一種水表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水表，包括殼體、葉輪、葉輪轉(zhuǎn)軸、磁鐵、傳感器a、傳感器b、MCU芯片、顯示屏和存儲器，其中：所述磁鐵固定安裝在所述葉輪轉(zhuǎn)軸的頂端；所述傳感器a和傳感器b安裝在所述葉輪轉(zhuǎn)軸正上方的殼體上，且分布在所述磁鐵的轉(zhuǎn)動軌跡內(nèi)；所述傳感器a、傳感器b與葉輪轉(zhuǎn)軸的軸點之間呈θ角度；所述MCU芯片分別連接所述傳感器a、傳感器b、顯示屏和存儲器；所述MCU芯片測量傳感器a、b信號之間的時間間隔Tab以及傳感器b、a信號之間的時間間隔Tba，求得某段時間內(nèi)的水流量。本發(fā)明通過將傳感器呈特殊角度放置，并利用傳感器反饋時間長度和管道水流速的線性關(guān)系，實現(xiàn)高精度的水量計量。
【專利說明】一種水表
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水表。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城鎮(zhèn)居民生活水平的日益提高，遠(yuǎn)程通信和電子化結(jié)算技術(shù)已經(jīng)普遍地融入了人們的生活。但作為居民生活根本保障的自來水的計量，大多數(shù)還依賴于傳統(tǒng)的機械計量和手工結(jié)算。后經(jīng)對原有水表的改裝，雖然完成了電子化的轉(zhuǎn)換，但是由于并未突破原有的水表結(jié)構(gòu)，并且單純依靠脈沖累積計數(shù)，很難保證長期的計量準(zhǔn)確性。圖1給出的是目前常見的干簧管式傳感器設(shè)計的水表。在圖中可以看到，傳統(tǒng)水表的機械齒輪傳動結(jié)構(gòu)并未改變，一般磁鐵和傳感器可以選擇加裝在“X1”、“X0.1”、X0.01”等位置，即磁針通過傳感器時，則傳感器發(fā)出信號。以圖1中裝在“X0.1”的位置為例，傳感器“a’ 一b’” 一組信號則可以得出水量0.1m30這種形式的水表就是本質(zhì)還是靠著齒輪的不同配比來進(jìn)行計量的?；谶@樣的設(shè)計的水表，存在如下問題:
[0003](I)由于采集位的限制，水表的電子精度不可能做到非常精確，計數(shù)單位只能為所在采集位的刻度為最小計量單位。
[0004](2)由于電子計量的總水量是通過對信號數(shù)量的累積得來的，即I組“a’ 一 b’ ”信號為0.1m3,那么累積水量就是m組“a’ 一 b’ ”信號的乘積，通過實驗發(fā)現(xiàn)，0.0lm3的水，可能是50組信號組成，但是實際測量Im3的水卻是由4890組信號組成，這是由于水表的腔體結(jié)構(gòu)誤差、流速誤差、機械精度誤差等多方面造成的。在實際的設(shè)計時，如果采用乘法累積計數(shù)的話，勢必造成巨大的誤差累積，因此，在圖1的水表結(jié)構(gòu)中，采用累積信號個數(shù)的做乘積的方式是不科學(xué)的。
[0005](3)由于電子部分計數(shù)的對寄存器的讀取，而這種水表的計量又必須依賴于原有的機械結(jié)構(gòu)。而在正常的使用中，又僅使用電子計數(shù)結(jié)算，長時間使用過程中由于機械數(shù)和電子數(shù)的不一致，極易造成結(jié)算方和使用方的矛盾。
[0006]因此，本 申請人:致力于解決這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷而提供一種全電子式的水表，通過將傳感器呈特殊角度放置，并利用傳感器反饋時間長度和管道水流速的線性關(guān)系，實現(xiàn)高精度的水
量計量。
[0008]實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0009]一種水表，包括殼體、葉輪和葉輪轉(zhuǎn)軸，所述水表還包括磁鐵、傳感器a、傳感器b、MCU (微處理器)芯片、顯示屏和存儲器，其中:
[0010]所述磁鐵固定安裝在所述葉輪轉(zhuǎn)軸的頂端；
[0011]所述傳感器a和傳感器b安裝在所述葉輪轉(zhuǎn)軸正上方的殼體上，且分布在所述磁鐵的轉(zhuǎn)動軌跡內(nèi)；[0012]所述傳感器a、傳感器b與葉輪轉(zhuǎn)軸的軸點之間呈Θ角度；
[0013]所述MCU芯片分別連接所述傳感器a、傳感器b、顯示屏和存儲器；
[0014]所述MCU芯片接收所述傳感器a和傳感器b發(fā)出的信號，測量傳感器a、b信號之間的時間間隔Tab以及傳感器b、a信號之間的時間間隔Tba,并根據(jù)時間間隔Tab、Tba求得某段時間內(nèi)的水流量，并將結(jié)果傳給所述顯示屏進(jìn)行顯示和所述存儲器進(jìn)行存儲。
[0015]在上述的水表中，所述MCU芯片根據(jù)時間間隔Tab、Tba以及函數(shù)f (Tab) =Kab ?V和f (Tba) =Kba.V，測出任意時刻的水流速Vab=f (Tab) /Kab和Vba=f (Tba) /Kba，然后對Vab和Vba進(jìn)行均值計算，求得平均流速，最后通過Q=V.A，求得某段時間內(nèi)的水流量；其中，
[0016]函數(shù)f (Tab) =Kab.V和f (Tba) =Kba.V為通過反復(fù)測試水表的幾個測量點得到；V表示流速；Kab和Kba通過多點的測量和校對轉(zhuǎn)化成的已知數(shù)；
[0017]Q為水流量；A為管道的過流面積。
[0018]在上述的水表中，所述磁鐵轉(zhuǎn)過所述傳感器a或傳感器b的正下方時，傳感器a或傳感器b發(fā)出信號。
[0019]在上述的水表中，Θ為90度。
[0020]在上述的水表中，當(dāng)Tab (η) =【θ/(360_θ )】Tba(n)，所述MCU芯片直接采用寬泛的采樣時間，來確定水流量和Tab、Tba時間的關(guān)系，來測出平均流速，求得水量，其中，Tab(η)表不磁鐵轉(zhuǎn)動第η圈時傳感器a、b信號之間的時間間隔；Tba (η)表不磁鐵轉(zhuǎn)動第η圈時傳感器b、a信號之間的時間間隔。
[0021]在上述的水表中，當(dāng)Tab (η)古【0 / (360-Θ )】Tba (η),且 Tab (n+1)-Tab (η) > O,Tba(η+1)-Tba(η) >0時，并當(dāng)Tab(n) >>最小流量時的時間Tab_l,或Tba(n) >>最小流量時的時間Tba-1時，所述MCU芯片根據(jù)函數(shù)f (Tab) =Kab.V和f (Tba) =Kba.V，補償出水在關(guān)停前的水速，并求出水量；其中，Tab (n)、Tab(n+l)分別表示磁鐵轉(zhuǎn)動第n、n+l圈時傳感器a、b信號之間的時間間隔；Tba (n)、Tba(n+l)分別表不磁鐵轉(zhuǎn)動第n、n+l圈時傳感器b、a信號之間的時間間隔。
[0022]在上述的水表中，當(dāng)Tab (η)古【Θ / (360-Θ )】Tba(η),且 Tab (n+1)-Tab (η)和Tba(n+1)-Tba(η)的變化方式出現(xiàn)異常時，所述MCU芯片采用密集的點測時間段，進(jìn)行計量。
[0023]在上述的水表中，所述水表還包括與所述MCU芯片連接且用于和外部通信的外部通信電路。
[0024]在上述的水表中，所述水表還包括連接所述MCU芯片的SPI (Serial PeripheralInterface—串行外設(shè)接口)校表接口，用于通過軟件對所述MCU芯片集成的算法參數(shù)不斷修正來校準(zhǔn)。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)水表將磁鐵和傳感器通過齒輪配比的方式，通過將磁鐵加裝在葉輪轉(zhuǎn)軸的頂端，以及將傳感器安裝在葉輪轉(zhuǎn)軸正上方的殼體上，并且使得兩個傳感器與軸點成一定夾角，從而利用傳感器反饋時間長度和管道水流速的線性關(guān)系，對水流量進(jìn)行高精度地計量。
【專利附圖】

【附圖說明】。[0026]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中干簧管式傳感器設(shè)計的水表；
[0027]圖2是本發(fā)明的水表的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的水表的傳感器部分的俯視圖；
[0029]圖4是本發(fā)明的原理框圖；
[0030]圖5是本發(fā)明中任意時間段內(nèi)傳感器采集到的信號幅值圖；
[0031]圖6是本發(fā)明中f (Tab)和f (Tba)的函數(shù)關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]請參閱圖2、圖3和圖4，本發(fā)明的水表包括殼體1、葉輪2、葉輪轉(zhuǎn)軸3、磁鐵4、兩個傳感器(a、b)、MCU芯片6、顯示屏7和存儲器8，其中:
[0034]葉輪2置于殼體2內(nèi)部且隨水流沖擊而旋轉(zhuǎn)；
[0035]葉輪轉(zhuǎn)軸3穿過葉輪2的中心，隨葉輪2轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)軸3的兩端抵至殼體I的上、下底面；
[0036]磁鐵4固定安裝在葉輪轉(zhuǎn)軸3的頂端，隨葉輪轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，本實施例中，為逆時針轉(zhuǎn)動；
[0037]傳感器a和傳感器b安裝在葉輪轉(zhuǎn)軸3正上方的殼體I上，且分布在磁鐵4的轉(zhuǎn)動軌跡內(nèi)，使得磁鐵4經(jīng)過傳感器a或傳感器b的下方時,傳感器a或傳感器b發(fā)出信號；傳感器a、傳感器b與葉輪轉(zhuǎn)軸3的軸點之間呈Θ角度，如圖3所示，本實施例中，Θ為90度；
[0038]MCU芯片6分別連接傳感器a、傳感器b、顯示屏7和存儲器8 ；
[0039]MCU芯片6接收傳感器a和傳感器b發(fā)出的信號,測量傳感器a、b信號之間的時間間隔Tab以及傳感器b、a信號之間的時間間隔Tba，如圖5所示，圖中Tab (η)表示磁鐵4轉(zhuǎn)動第η圈時傳感器a、b信號之間的時間間隔，其他類似；
[0040]本發(fā)明的測量原理是基于在密閉管道內(nèi)，Q=V.A (Q為流量、A管道的過流面積、V為液體流速)，即當(dāng)管徑一定時流量和水的流速成正比；而當(dāng)流速越快時，葉輪2的轉(zhuǎn)速就越快，傳感器“a — b”的時間Tab和“b — a”的時間Tba就越短，因此，對水流量的計量只用尋找到Tab、Tba和水流速之間的線性關(guān)系即可。
[0041]基于這樣的思路，經(jīng)過反復(fù)測試水表的幾個測量點，得到圖6 ；
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種水表，包括殼體、葉輪和葉輪轉(zhuǎn)軸，其特征在于，所述水表還包括磁鐵、傳感器a、傳感器b、MCU芯片、顯示屏和存儲器，其中: 所述磁鐵固定安裝在所述葉輪轉(zhuǎn)軸的頂端； 所述傳感器a和傳感器b安裝在所述葉輪轉(zhuǎn)軸正上方的殼體上，且分布在所述磁鐵的轉(zhuǎn)動軌跡內(nèi)； 所述傳感器a、傳感器b與葉輪轉(zhuǎn)軸的軸點之間呈Θ角度； 所述MCU芯片分別連接所述傳感器a、傳感器b、顯示屏和存儲器； 所述MCU芯片接收所述傳感器a和傳感器b發(fā)出的信號，測量傳感器a、b信號之間的時間間隔Tab以及傳感器b、a信號之間的時間間隔Tba，并根據(jù)時間間隔Tab、Tba求得某段時間內(nèi)的水流量，并將結(jié)果傳給所述顯示屏進(jìn)行顯示和所述存儲器進(jìn)行存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水表，其特征在于，所述MCU芯片根據(jù)時間間隔Tab、Tba以及函數(shù)f (Tab)=Kab.V和f (Tba)=Kba.V，測出任意時刻的水流速Vab=f (Tab)/Kab和Vba=f (Tba) /Kba,然后對Vab和Vba進(jìn)行均值計算,求得平均流速，最后通過Q=V.Α,求得某段時間內(nèi)的水流量；其中， 函數(shù)f (Tab) =Kab.V和f (Tba) =Kba.V為通過反復(fù)測試水表的幾個測量點得到；V表示流速；Kab和Kba通過多點的測量和校對轉(zhuǎn)化成的已知數(shù)； Q為水流量；A為管道的過流面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表，其特征在于，所述磁鐵轉(zhuǎn)過所述傳感器a或傳感器b的正下方時，傳感器a或傳感器b發(fā)出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表，其特征在于，Θ為90度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表,其特征在于，當(dāng)Tab(η) =【Θ / (360- Θ ) ]Tba (η),所述MCU芯片直接采用寬泛的采樣時間，來確定水流量和Tab、Tba時間的關(guān)系，來測出平均流速，求得水量，其中，Tab (η)表不磁鐵轉(zhuǎn)動第η圈時傳感器a、b信號之間的時間間隔；Tba (η)表不磁鐵轉(zhuǎn)動第η圈時傳感器b、a信號之間的時間間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表,其特征在于，當(dāng)Tab(η) Φ\.θ /(360- Θ )】Tba(n),且 Tab (η+1)-Tab (η) > O, Tba (η+1)-Tba (η) >0 時，并當(dāng) Tab(n) >> 最小流量時的時間Tab-Ι，或Tba (η) >>最小流量時的時間Tba-1時，所述MCU芯片根據(jù)函數(shù)f (Tab)=Kab ?V和f (Tba) =Kba.ν，補償出水在關(guān)停前的水速，并求出水量；其中，Tab (n)、Tab(n+l)分別表不磁鐵轉(zhuǎn)動第n、n+l圈時傳感器a、b信號之間的時間間隔；Tba (n)、Tba(n+l)分別表不磁鐵轉(zhuǎn)動第η、η+1圈時傳感器b、a信號之間的時間間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表,其特征在于，當(dāng)Tab(η)古【Θ /(360- Θ )】Tba(n),且Tab (n+1)-Tab (η)和Tba (η+1)-Tba (η)的變化方式出現(xiàn)異常時，所述MCU芯片采用密集的點測時間段，進(jìn)行計量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表，其特征在于，所述水表還包括與所述MCU芯片連接且用于和外部通信的外部通信電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水表，其特征在于，所述水表還包括連接所述MCU芯片的SPI校表接口，用于通過軟件對所述MCU芯片集成的算法參數(shù)不斷修正來校準(zhǔn)。
【文檔編號】G01F1/708GK103471673SQ201310447083
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】王甲 申請人:上海貝嶺股份有限公司