测量水龙头液体容量的流量计的制作方法
【专利摘要】公开一个低成本、可便利使用的测量液体的流量计，例如，测量从龙头排出的水量。该装置安装简单，无需用户或电力操作。该装置包括一个带预定流量的标记尺。分流器用来将一小部分水另外分导到一个单独的测量室内。液位经过光学记录，通过光导显示给用户。测量室通过压力激活复位机制自动排空，所以当流量关闭，水表是空的。该装置可以直接替代许多常见的家用测量水量的装置和容器。用此设置，可减少水的损耗和提高水的消费意识。
【专利说明】测量水龙头液体容量的流量计
发明的背景情况
[0001]本发明涉及一种流体流量的测量。更特别的是，本发明涉及一种低成本的容积式流量计用于流量测量。可以很容易地在水龙头上安装和使用。
[0002]量具是一种普通的家用物品，通常是塑料的、各种尺寸的容器，具有预定义的容量。如5毫升，15毫升，50毫升和100毫升的容量。例如:用量具测量给定的容量往往是一个繁琐的过程，涉及许多步骤。例如，测量165毫升的液量，需要不同的容器。此外，使用任何单独的量具测量都需要至少占一只手。许多情况下，如为不让水干流，还要占用两只手。有时，如果其他物质或食品也要在同一时间测量，干燥和清洁容器引起的水污染也是不可取的。
[0003]许多坎具都有刻度为用户显示所含的液量。这些标记通常可能由于标记的分辨率非常不精确、半月板和坎具未完全放平而难以看准。此外，水不能添加过快，因为容易在坎具内形成水波和气泡，很难读出正确值。
[0004]现有一般的液量测量技术和市场上随处可见的许多不同类型的流量计。然而，这些流量计许多缺点。很多时候他们是昂贵，笨重，需要电力或电池，可能需要手动操作，并可能需要专业的安装。不能在水龙头出口便利地安装和使用，通常是工业级的，而不是为在厨房的消费者环境设计的。
[0005]在某些卫生条件很重要的关键环境中，需要仔细考虑改善卫生条件的成本效益比，如果说在本发明的领域里有任何可行的解决方案，先前的技术能提供的不多。
[0006]它的价值在于以低成本便捷实用的方法促进合理用水技术和水耗问题的解决。因此，需要一个如本发明所公开的这样的装置。
摘要
[0007]依照本发明的一个实施例，提供一种测量水龙头水容量的流量计。在一个实施例中，壳体包括一个进水口接口和一个出水口接口，进水口有一个接口便于紧固到水龙头出水口。水通过主导管流入进水接口，主导管包括微粒过滤器、压力室、分流器和曝气光栅。如果没有安装水表，出水接口也可以相同的方式将水龙头的水排出。
[0008]分流器将一小部分流量定向导入测量室。该室通过预定的方程具有预定形状并与标尺相关。根据本发明的一个实施例，该方程可以记为V = Olog (S-P) *S+b，其中f(s)=C*log(S-P)是与测量室内的液位和标尺有关的一个对数加权函数。用户接口包括标记和一个测量表显示端，可显示从水流开始起流量计中排出的总流量V并随后报给用户。
[0009]多个光导垂直排列，定位的方式为，泄出光导的光是通过测量室的一个垂直延伸的棱柱形截面内部反射或折射。储留在测量室内的水将改变折射率，光的路径受其影响。光导的另一端在测量表显示端终止，产生液位的印象，最终作为表的读数。
[0010]压力在压力室内积聚时，压力室连接到分流器并垂直伸长。密封板连接到该分流器的延伸体。当压力高，密封板在测量室的底部的排放孔前滑动。水流关闭时，密封板缩回，排出测量室内所有水，有效地重置流量计。
图纸的简要说明本发明的一个实施例在附图所示，其中:
图1显示带有刻度的流量计透视图。
图2显示图1流量计中的一个垂直的横截面；
图3说明了图1流量计的一个横截面；
图4说明了图1的测量室顶视放大图。箭头指示两个主要的光路。
图5a和5b说明测量室的其他配置的垂直截面；
图6说明了图1流量计在压力室处于伸长状态时的一个垂直的横截面；
图7说明了图1流量计的一个分解图；
图8说明了流量计在水龙头上使用状态中的一个视图。
详细说明
[0011]—种低成本，安装、使用简便的流量计，可在水龙头排水时测量累计水流量。在一个实施例中，如图1所示。流量计I是安装在一个共同的进水口螺纹接头2的水龙头口上。一个壳体顶帽3安装在外壳中腰27 (图2)，包括一个带刻度标记4的侧面半圆形槽，显示不同的预定流量。标记4可以是一组符号，例如，流体盎司、杯、品脱或只是一个数字标记公合。一个半圆形的测量表显示端5连接到下面光导14(图2)以一排阵列显示一个连续的或接近连续的读数。每当查看标记时，物理表现方法是标记4和显示端5。标尺是指一个更抽象的方式，基本上是标记间距的方式、标记是什么以及它们在显示端5的相对位置。
[0012]参考图2，支撑盖6连在连接接口 2，提供结构支撑并作为主要导流管的伸长部分。垫圈7压在水龙头孔，将导流管密封接到水龙头上。过滤器8是由一个不锈钢或金属网、细孔或类似的塑料盘垫制成的微粒过滤器。两个过滤器可以安装在一起，以提高性能，但重要的是，最小的过滤器光栅要阻止比分流器9的曝气穿孔10直径大的微粒。
[0013]在一个公开了的实施例中，分流器9的功能是允许水通过已知的直径和长度相同的大量曝气孔10。表孔11与曝气孔10孔径类似，因此，在任何时间点上均可输出来自入水接口分流的一小部分流量。从表孔11流出的水在测量室12内积累。这里液位直接涉及测量室12排空后通过分流器9的水流总量。闭流孔24有助于分流器内均匀压力变化。
[0014]参考图2的测量室12有一个横截面面积，不随高度变化(即测量室不依据高度变宽或变窄)。这使液位与排出流量计I的水总量成比例相关联。让V成为在一些选择的时间间隔期间流经分流器9的水总量，S是在测量室12中的液位，流量计的标尺自然以V =C*s+b的关系设计，其中C是一个比例常数具有与孔径11和穿孔10形成的横截面部分面积的倒数相等的数值。简单说，如果分流器9有100个孔，其中一个是孔11，C就等于100。测量室12和C值的总容量T将最大读数设定为T*C。一个偏置常数b可以用于确定是否应该将测量室12内的水也包括在标尺读数中。它也可以调整由于不同的结构配置、失衡造成读数固有的偏移量。
[0015]参考图3流量计的水平截面表明测量室12的内部结构。导光准直狭缝13以垂直堆叠的方式收集光导14并对齐，使光从一个对测量室12里全部内反射敏感的角度从光导中泄出，是用与光导的材料相同的适合的导光材料制成，例如PMMA塑料。确定材料是否适合，最关键的是，它应该是透明的，与水的折射率有很大差别。PMMA折射率近似1.49，很符合要求。水是1.33和空气为1.00。当测量室12内的空气成为介质时，全部内反射将沿着图4箭头16所示的路径发生。再参照图4，当空气成为外部介质，倾斜的边界15的设计使其相对于入射光的角度略低于总的内部反射所要求的临界角度。然而，当外部介质不是空气而是一种流体，如水，折射率也应该足够大，使光线通过。如果外部介质折射率大于空气，如水，这个标准可以达到的。那样，光路大概就变成箭头17。可以用斯涅耳折射定律做精确计算。总结起来，测量室12内的液位可使此液位以下那部分光导从进光口 18接收光(详见图3)。液位以上那部分光导将收到很少或收不到内部全反射光。参考图2，光导14以排队的方式在测量表显示端5的另一端终止，最终的结果在显示端5内的液位显示。中心支撑结构26和壳体中腰27应有黑暗和光吸收表面，使高对比度显示不受杂光影响。
[0016]测量室12内部的亲水涂层或防雾处理，有效地用于减少表面张力，消除内壁液滴污染。如图4所示，测量室12横截面面积围绕边界15均匀地分布，使转动惯量最小化，。重心应与所有液位的反射折射点重合。这使得流量计能够在一个倾斜的位置不会给出错误的读数。
[0017]参考图3，进光口 18是最简单的配置，是一个半透明或透明的窗玻璃，让周围的光照进流量计。它应该有某种光聚焦性能，可提高显示端5的对比度。其内在的弯月面形状有助于聚焦光线，在一个实施例中，其表面应选择某种菲涅耳光栅。
[0018]参考图2，压力室19是由弹性材料如橡胶制成。它的结构是一个文丘里管，由于水的推力，压力减小。压缩液体造成压力舱内的压力集聚，使其膨胀垂直伸长。这使得分流器9沿中心支撑结构26向下推。分流器9垂直延伸体在底部有一个密封板20密封住测量室12的排水孔21，在分流器9被推下时，流量计处于交替运行状态。这种情况如图6所示。在此状态下关闭水流使压力室19缩小，将分流器9缩回，测量室中的水即全部排出，其结果是重置流量计。水流的排出相当快，水量也小，所以用户对排水很少或根本没有实际的证据。从排水孔21排出的水主要是与水龙头关闭后流量计中现有残留水暂短混合。
[0019]如图2所示，泄压孔22，在内部分流器9内部提供另一个出口，但只有当压力室19未处于膨胀状态，泄压孔22没有被密封胶23关闭时。泄压孔的尺寸是适合在密封胶23增加时产生的正反馈循环。当这种情况发生，压力室19内部的压力提升使流量计的交替运行状态变得更刚性和更快速稳定。此外，当压力室19发生收缩，一旦超过必要抑制膨胀状态的临界压力阈值，就更快速更明确。
[0020]在一个替换的实施例中，参考图5A，测量室12由另一个测量室28取代，具有对数垂直截面，如图中所示。它的横截面面积与其高度作对数增长。使用这样的一个测量室的优势首先是，读数相对误差变得恒定。因此，可以用小的测量量达到更高的精度，测量的范围可更大。在本实施例中的标尺将会根据V = C*log(s-p) *s+b的关系有效地设计，相位调整常数P被选作测量室28与壳体中腰27 (图2)以最佳的方式校准，以使流量计尽可能小。
[0021]在另一实施例中，参考图5b，测量室12是由另一个有一个图中所示的阶跃函数的垂直截面的测量室29替换。几何形状是这样的，其横截面程楼梯式增长。因此，标尺转换可以称为V = C*{阶跃函数}*s+b。使用此种测量室的优势首先在于，实现了流量计的测量精度容易辨别的离散的时间间隔。作为一个结果，该流量计可以被设计用于测量常规水量最大规模的可读性，允许更大的总测量范围，并允许用更粗糙的材料制造。
[0022]在另一实施例中，光导可以配置成只有少数离散测量步骤在流量计的标尺上可见，来降低制造成本。
[0023]在另一实施例中，参考图4，至少一个偏转棱镜可以位于测量室12内而不在倾斜的边界15。在这个实施例中，光束到达棱镜偏转朝向进光口 18(图3)或远离它，或通过内部反射或折射或两者的组合反射回显示端5 (图1)。
[0024]在另一实施例中，如图1所示的标尺可能被配置为多种不同的应用场合使用，家用或工业用。例如，只有数字，字母，符号或它们的任何组合可以印在顶帽3上。可拆卸的顶帽可以进一步提供给流量计，例如，可设定测量适合某些烘烤情况的预定水量。顶帽也可显示不同的度量单位，如公制或美国常用单位。
[0025]在另一个实施例中，参考图2，压力室19可以省略或用松弛的材料制成。要重新设置流量计的用户需要手动加力，直接或通过复位按钮清空测量室12，将流量计重置。在本实施例中，用户接口自然地由一个标尺和一个复位按钮组成或用其他连接到密封板20的手动控制杆。
[0026]在另一实施例中，进光口被省略，或涂有反射面。
[0027]在另一实施例中，采用的光导材料具有与单个光导阵列相同的基本光导性能。即:光导材料不应让光束从不同的位置射入，从相同的位置射出。
[0028]对流量计的光学部分如何工作的描述只考虑许多可能的光束方向中的一少部分方向，此流量计的最终功能是要兼容许多其他方向的光线。为了举例说明，只使用了能最好的描述光学特性的光线方向。
[0029]安装流量计，使其可以运转，只需要两个简单的步骤。首先拧下通常水龙头现有的曝气机，其次，将流量计放置到位。
[0030]此流量计是对需要快速简便地测量水龙头水流量的场合有优势的解决办法。它通过限制因灌满量具或一只手不能开关水流时造成的溢出或水直接流到水槽里，来节约水或其他液体。
[0031]在高度意识和关注器具污染(细菌，毒素，有害废物等)的任何地方，公开的这款成本低，易于使用和安装流量计为改善卫生条件提供了一种可行的选择。由于流量计不需要人工处理使传染病蔓延的风险减少。
[0032]流量计也可作为一个防止跑水的指示器，以及提高用户整体水消费意识。制作不昂贵，易于安装和使用，可以安装在一个小的壳体内，除进水接口 2之外，不需任何其他的支撑。与单独使用测量容器相比它加速了测量和配水的过程。自动复位允许无缝操作；使用此流量计除了看标尺上的读数，不需额外的步骤。
[0033]可以理解的是，这里所描述的本发明的实施例仅仅是说明它背后的原则原理。可以由本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的条件下进行无数改进。
【权利要求】
1.容积式流量计测量累积流量，包括: 一个带流量进口接头的壳体，用连接器固定到水龙头的出口 ； 一个分流器，分流来自水龙头的水，使预定的部分流体进入到测量室； 测量室包括一个将流体置于其中的容器，以显示流过分流器在预定时间间隔里通过的流体总量V。V = f(s) Xs+b，其中s代表液位，b是一个偏置常数，f (S)包括一个(一个简单的比例常数和任意的加权函数)，源于几何学的该测量室及该分流器和为水龙头的水提供出口的出水口接口。
2.权利要求1的流量表，还包括连接到所述壳体的一个用户接口。
3.权利要求2的流量计，该用户接口包括一个带标记的标尺显示预定的流量。
4.权利要求3的流量计，该标记的组成至少有数字、字母和符号其中一种。
5.权利要求2的流量计，其中所述的加权函数是一个常量函数、一个对数函数和一阶跃函数三者其中之一。
6.权利要求1的流量计，还包括一个连接到该壳体的导光构件，为视觉传达该测量室的液位。其液位可更易读取。
7.权利要求6的流量计，该导光元件包括多个光导。
8.权利要求7的流量计，其中所述多个光导是由透明PMMA塑料制成。
9.权利要求6的流量计，该导光部件和测量室配置，用于根据该测量室内的液位折射或反射从不同方向穿透来的光，从而进一步提高液位的可读性。
10.权利要求9的流量计，该测量室至少一部分是与容器内的流体或周围的空气或气体的折射率不同的透明材料，从而可完全反射该测量室与其中的液体或周围的空气或气体之间的折射率边界，从而进一步提高了液位的可读性。
11.权利要求10的流量计，其中所述透明材料包括至少一个偏转棱镜。
12.流量计权利要求10，其中的折射或反射发生在该测量室横截面重力的近似中心处，由于该流量计以相对于地面的倾斜位置运行，液位不过分偏向。
13.权利要求6的流量计，该壳体具有至少一个半透明或透明开放处作为进光，使外界光线能进入该流量计并通过该光导构件泄出，从而进一步提高液位的可读性。
14.权利要求13的流量表，还包括至少一个透镜置于该进光处和导光构件之间，从而使更大的光束进入导光构件。
15.权利要求1的流量表，还包括一个有压力室的复位结构，能够根据流经该压力室的流动压力改变其形状，从而能够直接或间接地在该测量室开口堵住或缩进，从而储水或排水，使该流量计在水流关闭后，具有自动清空能力。
16.权利要求15的流量计，该压力室有一个带进口和出口的弹性管，进口直径大于所述出口直径，使水流压力增加，从而形成该压力室内压力膨胀。
17.权利要求16的流量表，还包括至少一个泄压孔配置为在该压力室内的膨胀压力提供正反馈回路，使该压力室压力的膨胀更灵活，受流体的流量波动影响更小。
18.权利要求1的流量计，其内部测量室的防雾处理，减少了流量计内流体的表面张力，可更精确的测定，可消除污染和微滴，排水更有效。
19.权利要求1的流量计，其中的流体是水。
20.容积式水流量计，包括: 一个有固定到水龙头出水口的进水口接头； 一个壳体； 一个连接该壳体出水口接头和配置用于提供水龙头的出水口； 一种将位于该壳体内的该测量室进水口的水按部分预定量分导的方法； 该测量室具有与标尺中的水位有关的的预定教育方程而形成的形状，使该标尺把随时间推移的完整的水流量告知用户，其中可以识别从水流开始起，该流量计排出的总水量； 该标尺还包括多个代表不同的预置水量标记，一个用该标尺显示该测量室液位的方法，一个水流关闭后流量计复位的方法。
【文档编号】G01F3/36GK104428639SQ201380033267
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2012年5月19日
【发明者】奥斯卡·L·格兰斯特德 申请人:西尼戴维有限公司