不銹鋼超聲波水表的制作方法
【專利摘要】不銹鋼超聲波水表,涉及水表領(lǐng)域。它是為了解決現(xiàn)有住戶使用的機(jī)械水表存在多種弊端的問題。本實用新型采用超聲波時差原理,采用工業(yè)級電子元器件制造而成的全電子水表,與機(jī)械式水表相比較具有精度高,可靠性好,量程比寬,使用壽命長,無任何活動部件,無需設(shè)置參數(shù),任意角度安裝等特點(diǎn)。在超聲波水表計量方式的基礎(chǔ)上,又增加了無線集抄及閥控的特點(diǎn)。流量測量部分應(yīng)用一對超聲波換能器相向收發(fā)超聲波,通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速,再通過流速來計算流量。本實用新型計量精度高、使用方便、易于數(shù)字化管理;與現(xiàn)有材料水表相比,使得水質(zhì)得到保障。本實用新型適用于對自來水管道水量進(jìn)行測量。
【專利說明】
不銹鋼超聲波水表
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于水表領(lǐng)域,尤其涉及一種不銹鋼超聲波水表。
【背景技術(shù)】
[0002] 水表是家家戶戶必需的設(shè)備,目前住戶使用的均為機(jī)械水表,并按照水表指示進(jìn) 行結(jié)算費(fèi)用,但是,利用現(xiàn)有機(jī)械水表結(jié)算時卻出現(xiàn)了現(xiàn)眾多難以解決的糾紛和弊端。例 如:因機(jī)械水表長年使用磨損嚴(yán)重導(dǎo)致熱能表準(zhǔn)確度降低,進(jìn)而致使用戶需多次出資維護(hù), 造成用戶和自來水公司之間難以解決的糾紛;自來水公司工作人員定期到用戶家敲門查看 水表流量數(shù)據(jù),抄表成功度和準(zhǔn)確度低,且自來水公司管理成本過高,費(fèi)時費(fèi)力還不能及時 回抄數(shù)據(jù)而收費(fèi)滯后。同時,現(xiàn)有機(jī)械水表多為鐵質(zhì)或銅質(zhì),長時間使用造成的自來水礦物 質(zhì)超標(biāo)??偠灾F(xiàn)有的普通機(jī)械水表壓損大、易堵塞、磨損嚴(yán)重、使用壽命短、計量精度 低、水質(zhì)差。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型是為了解決現(xiàn)有住戶使用的機(jī)械水表存在多種弊端的問題,現(xiàn)提供不 銹鋼超聲波水表。
[0004] 不銹鋼超聲波水表,它包括:不銹鋼超聲波基表1、不銹鋼外殼2、無線傳輸電路一、 無線傳輸電路二、電機(jī)4、主電路5、超聲波換能器7、溫度傳感器8、電池一 9和電池二10;
[0005] 不銹鋼超聲波基表1的側(cè)壁上開有三個開口,超聲波換能器7的兩個超聲波對射端 和溫度傳感器8的測溫端分別穿過三個開口位于不銹鋼超聲波基表1內(nèi)部,并將所在開口密 封,超聲波換能器7的兩個超聲波對射端相互正對,溫度傳感器8的測溫端用于采集不銹鋼 超聲波基表1內(nèi)部水溫,
[0006] 超聲波換能器7的超聲波信號輸出端連接主電路5的超聲波信號輸入端,溫度傳感 器8的溫度信號輸出端連接主電路5的溫度信號輸入端,主電路5的驅(qū)動信號輸出端連接電 機(jī)4的驅(qū)動信號輸入端,電機(jī)4用于驅(qū)動不銹鋼超聲波基表1上的球閥6開通或關(guān)斷,主電路5 的無線信號輸入輸出端連接無線傳輸電路二的無線信號輸出輸入端,無線傳輸電路一以無 線傳輸方式與PC機(jī)相連,無線傳輸電路一與無線傳輸電路二之間實現(xiàn)無線信號傳輸,
[0007] 電池一 9用于為主電路5供電,電池二10用于為球閥6和無線傳輸電路二供電;
[0008] 不銹鋼外殼2為下開口的殼體,不銹鋼超聲波基表1的外側(cè)壁將不銹鋼外殼2的開 口密封,且球閥6的閥柄、無線傳輸電路二、電機(jī)4、主電路5、超聲波換能器7的接線端、溫度 傳感器8的接線端、電池一9和電池二10均位于不銹鋼外殼2內(nèi)部;電機(jī)4位于球閥6的上方, 電機(jī)4的動力輸出端與球閥6的閥柄固定連接,電池一9位于超聲波換能器7和溫度傳感器8 上方,主電路5位于電池一 9上方;主電路5上設(shè)有顯示屏3,主電路5的顯示信號輸出端連接 顯示屏3的顯示信號輸入端,不銹鋼外殼2上表面開有顯示口,顯示屏3嵌固在該顯示口上。
[0009] 在物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)社會需求的推動下,實現(xiàn)智能流量檢測及管理技術(shù)成為目前研究 的熱點(diǎn)。而超聲波流量檢測技術(shù)的流量測量精度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度 等參數(shù)的影響。本實用新型所述的不銹鋼超聲波水表,以超聲波流量計精準(zhǔn)的測量并控制 用戶用水,并有可靠的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng),有效的管理用戶水表數(shù)據(jù)。同時,本實用新型采 用不銹鋼材質(zhì)作為用戶自來水流量測量部份,避免以往鐵質(zhì)或銅質(zhì)機(jī)械式水表基表測量流 量造成的自來水礦物質(zhì)超標(biāo)的情況發(fā)生。
[0010] 本實用新型采用超聲波時差原理,采用工業(yè)級電子元器件制造而成的全電子水 表,與機(jī)械式水表相比較具有精度高,可靠性好,量程比寬,使用壽命長,無任何活動部件, 無需設(shè)置參數(shù),任意角度安裝等特點(diǎn)。在超聲波水表計量方式的基礎(chǔ)上,又增加了無線集抄 及閥控的特點(diǎn)。流量測量部分應(yīng)用一對超聲波換能器相向收發(fā)超聲波,通過觀測超聲波在 介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速,再通過流速來計算流量。
[0011] 本實用新型集成了智能型超聲波水表計量與閥門控制裝置可遠(yuǎn)程控制,該產(chǎn)品克 服了超聲波水表只測量無管理的缺點(diǎn);產(chǎn)品具有外型美觀、計量準(zhǔn)確、管理方便、運(yùn)行穩(wěn)定、 抗污防腐能力強(qiáng)、使用壽命長、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實用等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于自來水公司的供 水計量中。和傳統(tǒng)的機(jī)械式流量儀表、電磁式流量儀表相比,本實用新型計量精度高、對管 徑的適應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、使用方便、易于數(shù)字化管理;與現(xiàn)有材料水表相比,使得水質(zhì)得 到保障。本實用新型適用于對自來水管道水量進(jìn)行測量。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實用新型所述的不銹鋼超聲波水表的立體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0013] 圖2為本實用新型所述的不銹鋼超聲波水表的主視圖;
[0014]圖3為圖2的A-A向剖視圖;
[0015] 圖4為圖2的B-B向剖視圖;
[0016] 圖5為超聲波基表與溫度傳感器和超聲波換能器的裝配圖;
[0017] 圖6為本實用新型所述的不銹鋼超聲波水表的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0018] 一:參照圖1至圖6具體說明本實施方式,本實施方式所述的不銹鋼 超聲波水表,它包括:不銹鋼超聲波基表1、不銹鋼外殼2、無線傳輸電路一、無線傳輸電路 二、電機(jī)4、主電路5、超聲波換能器7、溫度傳感器8、電池一9和電池二10;
[0019]不銹鋼超聲波基表1的側(cè)壁上開有三個開口,超聲波換能器7的兩個超聲波對射端 和溫度傳感器8的測溫端分別穿過三個開口位于不銹鋼超聲波基表1內(nèi)部,并將所在開口密 封,超聲波換能器7的兩個超聲波對射端相互正對,溫度傳感器8的測溫端用于采集不銹鋼 超聲波基表1內(nèi)部水溫,
[0020]超聲波換能器7的超聲波信號輸出端連接主電路5的超聲波信號輸入端,溫度傳感 器8的溫度信號輸出端連接主電路5的溫度信號輸入端,主電路5的驅(qū)動信號輸出端連接電 機(jī)4的驅(qū)動信號輸入端,電機(jī)4用于驅(qū)動不銹鋼超聲波基表1上的球閥6開通或關(guān)斷,主電路5 的無線信號輸入輸出端連接無線傳輸電路二的無線信號輸出輸入端,無線傳輸電路一以無 線傳輸方式與PC機(jī)相連,無線傳輸電路一與無線傳輸電路二之間實現(xiàn)無線信號傳輸,
[0021 ]電池一 9用于為主電路5供電,電池二10用于為球閥6和無線傳輸電路二供電;
[0022]不銹鋼外殼2為下開口的殼體,不銹鋼超聲波基表1的外側(cè)壁將不銹鋼外殼2的開 口密封,且球閥6的閥柄、無線傳輸電路二、電機(jī)4、主電路5、超聲波換能器7的接線端、溫度 傳感器8的接線端、電池一9和電池二10均位于不銹鋼外殼2內(nèi)部;電機(jī)4位于球閥6的上方, 電機(jī)4的動力輸出端與球閥6的閥柄固定連接,電池一9位于超聲波換能器7和溫度傳感器8 上方,主電路5位于電池一 9上方;主電路5上設(shè)有顯示屏3,主電路5的顯示信號輸出端連接 顯示屏3的顯示信號輸入端,不銹鋼外殼2上表面開有顯示口,顯示屏3嵌固在該顯示口上。
[0023] 本實施方式中,不銹鋼超聲波基表1內(nèi)部采用通徑式結(jié)構(gòu)、無反射柱;超聲波換能 器7采用直接插入式固定在管道內(nèi)部,實現(xiàn)信號對射;結(jié)構(gòu)上無機(jī)械運(yùn)動部件、水場干擾小、 不易受氣泡影響,提高測量精度和穩(wěn)定性。并且對測量水場具有整流、穩(wěn)流功能,不受水場 紋流、擾流的干擾,使實際計量更加準(zhǔn)確可靠,表前后無需安裝直管段。實際應(yīng)用時,不銹鋼 超聲波基表1與球閥6呈一體式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊,便于安裝;管道長度為最優(yōu)選擇,方便現(xiàn)場 更換原有尺寸的水表。而球閥6閥柄采用兩層密封,防止漏水;球閥6密封部分采用進(jìn)口四氟 材質(zhì),保證密封性的同時,又不易使閥門卡死,保證耐久性使用。
[0024] 主電路5是電機(jī)4的控制端,而電機(jī)4是球閥6的執(zhí)行端,它來完成球閥6的開/關(guān)操 作。通過上述結(jié)構(gòu),本實施方式能夠在遠(yuǎn)端控制水表流量,實時監(jiān)測水表球閥狀態(tài),控制流 量、流速或通斷,根據(jù)需要調(diào)整水表流量,還能夠在遠(yuǎn)端及時解決漏水問題。
[0025] 主電路5、超聲波換能器7、溫度傳感器8組成流量計的主要測量部分,超聲波基表 與超聲波換能器的組合,起聲波換能器為插入式封裝結(jié)構(gòu),直接安裝在基表管道內(nèi),以對射 方式工作,主電路5和超聲波換能器7獲得水流量,溫度傳感器8采集的溫度作為流量的修正 系數(shù),實現(xiàn)了將測量信號回傳的功能,從而達(dá)到計量功能。超聲波換能器安裝后,換能器直 接安裝在管道通徑的正中間,避免了當(dāng)水壓不足時半管或有氣泡狀態(tài)下造成的無法計量, 并且這種測量方式能夠?qū)⑹紕恿髁孔龅椒浅5汀?br>[0026]無線傳輸電路一與無線傳輸電路二之間是采用470MHz無線通信技術(shù),無線傳輸電 路一與PC采用是GPRS無線通信技術(shù),無線傳輸電路一是一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。
[0027] 本實施方式中,顯示屏3為LCD顯示器,可顯示累計流量、水溫、瞬時流速、閥門狀 態(tài)、欠費(fèi)信息、時鐘、地址等信息。
【具體實施方式】 [0028] 二:參照圖5具體說明本實施方式,本實施方式是對一 所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn)一步說明,本實施方式中,超聲波換能器7的兩個超聲波對射 端和溫度傳感器8的測溫端分別通過密封圈11將所在開口密封。
[0029] 密封圈11是防止水從不銹鋼超聲波基表1滲漏而安裝在球閥6、超聲波換能器7和 溫度傳感器8與不銹鋼超聲波基表1的間隙位置,如附圖5所示。
【具體實施方式】 [0030] 三:本實施方式是對一所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn) 一步說明,本實施方式中,電池一9為ER26500H鋰電池,電池二10為ER18505M鋰電池。
[0031]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn) 一步說明,本實施方式中,無線傳輸電路一和無線傳輸電路二均為470M無線傳輸電路。
[0032] 本實施方式中,閥控、通訊模塊,配備兩種控制接口 :無線遠(yuǎn)程控制模式和手持器 模式。
[0033]無線遠(yuǎn)程控制模式:無線470MHz頻段,采用L0RA技術(shù),具有通訊距離遠(yuǎn)的特點(diǎn),單 向空曠通訊距離>8km,雙向數(shù)據(jù)通訊空曠距離>3km,室內(nèi)通訊彡300米,能夠滿足民用儀 表的遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)集抄,和遠(yuǎn)程控制。
[0034] 無線工作模式:表端通過無線470MHz與樓棟或單元無線采集器雙向通訊,為了功 耗考慮,表端無線模塊每5s開啟無線模塊一次持續(xù)20ms偵聽無線采集器是否有指令下發(fā); 而無線采集器可以隨時轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)管理系統(tǒng)的抄表、充值、開關(guān)閥等指令。
【具體實施方式】 [0035] 五:本實施方式是對一所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn) 一步說明,本實施方式中,溫度傳感器8為NTC溫度傳感器。
[0036] 本實施方式中采用高精度NTC溫度傳感器8,主要測試流體溫度以校準(zhǔn)超聲波時間 值,進(jìn)而精確計量流量;測量水溫時,當(dāng)溫度發(fā)生異常時,會記錄異常報警信息。
【具體實施方式】 [0037] 六:本實施方式是對一所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn) 一步說明,本實施方式中,超聲波換能器7的中心諧振頻率為1.0MHZ± 5% ;綜合靈敏度為-30dBmin;發(fā)射波束角為-3dB全開角;靜電電容為1200PF±20%;最大工作電壓脈沖波< 300V;工作溫度在0 °C~95 °C之間。
[0038] 本實施方式中所述的超聲波換能器7的壓電陶瓷片采用〇8mm,性能更穩(wěn)定,耐壓 強(qiáng)度高。
【具體實施方式】 [0039] 七:本實施方式是對一所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn) 一步說明,本實施方式中,電機(jī)4為3.6V驅(qū)動電機(jī),齒輪箱減速比為3600:1。
[0040] 本實施方式中所述的電機(jī)4具有扭力高,耐使用的特點(diǎn)。主齒輪采用特殊合金鋼 材,耐磨損。帶限位開關(guān),可以輸出到位信息,防止卡死。電機(jī)4采用防水電機(jī),防止因冷凝水 或濕氣對電機(jī)齒輪、電子部分的損壞。
【具體實施方式】 [0041] 八:本實施方式是對一所述的不銹鋼超聲波水表作進(jìn) 一步說明,本實施方式中,主電路5為MSP430系列4481芯片。
[0042] 主芯片采用低功耗單片機(jī)MSP430系列4481芯片,保障超聲波水表長時間可靠工 作。通過對軟件的特殊設(shè)計,使產(chǎn)品在不同壓力、溫度范圍內(nèi)的任意溫度點(diǎn)、流量范圍內(nèi)的 任意流量點(diǎn)下都能保證計量精度值,計量精度等級:2級。經(jīng)過特殊設(shè)計的信號采樣電路,保 證了在不同條件下信號都不會發(fā)生畸變,從而保障測量參數(shù)準(zhǔn)確可靠;通過計算機(jī)在線校 準(zhǔn)方式,保證校準(zhǔn)過程的準(zhǔn)確可靠;主電路5經(jīng)過嚴(yán)格的加工工藝處理,保證電路長時間運(yùn) 行的可靠性;帶有數(shù)據(jù)存儲芯片E2PR0M,參數(shù)保存:流量標(biāo)定參數(shù)、溫度標(biāo)定參數(shù)、表地址、 口徑等保存在獨(dú)立的區(qū)域。
[0043] 實時數(shù)據(jù)保存:累積流量、流速等數(shù)據(jù)都要定時保存。18個月歷史數(shù)據(jù)保存:在每 個月0時0分0秒保存上一個月的累積流量、最大流量等數(shù)據(jù)。具有自動錯時清洗閥門的功 能,欠費(fèi)提醒、欠費(fèi)關(guān)閥,保證供水收費(fèi)率,并且管理系統(tǒng)可遠(yuǎn)程控制。流量采集部分采用高 精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器專用芯片,測量精度高,穩(wěn)定性好。
[0044] 本實用新型所述的不銹鋼超聲波水表的主要性能指標(biāo)入表1所示:
[0045] 表1主要性能指標(biāo)
[0047] 本實用新型所述的不銹鋼超聲波水表與現(xiàn)有計量表比較:
[0048] 1在結(jié)構(gòu)上:機(jī)械水表采用葉輪轉(zhuǎn)動計量流量,管道內(nèi)阻流器件導(dǎo)致機(jī)械水表低流 通能力,非常容易堵塞,且磨損較為嚴(yán)重,使用壽命不長,更換頻繁。超聲波水表測量機(jī)構(gòu)無 運(yùn)動部件,永不磨損。
[0049] 2在始動流量上:超聲水表始動流量低,大大減少了機(jī)械水表小流量的漏計現(xiàn)象, 使水費(fèi)計量損失減到最低。
[0050] 3在壓力損失上:超聲水表低壓力損失,大大降低了功耗損失,減小了供水能耗。
[0051 ] 4在測量功能上:超聲水表可判斷流體流向,并能分布計量正、反流量數(shù)值,且可測 量流速、瞬時流量、累積流量,記錄工作時間和故障時間等多種參數(shù)。機(jī)械水表則無法判斷 反向安裝,導(dǎo)致計量損失,給非法用水提供機(jī)會,且只能計量累積流量。
[0052] 5在抄表和通訊上:大多數(shù)機(jī)械水表采用機(jī)械原理計數(shù),雖無供電要求,但同時也 帶來了無法配置輸出,無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集計算機(jī)管理、無線抄表等新技術(shù)應(yīng)用。超聲水表可 采用電池供電,連續(xù)工作在6年左右,且可配置多種輸出如,M-BUS、脈沖、470MHz無線、GPRS 抄表系統(tǒng)和無線手抄器。
[0053] 6在計量精度上:超聲水表由于結(jié)構(gòu)不存在磨損部件,只要管徑不變,其精度就不 會發(fā)生變化。機(jī)械水表由于結(jié)構(gòu)上存在易磨損部件,其磨損程度會隨著使用時間逐漸增大, 導(dǎo)致精度隨著時間的增長而降低,增大計量的誤差。
[0054] 7在控制管理上:普通機(jī)械式水表無控制水流的手段。不銹鋼超聲波水表采用流量 計與控制一體式結(jié)構(gòu),且能完成遠(yuǎn)程操控,增加了管理方式,便于維護(hù)管理。
[0055] 8在流量計材質(zhì)上:流量計采用不銹鋼材質(zhì),避免了以往鐵、銅材質(zhì)流量計再污染
【主權(quán)項】
1. 不銹鋼超聲波水表,其特征在于,它包括:不銹鋼超聲波基表(1)、不銹鋼外殼(2)、無 線傳輸電路一、無線傳輸電路二、電機(jī)(4)、主電路(5)、超聲波換能器(7)、溫度傳感器(8)、 電池一 (9)和電池二(10); 不銹鋼超聲波基表(1)的側(cè)壁上開有三個開口,超聲波換能器(7)的兩個超聲波對射端 和溫度傳感器(8)的測溫端分別穿過三個開口位于不銹鋼超聲波基表(1)內(nèi)部,并將所在開 口密封,超聲波換能器(7)的兩個超聲波對射端相互正對,溫度傳感器(8)的測溫端用于采 集不銹鋼超聲波基表(1)內(nèi)部水溫, 超聲波換能器(7)的超聲波信號輸出端連接主電路(5)的超聲波信號輸入端,溫度傳感 器(8)的溫度信號輸出端連接主電路(5)的溫度信號輸入端,主電路(5)的驅(qū)動信號輸出端 連接電機(jī)(4)的驅(qū)動信號輸入端,電機(jī)(4)用于驅(qū)動不銹鋼超聲波基表(1)上的球閥(6)開通 或關(guān)斷,主電路(5)的無線信號輸入輸出端連接無線傳輸電路二的無線信號輸出輸入端,無 線傳輸電路一以無線傳輸方式與PC機(jī)相連,無線傳輸電路一與無線傳輸電路二之間實現(xiàn)無 線信號傳輸,電池一(9)用于為主電路(5)供電,電池二(10)用于為球閥(6)和無線傳輸電路 二供電; 不銹鋼外殼(2)為下開口的殼體,不銹鋼超聲波基表(1)的外側(cè)壁將不銹鋼外殼(2)的 開口密封,且球閥(6)的閥柄、無線傳輸電路二、電機(jī)(4)、主電路(5)、超聲波換能器(7)的接 線端、溫度傳感器(8)的接線端、電池一(9)和電池二(10)均位于不銹鋼外殼(2)內(nèi)部;電機(jī) (4)位于球閥(6)的上方,電機(jī)(4)的動力輸出端與球閥(6)的閥柄固定連接,電池一 (9)位于 超聲波換能器(7)和溫度傳感器(8)上方,主電路(5)位于電池一 (9)上方;主電路(5)上設(shè)有 顯示屏(3),主電路(5)的顯示信號輸出端連接顯示屏(3)的顯示信號輸入端,不銹鋼外殼 (2)上表面開有顯示口,顯示屏(3)嵌固在該顯示口上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼超聲波水表,其特征在于,超聲波換能器(7)的兩個超 聲波對射端和溫度傳感器(8)的測溫端分別通過密封圈(11)將所在開口密封。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼超聲波水表,其特征在于,電池一 (9)為ER26500H鋰電 池,電池二(10)為ER18505M鋰電池。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼超聲波水表,其特征在于,無線傳輸電路一和無線傳輸 電路二均為470M無線傳輸電路。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不銹鋼超聲波水表,其特征在于,溫度傳感器(8)為NTC溫度傳 感器。
【文檔編號】G01F1/66GK205506140SQ201620335146
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】崔崇民
【申請人】哈爾濱圣昌科技開發(fā)有限公司