一种水表的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种水表，包括壳体、叶轮、叶轮转轴、磁铁、传感器a、传感器b、MCU芯片、显示屏和存储器，其中：所述磁铁固定安装在所述叶轮转轴的顶端；所述传感器a和传感器b安装在所述叶轮转轴正上方的壳体上，且分布在所述磁铁的转动轨迹内；所述传感器a、传感器b与叶轮转轴的轴点之间呈θ角度；所述MCU芯片分别连接所述传感器a、传感器b、显示屏和存储器；所述MCU芯片测量传感器a、b信号之间的时间间隔Tab以及传感器b、a信号之间的时间间隔Tba，求得某段时间内的水流量。本发明通过将传感器呈特殊角度放置，并利用传感器反馈时间长度和管道水流速的线性关系，实现高精度的水量计量。
【专利说明】一种水表
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水表。
【背景技术】
[0002]随着城镇居民生活水平的日益提高，远程通信和电子化结算技术已经普遍地融入了人们的生活。但作为居民生活根本保障的自来水的计量，大多数还依赖于传统的机械计量和手工结算。后经对原有水表的改装，虽然完成了电子化的转换，但是由于并未突破原有的水表结构，并且单纯依靠脉冲累积计数，很难保证长期的计量准确性。图1给出的是目前常见的干簧管式传感器设计的水表。在图中可以看到，传统水表的机械齿轮传动结构并未改变，一般磁铁和传感器可以选择加装在“X1”、“X0.1”、X0.01”等位置，即磁针通过传感器时，则传感器发出信号。以图1中装在“X0.1”的位置为例，传感器“a’ 一b’” 一组信号则可以得出水量0.1m30这种形式的水表就是本质还是靠着齿轮的不同配比来进行计量的。基于这样的设计的水表，存在如下问题:
[0003](I)由于采集位的限制，水表的电子精度不可能做到非常精确，计数单位只能为所在采集位的刻度为最小计量单位。
[0004](2)由于电子计量的总水量是通过对信号数量的累积得来的，即I组“a’ 一 b’ ”信号为0.1m3,那么累积水量就是m组“a’ 一 b’ ”信号的乘积，通过实验发现，0.0lm3的水，可能是50组信号组成，但是实际测量Im3的水却是由4890组信号组成，这是由于水表的腔体结构误差、流速误差、机械精度误差等多方面造成的。在实际的设计时，如果采用乘法累积计数的话，势必造成巨大的误差累积，因此，在图1的水表结构中，采用累积信号个数的做乘积的方式是不科学的。
[0005](3)由于电子部分计数的对寄存器的读取，而这种水表的计量又必须依赖于原有的机械结构。而在正常的使用中，又仅使用电子计数结算，长时间使用过程中由于机械数和电子数的不一致，极易造成结算方和使用方的矛盾。
[0006]因此，本 申请人:致力于解决这些问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术缺陷而提供一种全电子式的水表，通过将传感器呈特殊角度放置，并利用传感器反馈时间长度和管道水流速的线性关系，实现高精度的水
量计量。
[0008]实现上述目的的技术方案是:
[0009]一种水表，包括壳体、叶轮和叶轮转轴，所述水表还包括磁铁、传感器a、传感器b、MCU (微处理器)芯片、显示屏和存储器，其中:
[0010]所述磁铁固定安装在所述叶轮转轴的顶端；
[0011]所述传感器a和传感器b安装在所述叶轮转轴正上方的壳体上，且分布在所述磁铁的转动轨迹内；[0012]所述传感器a、传感器b与叶轮转轴的轴点之间呈Θ角度；
[0013]所述MCU芯片分别连接所述传感器a、传感器b、显示屏和存储器；
[0014]所述MCU芯片接收所述传感器a和传感器b发出的信号，测量传感器a、b信号之间的时间间隔Tab以及传感器b、a信号之间的时间间隔Tba,并根据时间间隔Tab、Tba求得某段时间内的水流量，并将结果传给所述显示屏进行显示和所述存储器进行存储。
[0015]在上述的水表中，所述MCU芯片根据时间间隔Tab、Tba以及函数f (Tab) =Kab ?V和f (Tba) =Kba.V，测出任意时刻的水流速Vab=f (Tab) /Kab和Vba=f (Tba) /Kba，然后对Vab和Vba进行均值计算，求得平均流速，最后通过Q=V.A，求得某段时间内的水流量；其中，
[0016]函数f (Tab) =Kab.V和f (Tba) =Kba.V为通过反复测试水表的几个测量点得到；V表示流速；Kab和Kba通过多点的测量和校对转化成的已知数；
[0017]Q为水流量；A为管道的过流面积。
[0018]在上述的水表中，所述磁铁转过所述传感器a或传感器b的正下方时，传感器a或传感器b发出信号。
[0019]在上述的水表中，Θ为90度。
[0020]在上述的水表中，当Tab (η) =【θ/(360_θ )】Tba(n)，所述MCU芯片直接采用宽泛的采样时间，来确定水流量和Tab、Tba时间的关系，来测出平均流速，求得水量，其中，Tab(η)表不磁铁转动第η圈时传感器a、b信号之间的时间间隔；Tba (η)表不磁铁转动第η圈时传感器b、a信号之间的时间间隔。
[0021]在上述的水表中，当Tab (η)古【0 / (360-Θ )】Tba (η),且 Tab (n+1)-Tab (η) > O,Tba(η+1)-Tba(η) >0时，并当Tab(n) >>最小流量时的时间Tab_l,或Tba(n) >>最小流量时的时间Tba-1时，所述MCU芯片根据函数f (Tab) =Kab.V和f (Tba) =Kba.V，补偿出水在关停前的水速，并求出水量；其中，Tab (n)、Tab(n+l)分别表示磁铁转动第n、n+l圈时传感器a、b信号之间的时间间隔；Tba (n)、Tba(n+l)分别表不磁铁转动第n、n+l圈时传感器b、a信号之间的时间间隔。
[0022]在上述的水表中，当Tab (η)古【Θ / (360-Θ )】Tba(η),且 Tab (n+1)-Tab (η)和Tba(n+1)-Tba(η)的变化方式出现异常时，所述MCU芯片采用密集的点测时间段，进行计量。
[0023]在上述的水表中，所述水表还包括与所述MCU芯片连接且用于和外部通信的外部通信电路。
[0024]在上述的水表中，所述水表还包括连接所述MCU芯片的SPI (Serial PeripheralInterface—串行外设接口)校表接口，用于通过软件对所述MCU芯片集成的算法参数不断修正来校准。
[0025]本发明的有益效果是:本发明摒弃了传统水表将磁铁和传感器通过齿轮配比的方式，通过将磁铁加装在叶轮转轴的顶端，以及将传感器安装在叶轮转轴正上方的壳体上，并且使得两个传感器与轴点成一定夹角，从而利用传感器反馈时间长度和管道水流速的线性关系，对水流量进行高精度地计量。
【专利附图】
【附图说明】。[0026]图1是现有技术中干簧管式传感器设计的水表；
[0027]图2是本发明的水表的结构图；
[0028]图3是本发明的水表的传感器部分的俯视图；
[0029]图4是本发明的原理框图；
[0030]图5是本发明中任意时间段内传感器采集到的信号幅值图；
[0031]图6是本发明中f (Tab)和f (Tba)的函数关系图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0033]请参阅图2、图3和图4，本发明的水表包括壳体1、叶轮2、叶轮转轴3、磁铁4、两个传感器(a、b)、MCU芯片6、显示屏7和存储器8，其中:
[0034]叶轮2置于壳体2内部且随水流冲击而旋转；
[0035]叶轮转轴3穿过叶轮2的中心，随叶轮2转动，叶轮转轴3的两端抵至壳体I的上、下底面；
[0036]磁铁4固定安装在叶轮转轴3的顶端，随叶轮转轴3转动，本实施例中，为逆时针转动；
[0037]传感器a和传感器b安装在叶轮转轴3正上方的壳体I上，且分布在磁铁4的转动轨迹内，使得磁铁4经过传感器a或传感器b的下方时,传感器a或传感器b发出信号；传感器a、传感器b与叶轮转轴3的轴点之间呈Θ角度，如图3所示，本实施例中，Θ为90度；
[0038]MCU芯片6分别连接传感器a、传感器b、显示屏7和存储器8 ；
[0039]MCU芯片6接收传感器a和传感器b发出的信号,测量传感器a、b信号之间的时间间隔Tab以及传感器b、a信号之间的时间间隔Tba，如图5所示，图中Tab (η)表示磁铁4转动第η圈时传感器a、b信号之间的时间间隔，其他类似；
[0040]本发明的测量原理是基于在密闭管道内，Q=V.A (Q为流量、A管道的过流面积、V为液体流速)，即当管径一定时流量和水的流速成正比；而当流速越快时，叶轮2的转速就越快，传感器“a — b”的时间Tab和“b — a”的时间Tba就越短，因此，对水流量的计量只用寻找到Tab、Tba和水流速之间的线性关系即可。
[0041]基于这样的思路，经过反复测试水表的几个测量点，得到图6 ；
[0042]
【权利要求】
1.一种水表，包括壳体、叶轮和叶轮转轴，其特征在于，所述水表还包括磁铁、传感器a、传感器b、MCU芯片、显示屏和存储器，其中: 所述磁铁固定安装在所述叶轮转轴的顶端； 所述传感器a和传感器b安装在所述叶轮转轴正上方的壳体上，且分布在所述磁铁的转动轨迹内； 所述传感器a、传感器b与叶轮转轴的轴点之间呈Θ角度； 所述MCU芯片分别连接所述传感器a、传感器b、显示屏和存储器； 所述MCU芯片接收所述传感器a和传感器b发出的信号，测量传感器a、b信号之间的时间间隔Tab以及传感器b、a信号之间的时间间隔Tba，并根据时间间隔Tab、Tba求得某段时间内的水流量，并将结果传给所述显示屏进行显示和所述存储器进行存储。
2.根据权利要求1所述的水表，其特征在于，所述MCU芯片根据时间间隔Tab、Tba以及函数f (Tab)=Kab.V和f (Tba)=Kba.V，测出任意时刻的水流速Vab=f (Tab)/Kab和Vba=f (Tba) /Kba,然后对Vab和Vba进行均值计算,求得平均流速，最后通过Q=V.Α,求得某段时间内的水流量；其中， 函数f (Tab) =Kab.V和f (Tba) =Kba.V为通过反复测试水表的几个测量点得到；V表示流速；Kab和Kba通过多点的测量和校对转化成的已知数； Q为水流量；A为管道的过流面积。
3.根据权利要求1或2所述的水表，其特征在于，所述磁铁转过所述传感器a或传感器b的正下方时，传感器a或传感器b发出信号。
4.根据权利要求1或2所述的水表，其特征在于，Θ为90度。
5. 根据权利要求1或2所述的水表,其特征在于，当Tab(η) =【Θ / (360- Θ ) ]Tba (η),所述MCU芯片直接采用宽泛的采样时间，来确定水流量和Tab、Tba时间的关系，来测出平均流速，求得水量，其中，Tab (η)表不磁铁转动第η圈时传感器a、b信号之间的时间间隔；Tba (η)表不磁铁转动第η圈时传感器b、a信号之间的时间间隔。
6.根据权利要求1或2所述的水表,其特征在于，当Tab(η) Φ\.θ /(360- Θ )】Tba(n),且 Tab (η+1)-Tab (η) > O, Tba (η+1)-Tba (η) >0 时，并当 Tab(n) >> 最小流量时的时间Tab-Ι，或Tba (η) >>最小流量时的时间Tba-1时，所述MCU芯片根据函数f (Tab)=Kab ?V和f (Tba) =Kba.ν，补偿出水在关停前的水速，并求出水量；其中，Tab (n)、Tab(n+l)分别表不磁铁转动第n、n+l圈时传感器a、b信号之间的时间间隔；Tba (n)、Tba(n+l)分别表不磁铁转动第η、η+1圈时传感器b、a信号之间的时间间隔。
7.根据权利要求1或2所述的水表,其特征在于，当Tab(η)古【Θ /(360- Θ )】Tba(n),且Tab (n+1)-Tab (η)和Tba (η+1)-Tba (η)的变化方式出现异常时，所述MCU芯片采用密集的点测时间段，进行计量。
8.根据权利要求1或2所述的水表，其特征在于，所述水表还包括与所述MCU芯片连接且用于和外部通信的外部通信电路。
9.根据权利要求1或2所述的水表，其特征在于，所述水表还包括连接所述MCU芯片的SPI校表接口，用于通过软件对所述MCU芯片集成的算法参数不断修正来校准。
【文档编号】G01F1/708GK103471673SQ201310447083
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】王甲 申请人:上海贝岭股份有限公司