨叶7的只需要促使循环起来的流体流量超过两处流量组件6的始动流量即可，桨叶7不需要时刻运行，只有当水表运行在微流量下才运行，水表运行在较大的流量下时，流量组件6自行检测实际流量，当水表无流量时，定时运行一下桨叶7，搅动液体经由旁通流道3循环，两处流量组件3流量相等则说明水表流量为零，关停桨叶7减少动力消耗，等待一段时间后再行启动，检测是否具有微流量，而当两个流量组件6检测获得的流量不相等时，则说明水表具有微流量，此时，持续运行桨叶7并连续记录微流量。

旁通流道3还包括第一扩流段34和第二扩流段35，主流道1的两端带有变径管8，主流道1口径小于接口2口径；第一扩流段34一端相切连接变径管8、一端相切连接平流段32，第二扩流段35一端相切连接变径管8、一端相切连接平流段32，第一扩流段34位于水表的水网端侧，第二扩流段35位于水表的用户端侧，第二折流段33上设置第一阀芯91，第二扩流段35上设置第二阀芯92。

如图4所示，第一阀芯91和第二阀芯92用于切换旁通流道3的使用目的，当水表处于微流量下时，第二阀芯92关闭，使用主流道1-第一折流段31-平流段32-第二折流段33-主流道1的连接顺序进行流动循环，如果第二阀芯92不设置，那么，容易存在主流道1-第一折流段31-第二扩流段35-变径管8-用户端的流动通路，反而为微流量提供了辅助增强，加剧了泄漏，所以，需要第二阀芯92在微流量或无流量下切断第二扩流段35；

当水表处于高流量下时，单独的主流道1可能因为管径较小而存在较大的流动阻力，限制了管路流量，此时，水网端-第一扩流段34-平流段32-第二扩流段35-用户端作为与主流道1相平行的流路，扩大水表的流道面积，降低对于管路流量的限制作用，第一扩流段34-平流段32-第二扩流段35均为平滑的过渡结构，流动阻力也较小，由于旁通流道3的存在，从而可以适当的减小主流道1的截面积，这样，主流道1和平流段32在截面积较小时，各自对于小流量具有较好的灵敏度，又不会牺牲掉整机水表的过流能力，旁通流道3在承担扩流作用时，水表整机流量为两处的流量组件检测值相加，电磁式的流量组件6可以通过电动势方向获知平流段32内的流动方向。

第二阀芯92与用户端接口2的前方主阀门进行联锁，当前方主阀门关闭时，先行关闭第二阀芯92。如图6所示，一般而言，水表的用户端前方，都会带有阀门结构，例如水龙头等部件都属于前级阀门，将第二阀芯92与前级的一个电控阀门进行联锁控制，当前级主阀门关闭时，先行关闭第二阀芯92可以减轻水锤效应，如图6所示，水体大量流过水表往用户端取用时，第二扩流段35作为顺畅导通结构，而当前级主阀门关闭时，先行关闭的第二阀芯92切断第二扩流段35，平流段32内的水体只能从第一折流段31斜插进入主流道1内，汇合之后再行经历变径管8向前流动，两路水体相对冲，消耗了水体的前进动力，而水锤效应就是由于前级主阀门关闭后，水网端至主阀门之间的管路中的水体具有前进惯性，依然向前流动挤压前方水体，引起主阀门处水压升高，升高的压力向水网端方向传递，传递过程经过水表，对于流量组件6具有损伤性，而第一折流段31内的水体与主流道1内的水体相对冲，消耗由于惯性引起的前进动力，从而降低水锤效应的最高压力，第一折流段31至前方主阀门的距离L就是能够发生作用的长度，只要有水流还想通过第一折流段31处向前运动挤压前方水体促使水锤发生，那么，第一折流段31就能够持续消耗水体前进能量。

智能水表还包括处理器5，处理器5分别信号连接两个流量组件6、桨叶7、第一阀芯91、第二阀芯92。处理器5综合处理流量检测信息以及调配旁通流道3的运行状态，运算是否切换微流量检测状态和高流量旁通扩流状态，还有就是控制桨叶7的定时启动，持续记录微流量等等需要数据处理的过程，数据远传给到外界。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表，其特征在于：所述智能水表包括主流道(1)、接口(2)、旁通流道(3)、表盘(4)、流量组件(6)，所述主流道(1)两端分别设置接口(2)作为水网端和用户端，所述主流道(1)侧面设置旁通流道(3)，所述主流道(1)中间位置设置流量组件(6)，所述旁通流道(3)上也设置流量组件(6)，所述表盘(4)固定到主流道(1)外表面，表盘(4)分别连接两个流量组件(6)；

所述流量组件(6)为电磁式流量检测结构；

所述流量组件(6)包括线圈(61)和检测电路(62)，所述线圈(61)有两个，分别为半圆柱片体，线圈(61)面对面包裹在主流道(1)或旁通流道(3)的壁面上，线圈(61)之间具有相面对的缝隙，所述检测电路(62)包括电势差检测表和连接在电势差检测表两端的电极，两个电极分别设置到线圈(61)之间的缝隙中；

所述旁通流道(3)包括第一折流段(31)、平流段(32)、第二折流段(33)，所述智能水表还包括桨叶(7)，所述第一折流段(31)一端斜切连接主流道(1)侧壁，第一折流段(31)在主流道(1)侧壁上的斜切方向朝向主流道(1)中间位置，第一折流段(31)的另一端与平流段(32)平滑连接，所述平流段(32)另一端与第二折流段(33)平滑连接，所述第二折流段(33)另一端斜切连接主流道(1)侧壁，第二折流段(33)在主流道(1)侧壁上的斜切方向朝向主流道(1)中间位置，所述桨叶(7)设置在第一折流段(31)上，桨叶(7)运行时将第一折流段(31)管内流体鼓向平流段(32)，所述平流段(32)上设置流量组件(6)；

所述旁通流道(3)还包括第一扩流段(34)和第二扩流段(35)，所述主流道(1)的两端带有变径管(8)，主流道(1)口径小于接口(2)口径；所述第一扩流段(34)一端相切连接变径管(8)、一端相切连接平流段(32)，所述第二扩流段(35)一端相切连接变径管(8)、一端相切连接平流段(32)，所述第一扩流段(34)位于水表的水网端侧，所述第二扩流段(35)位于水表的用户端侧，所述第二折流段(33)上设置第一阀芯(91)，所述第二扩流段(35)上设置第二阀芯(92)。

2.根据权利要求1所述的一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表，其特征在于：所述第二阀芯(92)与用户端接口(2)的前方主阀门进行联锁，当前方主阀门关闭时，先行关闭第二阀芯(92)。

3.根据权利要求2所述的一种具有灵敏水量计数的NB-IOT智能水表，其特征在于：所述智能水表还包括处理器(5)，所述处理器(5)分别信号连接两个流量组件(6)、桨叶(7)、第一阀芯(91)、第二阀芯(92)。

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