CN206038067U - 一种智能超声波水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能超声波水表，包括一具有进水管和出水管的壳体，所述进水管具有进水口，所述出水管具有出水口，在壳体的进水口和出水口之间还设有第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器，所述水表还包括一水力发电装置，所述水力发电装置设置在壳体的进水管和出水管之间，所述出水管所在的水平高度高于所述进水管所在的水平高度，其中，所述水力发电装置包括一具有多个叶片的叶轮，所述叶轮水平放置于所述水力发电装置内部，所述叶片的旋转方向与水流方向在同一水平面上，所述叶片在水流冲击时作旋转带动所述水力发电装置发电。本实用新型解决了远程智能控制水表发电功率不够大的技术难题。

Description

一种智能超声波水表

技术领域

本实用新型涉及水表领域，具体涉及一种智能超声波水表。

背景技术

智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是很大的进步。智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量进行控制，并且自动完成阶梯水价的水费计算，同时可以进行用水数据存储的功能。智能水表在家用生活中应用也越来越广泛。

而远程控制水表或者智能水表需要供电才能运行，为了避免外接电源受电网和人为因素干扰，供电通常采用电池或220V、380V市电供电。但是，电池耗尽后，需要逐户更换，工程量很大，而且更换麻烦；采用市电供电只适合有市电供电的场合，而且得确保得有稳定的电源电压，也限制了远程智能控制水表的应用范围。

目前市面上也出现了一种自发电的智能水表，这种水表是通过在水表或者水管内设置一个水力发电装置，该水力发电装置具有叶轮，水流动带动叶轮转动促使水力发电装置发电并供水表工作，但是，目前的水力发电装置通常都是d的设置位置，都没得到市场认可及普遍使用，相对远程控制阀门开、关的智能水表来说，由于启动阀门打开以及控制阀门关闭需要的瞬间电流较大，通常需要一两百毫安，但是现有的水力发电装置通常无法达到该标准，无法满足供电的需求。此外，现有的水力发电装置的叶轮相对水流方向为垂直设置，比如，当水流水平方向流过时，叶轮在上下方向顺时针或逆时针转动，这样导致整个水力发电装置需要的管径较大，占用空间较大不符合国标水表外观尺寸，也不美观。

超声波水表是采用超声波时差原理，进行流量测量，其具有寿命长、精度高、零压损、无转动部件、长期运行稳定、可靠性高等特点，广泛应用于城市给排水、石油、化工、制药、冶金和电力等行业的用水计量，但是限于水表本身的结构，很少有自带水力发电的超声波水表出现，而且超声波计量要求电力供应较稳定。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种智能超声波水表，其能够有效解决现有的远程智能控制水表在应用超声波测量用水量时发电功率不够大的技术难题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种智能超声波水表，包括一具有进水管和出水管的壳体，所述进水管具有进水口，所述出水管具有出水口，在壳体的进水口和出水口之间还设有第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器，壳体内还设有时间测量模块，分别连接与所述第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器，以及连接该时间测量模块的单片机，其中，所述水表还包括一水力发电装置，所述水力发电装置设置在壳体的进水管和出水管之间，所述出水管所在的水平高度高于所述进水管所在的水平高度，其中，所述水力发电装置包括一具有多个叶片的叶轮，所述叶轮水平放置于所述水力发电装置内部，所述叶片的旋转方向与水流方向在同一水平面上，所述叶片在水流冲击时作旋转带动所述水力发电装置发电。

进一步地，还包括一安装支架，所述水力发电装置通过该安装支架安装在壳体内表面，所述水力发电装置还包括有调压稳压器和电力储能单元，所述水力装置产生的电能经所述调压稳压器电压转换后给所述电力储能单元供电，其中，所述电力储能单元为蓄电池、锂电池或储能电容器。

进一步地，所述第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器均设置于靠近壳体进水口的进水管上，或者均设置于靠近壳体出水口的出水管上，其中，所述第一计量型超声波换能器下方安装有第一超声波反射片，所述第二计量型超声波换能器下方安装有第二超声波反射片。

进一步地，所述水力发电装置由外壳、定子线圈和转子构成，所述定子线圈和转子均设置在外壳内，定子线圈与外壳固定，转子通过转轴、轴承与外壳连接，转子设置在定子线圈内，叶轮位于所述转轴上。

进一步地，所述第一超声波反射片和/或第二超声波反射片的背面还安装有一微型振子，该微型振子连接有超声波发生器，所述超声波发生器产生超声波频率的电流以驱动该振子发生机械振动。

进一步地，所述第一超声波反射片和第二超声波反射片为塑胶片、或铝片、或铝合金片或不锈钢片。

进一步地，在所述水力发电装置与出水管道的夹角处还设有一可容置温度传感器和/或压力传感器的容置腔；在壳体出水管上还安装有阀门。

进一步地，所述超声波水表还包括一阀门执行器、连接该执行器的单片机，以及连接该单片机的RF收发模块，所述RF收发模块接收远程控制指令给所述单片机，由所述单片机通过阀门执行器控制阀门的开启或关闭。

进一步地，在所述壳体的中部设有一中空的圆筒状腔体，所述水力发电装置置于该圆筒状腔体中，该腔体还具有一密封盖，以密封该水力发电装置。

进一步地，所述水表为冷水表或热水表。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的智能超声波水表发电量大，其发电量每分钟能达到200～450毫安，其完全能够满足远程智能控制对水表阀门的开启或关闭的电流需求，而且用较小的水流压力便能带动水力发电装置发电，其在正常工作时，性能也稳定，也更节能；相比原有的用水力发电的水表，本实用新型的结构更小巧更美观。此外，本实用新型还通过设置微型振子和超声波发生器能够对反射片表面，以及超声波水表内的其它部件进行清洗，祛除污垢杂质，使得反射片工作更稳定，测量精度更高。

附图说明

图1为本发明实施例所述的智能超声波水表的立体结构图；

图2为本发明实施例所述的智能超声波水表的剖面示意图；

图3为本发明实施例所述的智能超声波水表的工作原理图。

具体实施方式

参照图1至图3所示，本实用新型实施例所公开的一种智能超声波水表，包括一具有进水管8和出水管9的壳体1，所述进水管具有进水口，所述出水管具有出水口，在壳体1的进水口和出水口之间还设有第一计量型超声波换能器2和第二计量型超声波换能器3，所述第一计量型超声波换能器2和第二计量型超声波换能器3均设置于靠近壳体进水口的进水管8上，或者二者还可以均设置于靠近壳体出水口的出水管9上。所述壳体1内还设有时间测量模块(图中未示出)，分别连接与所述第一计量型超声波换能器2和第二计量型超声波换能器3，以及连接该时间测量模块的单片机(图中未示出)，所述第一计量型超声波换能器2下方安装有第一超声波反射片，所述第二计量型超声波换能器3下方安装有第二超声波反射片。本实用新型是利用超声时差法为原理，测量管道内液体流量，流体的流速与超声波顺溜和逆流传播的时间差成正比。当超声波在液体中传播时，第一超声波反射片发射的超声波脉冲被第二超声波反射片所接收，同时，第二超声波反射片也发射超声脉冲，被第一超声波反射片接收，则顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减少，同一传播距离就有不同的传播时间，时间测量模块计算出超声波顺流和逆流的时间间隔，单片机利用传播时间之差与被测流速的关系求取流速，进而得出流量。水表利用超声波测量，具有寿命长，精度高，运行稳定的优点。需要说明的是，本发明的所述水表为可以为冷水表或热水表，其既适用于测量热水流量和热水发电也适用于测量冷水流量和冷水发电。

其中，所述第一超声波反射片的外侧面为弧形面，有利于稳定水流，所述第一超声波反射片和第二超声波反射片可以为塑胶片、或铝片、或铝合金片或不锈钢片等。所述第一计量型超声波换能器2和第二计量型超声波换能器3之间具有一螺丝眼，调外壳用。

作为本实用新型的一个改进方式，所述第一超声波反射片和/或第二超声波反射片的背面还安装有一微型振子，该微型振子连接超声波发生器，超声波发生器连接单片机，所述超声波发生器产生超声波频率的电流以驱动该振子发生振动，继而带动所述第一超声波反射片和/或第二超声波反射片发生机械振动，并产生大量气泡。通过超声清洗，能够使得超声波反射片上的污渍祛除，使得超声波反射片表面更干净，反射效率高，更精确，超声波清洗还能够带动该水表内的其它装置，比如叶轮片的表面的清洗。微型振子可采用锌合金、钛合金或者不锈钢片等材质制成。

超声波计量对水表的供电功率和供电稳定性具有较高的要求。再请参照图1、图2所示，作为本实用新型的一个改进方式，所述水表还包括一水力发电装置4，水力发电装置4整体置于一个中空的圆筒状腔体内，且被密封盖密封合紧，所述水力发电装置4设置在壳体的进水管8和出水管9之间，所述出水管9的水平高度高于所述进水管8所在的水平高度，更具体来说，在本实施例中，所述出水管9的管底部在进水管8的底部和进水管8的顶部两个高度之间，这样能够保证从进水口进入的水灌满整个水管，使得计量型超声波换能器能够有效工作，其中，所述水力发电装置包括一具有多个叶片的叶轮，叶轮为圆形，所述壳体中央设置为圆柱体以容纳所述水力发电装置，所述叶轮水平放置于所述水力发电装置内部并置于该中空腔体内部，所述叶片的旋转方向与水流方向在同一水平面上，比如，当水流从左向右流动时，所述叶片平行于该流动方向，顺时针旋转或逆时针旋转，类似吊扇设计，所述叶片在水流冲击时作旋转带动所述水力发电装置发电。

具体来说，所述水表还包括一安装支架，所述水力发电装置4通过该安装支架安装在壳体内表面，所述水力发电装置4还包括有调压稳压器和电力储能器，所述水力装置产生的电能经所述调压稳压器电压转换后给所述电力储能器，比如充电锂电池、蓄电池或储能电容器充电。本实用新型的智能超声波水表发电量大，比如水流从左向右在经过时冲击叶片旋转，而叶片的旋转方向和原始的在上下方向所在平面旋转不同，改为和水流方向一致的水平方向所在平面旋转，，类似掉叶扇的设计这样的设置使得叶片旋转的旋转更均匀，效率高，转速更快，用较小的水流冲击力变能够带动叶轮旋转，经测试，其发电量能每分钟达到200～450毫安，其完全能够满足远程智能控制对水表阀门的开启或关闭的电流需求，性能稳定，也更节能。此外，为了防止水力发电装置4出现故障，还可以设置备用锂电池，其连接单片机，所述备用锂电池在水力发电装置4出现故障时启用。

作为本实用新型的一个可选的实施方式，所述水力发电装置4由外壳、定子线圈和转子构成，所述定子线圈和转子均设置在外壳内，定子线圈与外壳固定，转子通过转轴、轴承与外壳连接，转子设置在定子线圈内，叶轮位于所述转轴上。叶轮带动转轴在定子线圈内旋转，定子线圈产生电流，电流输出到稳压调压电流，向智能水表的蓄电池或者储能电容器充电。当然，本领域技术人员应当立即的是，水力发电装置的结构不限于由上述所描述的部件组成，原则上能够应用微型水力发电原理的装置均可以适用于本结构。

此外，本实用新型在所述水力发电装置与出水管道的夹角处还设有可容置温度传感器和/或压力传感器的容置腔6，以测试流水的温度或者气体的压力等等，当然，所述容置腔6内还可以设置其他传感部件；在壳体出水管上还安装有阀门5，阀门的开启和关闭主要是通过远程控制，当然也可以通过人工来操作控制。

为了实现远程控制阀门的开关，所述超声波水表还包括一阀门执行器、连接该执行器的单片机，以及连接该单片机的RF收发模块，所述RF收发模块接收远程控制指令给所述单片机，由所述单片机通过阀门执行器控制阀门的开启或关闭，阀门的自动开启或者关闭需要耗电，本实用新型中的水力发电装置产生的电能给储能器，由储能器给单片机和RF收发模块等相关功能性模块供电。

本实用新型的基本工作原理如下：

后台发出阀门开启的指令，单片机控制阀门打开，水流通过，带动叶轮旋转，产生电流，电能储存到蓄电池中，蓄电池给该超声波水表内的各个模块供电，在水流流动过程中，通过第一计量型超声波换能器2和第二计量型超声波换能器3的作用，计算出所用的水流量，当不使用时，后台发出阀门关闭的指令，单片机控制阀门关闭，而超声波水表内各个模块的工作均通过水力发电装置进行供电，节能环保，该水力发电装置的叶轮旋转面和水流的流向为同一水平面，产生的电流大，电能转换率高。

需要说明的是，本发明的方案不仅可用于智能水表的超声测量和水力发电，也可用于气表、油表领域，比如气表内的气体在流通过程中也带动叶轮工作对气表内的发电装置充电，油表内的油在流动过程中也带动发电装置发电。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种智能超声波水表，包括一具有进水管和出水管的壳体，所述进水管具有进水口，所述出水管具有出水口，在壳体的进水口和出水口之间还设有第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器，壳体内还设有时间测量模块，分别连接与所述第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器，以及连接该时间测量模块的单片机，其特征在于，所述水表还包括一水力发电装置，所述水力发电装置设置在壳体的进水管和出水管之间，所述出水管所在的水平高度高于所述进水管所在的水平高度，其中，所述水力发电装置包括一具有多个叶片的叶轮，所述叶轮水平放置于所述水力发电装置内部，所述叶片的旋转方向与水流方向在同一水平面上，所述叶片在水流冲击时作旋转带动所述水力发电装置发电。

2.如权利要求1所述的智能超声波水表，其特征在于，还包括一安装支架，所述水力发电装置通过该安装支架安装在壳体内表面，所述水力发电装置还包括有调压稳压器和电力储能单元，所述水力装置产生的电能经所述调压稳压器电压转换后给所述电力储能单元供电，其中，所述电力储能单元为蓄电池、锂电池或储能电容器。

3.如权利要求1所述的智能超声波水表，其特征在于，所述第一计量型超声波换能器和第二计量型超声波换能器均设置于靠近壳体进水口的进水管上，或者均设置于靠近壳体出水口的出水管上，其中，所述第一计量型超声波换能器下方安装有第一超声波反射片，所述第二计量型超声波换能器下方安装有第二超声波反射片。

4.如权利要求1所述的智能超声波水表，其特征在于，所述水力发电装置由外壳、定子线圈和转子构成，所述定子线圈和转子均设置在外壳内，定子线圈与外壳固定，转子通过转轴、轴承与外壳连接，转子设置在定子线圈内，叶轮位于所述转轴上。

5.如权利要求3所述的智能超声波水表，其特征在于，所述第一超声波反射片和/或第二超声波反射片的背面还安装有一微型振子，该微型振子连接有超声波发生器，所述超声波发生器产生超声波频率的电流以驱动该振子发生机械振动。

6.如权利要求3或5所述的智能超声波水表，其特征在于，所述第一超声波反射片和第二超声波反射片为塑胶片、或铝片、或铝合金片或不锈钢片。

7.如权利要求1所述的智能超声波水表，其特征在于，在所述水力发电装置与出水管道的夹角处还设有一可容置温度传感器和/或压力传感器的容置腔；在壳体出水管上还安装有阀门。

8.如权利要求7所述的智能超声波水表，其特征在于，所述超声波水表还包括一阀门执行器、连接该执行器的单片机，以及连接该单片机的RF收发模块，所述RF收发模块接收远程控制指令给所述单片机，由所述单片机通过阀门执行器控制阀门的开启或关闭。

9.如权利要求1所述的智能超声波水表，其特征在于，所述水表为冷水表或热水表。

10.如权利要求1所述的智能超声波水表，其特征在于，在所述壳体的中部设有一中空的圆筒状腔体，所述水力发电装置置于该圆筒状腔体中，该腔体还具有一密封盖。