专利名称：一种压差流量计及其家用漏水防护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流量计量装置，尤其是涉及一种压差流量计及其家用漏水防护系 统。
背景技术：
在人们日常生活中，由于使用时间长用水管道容易破损或使用者疏忽未完全关闭 开关等原因导致漏水的现象时有发生。漏水使得建筑物内的家具、设备、器材被浸泡，尤其 对家具、地板等木制品的损害极大，严重影响其使用寿命，同时管道漏水极易导致电器漏 电，对人们的生命安全造成威胁。随着人们对家居安全、节约资源等问题越来越重视，为减 少管道漏水造成的损失，避免安全隐患，需要对用水管道进行定点检测，以便及时发现漏水 故障点，将损失降到最低。目前，用于流体测量和探测领域的流量计有很多，利用压差原理 实现流量计量也是本领域内较为常用的技术手段，但普遍存在测量可靠性低、灵敏度不高、 定位不准确等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提出了一种结构简单、测量准 确可靠的压差流量计，并提出了一种利用本发明的压差流量计的家用漏水防护系统。利用 本发明的压差流量计和家用漏水防护系统可及时发现由不可预知因素而造成的管道泄漏 现象，快速评估危害程度，将故障部分从管道系统中分离出来，把损失降低至最低。在本发明的一个方面中，一种压差流量计包括一壳体，该壳体设有一内腔，及与内 腔连通的进水通道和出水通道，所述进水通道的轴线与出水通道的轴线相互垂直；所述内 腔内还设有一可沿进水通道之轴线往复移动以改变进水通道与出水通道之间的连通截面 面积的活塞，该活塞的一端通过一弹性组件与一压力变送器连接。作为优选，上述活塞一端固定连接一截面面积大于进水通道截面面积的密封件， 该密封件可紧密地封闭进水通道。进一步，上述内腔的截面面积大于进水通道截面面积。作为优选，上述进水通道与出水通道的截面面积相等。进一步，上述弹性组件由弹簧座和弹簧组成，弹簧安装在弹簧座上并与活塞连接， 弹簧座与压力变送器连接。作为优选，上述弹簧为压缩弹簧。进一步，上述压差流量计还包括与壳体配合安装的端盖，所述压力变送器安装在 端盖上，在该端盖与壳体的安装连接处还设有密封胶圈，以防止泄漏。在本发明的另一个方面中，利用本发明压差流量计的家用漏水防护系统，其包括 本发明所述的压差流量计、带有计时器的微处理器、电磁阀门、报警器及水管管道，所述压 差流量计和电磁阀门串联安装在水管管道上，微处理器接收压差流量计传送的信号，并控 制报警器和电磁阀门。
进一步，上述系统还包括与微处理器连接的显示器，所述显示器为用水量显示器， 用于显示用户使用的水流量。作为优选，上述系统还包括一手动阀门，该手动阀门并联安装在水管管道上，用于 临时供水。相对于现有技术，本发明所述压差流量计利用差压原理和能量传递原则，能够及 时将流经本装置的液体流量用电信号形式输出，实现对用户水流量的监测。本发明所述家 用漏水防护系统可及时发现管道泄漏区域，快速分析并切断泄漏区域与供水源的联系，最 大限度地降低损失。本发明所述家用漏水防护系统不仅能作为家用漏水报警，还可以作为 数字电子测量水表，动态显示用户用水量，从而实现读表的程控化及无人化管理。为了能更清晰的理解本发明，以下将结合
阐述本发明的具体实施方式
。
图1是本发明实施例1压差流量计的内部结构示意图。图2是本发明实施例2家用漏水防护系统的组成结构图。图3是本发明实施例2家用漏水防护系统的运行流程图。图4是本发明实施例3家用漏水防护系统的组成结构图。
具体实施例方式实施例1请参阅图1，本发明的压差流量计包括一圆柱状壳体1，该壳体1具有一圆柱状内 腔2，及与内腔2连通的圆柱状进水通道21和圆柱状出水通道22，该进水通道21的轴线与 出水通道22的轴线相互垂直。在本实施例中，内腔2的圆截面直径大于进水通道21的圆 截面直径，进水通道21与出水通道22的圆截面面积相等。该压差流量计还包括与壳体1 配合安装的端盖11，便于拆卸或安装内腔2中的组件，端盖11与壳体1之间还设有密封胶 圈，以保证二者密封连接。内腔2内还设有一可沿进水通道21之轴线往复移动以改变进水 通道21与出水通道22之间的连通截面面积的活塞3，该活塞3的一端通过一弹性组件4与 一压力变送器5连接，该压力变送器5安装在端盖11之上。活塞3的另一端固定连接一圆 形密封件31，该密封件31的圆截面直径大于进水通道21的圆截面直径，使密封件31与进 水通道21相互靠近时，可紧密地封闭进水通道21，同时，该密封件31的圆截面直径又小于 内腔2的圆截面直径，使密封件31的边缘与内腔2的腔壁之间留有缝隙，该缝隙越大越好， 这一方面使密封件31在内腔2内易于移动，另一方面，当密封件31离开并打开进水通道21 时，水流可及时由该缝隙流向出水通道22。活塞3的圆截面面积小于密封件31的圆截面面 积。在本实施例中，弹性组件4由弹簧座和弹簧组成，弹簧安装在弹簧座上并分别与活塞3 及压力变送器5连接，该弹簧为压缩弹簧。当流体处于静态平衡时，该活塞3通过密封件31 可封闭进水通道21 ；当活塞3在内腔2内沿其轴线作往复运动时，进水通道21与出水通道 22之间的连通截面面积随之改变，即流经该装置的水流量也随之改变，这时，通过弹簧传送 给压力变送器5的压力也会改变。压力变送器5的输出端连接至一对正负电极6，用于将承 受的压力信号转换为电信号输出至后续设备。将本发明的压差流量计串联安装至家庭用水管道中，其工作状态说明如下
当管道中无水流动时，管道内各处压力相等处于静态平衡状态，该压差流量计的 密封件31紧密地封闭进水通道21，进水通道21与出水通道22不连通，无流体流过本装置。当管道中有水流出时(包括正常使用和管道泄漏)，由于存在压力差，活塞3在压 力作用下发生位移，使得弹性组件4压缩并将弹性势能传递至压力变送器5，压力变送器5 将其承受的压力线性地转换成电压信号输出，输出电压可根据公式(1)计算U = K1 · F1 = K1 · K2 · Δ L(1)其中，K1为压力变送系数，由该压力变送器的材料决定，K2为弹簧的弹性系数，AL 为弹簧伸缩的变化量。弹簧对压力变送器的弹性作用力F1与水流对活塞3的压力F2大小 相等，方向相同，水流压力可根据公式( 计算F1 = F2 = mv/t = q · t · v/t = q · ν(2)其中，m为作用于活塞3上的总水流量，q为单位时间内流过进口通道21的水流 量，ν为水流速度，t为作用时间。活塞3的运动立即使密封件31打开进水通道21，流体通过进口通道21流入该压 差流量计，并通过密封件31边缘与内腔2腔壁之间的缝隙，流向出水通道22。这时，水流量 q满足公式⑶q = 23ir· AL'v(3)r为进水通道21的横截面半径。根据上述公式(1) (3)，可以推导出压力变送器5的输出电压U与单位时间内的 水流量q之间的关系U = K1J^-q = K-q(4)
\2πτ其中，当压差流量计产品定型后，KpK2J的取值由材料及工艺决定，因此系数K为 常量，即压力变送器5的输出电压U与流过本压差流量计的流量q成正比关系。随着压力的增大，活塞3的位移量逐渐增大，流量q也随着增加，压力变送器5的 输出电压U也随之增加。当下游完全失压或产生负压时，在弹性组件4的压力及上游压力的共同作用下， 推动活塞3产生位移，堵住流体回流路径，使得流体无法通过本装置，起到截止回流作用。 因此，在出现紧急状况时，只要及时切断故障点下游最近的供水源，即可实现立即将故障点 从系统中分离出来，以减小事故扩大的可能性。实施例2下面以家庭漏水防护系统为例，具体说明本发明装置及其系统的应用。请参阅图2，本发明的家用漏水防护系统包括水管管道100、压差流量计101、微 处理器102、报警器103、电磁阀门104和手动阀门105，压差流量计101和电磁阀门104均 串联安装在水管管道100中。压差流量计101将检测到的水管管道100内水流动产生的压 力差转化为电信号输出至微处理器102，微处理器102通过其内置的计时器(图2中示出) 监测用水时间，从而判断水管管道100的使用情况是否正常。该系统还包括与水管管道100 并联安装的手动阀门105。在日常生活中无论冲凉、煮饭、洗衣，用水时间并不是连续不断的，大多数人每次 连续使用的时间约为10 30分钟，据此本发明所述系统预先设定了用水的合理时间T1以及警报的持续时间τ2。当实际用水时间T超过预设合理用水时间T1时，系统启动报警器 103，提示使用者是否关闭开关、开关是否关严、应注意节约用水等事项；若使用者未采取 任何动作时，一旦用水时间T持续累加至超过预设合理用水时间T1与预设警报时间T2之 和，则判定为管道泄漏或开关未关闭，系统自动开启电磁阀门104切断供水源，避免造成更 大损失。当系统未及时修复时可以采用手动阀门105临时供水。在实际使用中可以根据 各家庭的生活习惯来灵活设置用水的合理时间和警报持续时间，其中预设合理用水时间以 10 30分钟为宜，预设报警时间以1 3分钟最佳。报警器103可以根据实际需要选择声 或光或声光两用报警装置。图3显示了本发明家用漏水防护系统中微处理器控制的流程图，包括以下步骤步骤Sl 判断压差流量计101的输出电压值是否大于零，即判断进水通道与出水 通道是否连通，若为是，表明有水流出该压差流量计101，进入下一步骤S2 ；若为否，则跳转 至步骤S5。步骤S2 微处理器102内的计时器开始计时，记录一次性连续实际用水时间T ；同 时判断该一次性连续实际用水时间T是否大于预设合理用水时间T1,若为否，则返回步骤 Sl ；若为是，则进入下一步骤S3。步骤S3 启动报警器103发出报警，同时计时器继续计时；继续判断用户一次性连 续用水时间T是否超过预设合理用水时间T1与预设警报时间T2之和，若为否，则返回步骤 Sl ；若为是，则进入下一步骤S4。步骤S4:启动电磁阀门104切断水管管道100供水，断开供水源。步骤S5 计时器清零复位，报警器停止发出警报。当房屋内无人、或无人用水且水管无泄漏时，水管管道100内的水流处于静止状 态，压差流量计101测得无水流过，其输出电压值为零，微处理器102内的计时器不工作。当水管管道100内有水流动时，可能是用户正常使用，也可能是水管管道100出现 漏水。当输出电压值大于零时，压差流量计101测得流量值，表明有水流流过，微处理器102 中的计时器开始计时，并不断地与预设合理用水时间T1进行比较。当在预设合理用水时间T1范围内测得水流量回复至零，即压差流量计101输出电 压值为零，表明是正常用水，微处理器102发出指令，停止计时器计时并复位为零，等待下 次计时。当流过压差流量计101的水流累积使用时间T超过预设合理用水时间T1时，报警 器103会自动报警，提醒屋内人员注意下列情况a)如果是正在用水，则提醒使用者用水时间太长，注意节约；如需继续用水，可以 暂时瞬间关闭开关，使压差流量计的输出电压值为零，强令计时器复位，并重新开始计时， 然后继续使用。b)如果是忘记关闭已打开的开关，则提醒使用者关闭。c)如果是未完全关闭开关，仍有水流动，则提醒使用者关紧。当以上工作a)、b)、c)在预设报警时间T2以内完成，如果系统无漏水，则流过压差 流量计的水流量会马上变为零，即输出电压值为零，此时计时器停止计时并复位；报警器停 止报警。当在预设报警时间T2内未采取任何措施时，可能屋内无人或系统有漏水现象，系统将自动启动电磁阀门104切断水管管道100的供水源，停止供水，从而防止水过度流失，
避免产生进一步危害。当系统未及时修复时可以采用手动阀门105临时供水，作紧急供水之用。实施例3实施例3与实施例2的家庭漏水防护系统内部组成大致相同，所不同之处仅在于 实施例2中还包括用于用于显示用户用水量的显示器106。请参阅图4，根据公式(4)可知，压力变送器输出电压U与流过该压差流量计的流 量q成正比，因此，微处理器102根据输出电压值Ut可计算出流量qt，将测量时间为Δ t内 的流量值累加，即可根据以下公式(5)可计算得到用户总的用水量Q
权利要求
1.一种压差流量计，包括一壳体，其特征在于，所述壳体设有一内腔，及与内腔连通的 进水通道和出水通道，所述进水通道的轴线与出水通道的轴线相互垂直；所述内腔内还设 有一可沿进水通道之轴线往复移动以改变进水通道与出水通道之间的连通截面面积的活 塞，该活塞的一端通过一弹性组件与一压力变送器连接。
2.如权利要求1所述的压差流量计，其特征在于所述活塞一端固定连接一截面面积 大于进水通道截面面积的密封件。
3.如权利要求1所述的压差流量计，其特征在于所述内腔的截面面积大于进水通道 的截面面积。
4.如权利要求1所述的压差流量计，其特征在于所述进水通道与出水通道的截面面 积相等。
5.如权利要求1所述的压差流量计，其特征在于所述弹性组件由弹簧座和弹簧组成， 弹簧安装在弹簧座上并与活塞连接，弹簧座与压力变送器连接。
6.如权利要求5所述的压差流量计，其特征在于所述弹簧为压缩弹簧。
7.如权利要求1所述的压差流量计，其特征在于还包括与壳体配合安装的端盖，所述 压力变送器安装在端盖上。
8.一种家用漏水防护系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的压差流量计、带有 计时器的微处理器、电磁阀门、报警器及水管管道，所述压差流量计和电磁阀门串联安装在 水管管道上，微处理器接收压差流量计传送的信号，并控制报警器和电磁阀门。
9.如权利要求8所述的家用漏水防护系统，其特征在于还包括与微处理器连接的显 不器。
10.如权利要求8所述的家用漏水防护系统，其特征在于还包括并联安装在水管管道 上的手动阀门。
全文摘要
本发明公开了一种压差流量计及其家用漏水防护系统。本发明的压差流量包括一壳体，该壳体设有一内腔，及与内腔连通的进水通道和出水通道，所述进水通道的轴线与出水通道的轴线相互垂直；所述内腔内还设有一可沿进水通道之轴线往复移动以改变进水通道与出水通道之间的连通截面面积的活塞，该活塞的一端通过一弹性组件与一压力变送器连接。本发明采用该压差流量计组成的家用漏水防护系统，还包括带有计时器的微处理器，该系统能够及时发现管道漏水点，快速分析并切断漏水点与供源的联系，最大限度地降低损失。本发明的压差流量计及其系统具有结构简单、测量准确、性能稳定可靠、实用性强等特点。
文档编号F17D5/02GK102147271SQ20111000529
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者谢浩荣 申请人:谢浩荣