高精度射频卡全数字防水智能水表的制作方法
【专利摘要】本发明涉及高精度射频卡全数字防水智能水表，包括水表壳体，水表壳体内设有水表前腔、水表后腔，水表前腔和水表后腔上方设有密封的电子仓，电子仓内设有单片机控制系统，水表前腔内设有防滴漏导流装置、金属探测传感装置，水表后腔内设有电动磁力先导阀，金属探测传感装置与单片机控制系统电联，电动磁力先导阀与单片机控制系统电联；本发明采用金属探测双感应点采集信号，电动磁力先导阀采用电动旋转换极、框式滑动轴、双针状阀芯、橡胶皮碗横向开关阀、加长先导腔出水管设计。具有结构简单、装配方便、体积小、重量轻、计量精度高、始动流量小、造价低、防潮防水、故障率低、抗干扰能力强、压力损失小等优点。
【专利说明】
高精度射频卡全数字防水智能水表
技术领域
[0001]本发明涉及流体计量自动控制领域，特别涉及一种高精度射频卡全数字防水智能水表。
【背景技术】
[0002]我国是世界上淡水资源缺乏国家，随着工农业的高速发展，居民生活水平不断提高，用水量不断增长，供需矛盾日益突出。为了解决抄表难、收费难问题，全国各大中城市，先后制定了预付费智能水表的推广计划，国内相关科研机构、大中水表生产厂家，先后开发了多种型号IC卡智能水表。十几年来，经过不断改进与完善，性能有所提高，但还是都采用传统水表为基表，加装磁性传感器、单片机电子装置、电动球阀、显示屏等组装而成，仍存在计量精度低、始动流量大、阀门关闭不严、故障率高、抗干扰性能差、耗电高、防潮防水性能差、造价高等缺点。由于我国一些地区水质差，长期使用表内结垢严重，造成电动球阀工作失灵。水表常在高潮湿环境中工作，现有智能水表很难做到全封闭，电池、线路板、电子原件等，易发生短路、跑电故障。现有智能水表始动流量大多>8升/小时，造成少数用户利用小流不计量盗水，给供水单位造成损失。
[0003]专利CN101000254.A公开了一种内导式多功能数字水表，采用干式内导流、液晶数字屏单显示，并设置了内导流及重力阀小孔射流防滴漏装置、浮力通气阀装置，电磁先导阀装置和电场效应传感器。该水表改变了福特曼式水表整体结构，具有结构简单、体积小、重量轻、对水质要求不限、使用寿命长、故障率低、稳定性好的特点。但是，电场效应传感器结构复杂，装配困难。有磁转动，抗干扰性差。工作电流>8微安，计量精度高区< ± 2 %，低区< ±5%。成本高。电磁先导阀:结构复杂，体积大，装配难。压力弹簧长期工作，易造成金属疲劳变形，弹力下降，水压高时，易造成开阀不灵。线圈工作瞬间电流>500毫安，单片机因电压突然大幅下降易造成死机。先导腔内磁性材料易造成腔内结垢，引发故障。该阀工作时间<1/10秒，水垂现象严重。先导腔进水小孔，出水小孔与胶垫式阀芯为上下结构，受空间所限，磁性元件与小孔距离很小，极易造成水中铁离子聚积结垢，堵塞小孔，引发故障。橡胶皮碗与水表出水口也为上下结构，使水流增加了折角，压力损失增加，很难达到国家压损标准 <0.063MPa。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度射频卡全数字防水智能水表，具有结构简单、装配方便、体积小、重量轻、计量精度高、始动流量小、造价低、防潮防水、故障率低、抗干扰能力强、压力损失小等优点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0006]高精度射频卡全数字防水智能水表，包括水表壳体，水表壳体内设有水表前腔、水表后腔，水表前腔和水表后腔上方设有密封的电子仓，电子仓内设有单片机控制系统，水表前腔内设有防滴漏导流装置、金属探测传感装置，水表后腔内设有电动磁力先导阀，金属探测传感装置与单片机控制系统电联，电动磁力先导阀与单片机控制系统电联；
[0007]所述防滴漏导流装置，包括固定在水表前腔内的叶轮壳体，叶轮壳体上部为导流腔，下部为进水腔，进水腔下部设有过滤网、过滤网上方设有大水流进水口和小水流进水孔，大水流进水口通过大导流斜孔与导流腔相通，小水流进水孔通过小导流斜孔与导流腔相通，大水流进水口上方设有不锈钢冲压防滴漏阀芯、导流腔设有裙式叶轮，导流腔设有导流腔出水口与水表后腔相通；
[0008]所述金属探测传感装置包括置于导流腔顶部的金属探测传感器探头，以及镶嵌在裙式叶轮上部的不锈钢片；
[0009]所述电动磁力先导阀，包括固定在水表后腔的阀体，阀体上部设有减速电机，减速电机输出轴上固定横极磁环，横极磁环外的先导腔套装框式滑动轴，滑动轴前侧装有前磁铁、BU针状阀芯，后侧装有与如磁铁磁极相反的后磁铁、后针状阀芯，对应如阀芯设有先导腔进水孔、对应后针状阀芯设有先导腔出水孔、先导腔出水孔对应弯曲折回的先导腔出水管，阀体后侧对应水表出水口的位置设有橡胶皮碗，先导腔出水管内容积为橡胶皮碗内腔容积的1.5-2倍。
[0010]所述的防滴漏阀芯胃不锈钢冲压件。
[0011]所述的裙式叶轮中心轴顶部镶有硬质合金小珠。
[0012]与现有的技术相比，本发明的有益效果是:
[0013]1.本发明采用内导流、防滴漏、双小导流斜孔、裙式叶轮设计。金属探测双感应点采集信号设计。电动磁力先导阀采用电动旋转换极、框式滑动轴、双针状阀芯、橡胶皮碗横向开关阀、加长先导腔出水管设计。电子仓全密封防水设计。多功能大显示屏结合闪光二极管、功能键设计。计量误差表外分段无限修正技术。使该表具有结构简单、装配方便、体积小、重量轻、计量精度高、始动流量小、造价低、防潮防水、故障率低、抗干扰能力强、压力损失小等优点。
[0014]2.防滴漏阀芯为不锈钢冲压件，密封面平整，小流封闭进水口严，成本低。
[0015]3.金属探测传感器，结构简单，装配容易。双感应点设计，分辨率高。无磁元件，抗干扰能力强。工作电流<5微安，采用分段无限修正技术，可使计量误差，高区、低区均<±
0.5%。
[0016]4.电动磁力阀:结构简单，体积小，装配容易。工作电流<30毫安，工作电流很小，不会对单片机造成影响。框式滑动轴可产生更大的力，可使阀门工作压力>1.2MPa。加长的先导腔出水管设计可大大减少水中杂质进入先导腔，降低故障率，并能减小水垂现象。
[0017]5.电动磁力阀阀体进水小孔、出水小孔，与针状阀芯为横向结构，作到磁铁远离进、出水小孔，即便有少量铁离子吸附磁铁上，也不会造成小孔堵塞。橡胶皮碗与水表出水口也为横向设计，水流顺畅流出表外，减少了压力损失，可作到整表压损<0.06MPa。该设计还可减小水表壳体制造难度，成本低。
【附图说明】
[0018]图1:水表整体结构及工艺流程剖视图。
[0019]图2:水表前腔结构及工艺流程图。
[0020]图3:水表导流腔结构及工艺流程俯视图。[0021 ]图4:小孔射流防滴漏结构及工艺流程图。
[0022]图5:导流腔小孔射流防滴漏结构及工艺流程俯视图。
[0023]图6:水表后腔阀门开启状态结构及工艺流程图。
[0024]图7:阀门开启状态先导腔结构及工艺流程俯视图。
[0025]图8:水表后腔关阀状态结构及工艺流程图。
[0026]图9:水表关阀状态先导腔结构及工艺流程俯视图。
[0027]图10:水表外观侧视图。
[0028]图11:水表外观俯视图。
[0029 ] 图中:水表壳体1、水表进水口 2、水表前腔3、水表后腔4、水表出水口 5、过滤网6、大水流进水口 7、防滴漏阀芯8、大导流斜孔9、小水流进水孔10、小导流斜孔11、导流腔12、裙式叶轮13、不锈钢片14、金属探测传感器探头15、导流腔出水口 16、减速电机17、电机输出轴18、横极磁环19、先导腔20、滑动轴21、前磁铁22、前针状阀芯23、后磁铁24、后针状阀芯25、先导腔进水孔26、先导腔出水孔27、先导腔出水管28、橡胶皮碗29、电子仓30、电子仓壳体31、防水下封盖32、防护盖33、透明视窗34、电池35、单片机主板36、液晶显示屏37、防水功能键38、闪光二极管39、叶轮壳体40、进水腔41、阀体42。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进一步说明:
[0031]如图1，高精度射频卡全数字防水智能水表，包括水表壳体I，水表壳体I内设有水表前腔3、水表后腔4、水表前腔3与水表进水口 2相通，水表后腔4与水表出水口 5相通，水表前腔3内设有防滴漏导流装置、金属探测传感装置，水表后腔4内设有电动磁力先导阀；
[0032]水表前腔3和水表后腔4上方设有密封的电子仓30，电子仓30是由电子仓壳体31和防水下封盖32组成的封闭仓体，电子仓30内设有单片机控制系统，单片机控制系统包括单片机主板36，单片机主板36连接电池35、液晶显示屏37、闪光二极管39、防水功能键38，电子仓壳体31上设有透明视窗34;电子仓壳体31上部设有防护盖33。
[0033]金属探测传感装置与单片机控制系统电联，电动磁力先导阀与单片机控制系统电联。所述防滴漏导流装置，包括固定在水表前腔3内的叶轮壳体40，叶轮壳体40上部为导流腔12，下部为进水腔41，进水腔41设有过滤网6、过滤网6上方设有大水流进水口 7和两个小水流进水孔10，大水流进水口 7通过6个大导流斜孔9与导流腔12相通，小水流进水孔10通过小导流斜孔11与导流腔12相通，大水流进水口 7上方设有不锈钢冲压防滴漏阀芯8、导流腔12内设有裙式叶轮13，裙式叶轮中心轴顶部镶有硬质合金小珠，导流腔12设有导流腔出水口 16与水表后腔4相通；
[0034]所述金属探测传感装置，包括置于导流腔12顶部的金属探测传感器探头15，以及镶嵌在裙式叶轮13上部的不锈钢片14;
[0035]所述电动磁力先导阀，包括固定在水表后腔的阀体42，阀体42上部设有减速电机17，减速电机输出轴18上固定横极磁环19，横极磁环19外的先导腔20套装框式滑动轴21，滑动轴21前侧装有前磁铁22、前针状阀芯23，后侧装有与前磁铁22磁极相反的后磁铁24、后针状阀芯25，对应前阀芯23设有先导腔进水孔26、对应后针状阀芯25设有先导腔出水孔27、先导腔出水孔27对应弯曲折回的先导腔出水管28，阀体42后侧对应水表出水口 5的位置设有橡胶皮碗29，先导腔出水管28内容积为橡胶皮碗29内腔容积的1.5-2倍。
[0036]水表工作原理与流程:
[0037]如图2-图3所示，水流通过水表进水口2、水表前腔3、过滤网6、大水流进水口 7进入，推动防滴漏阀芯8向上运动，水流通过6个大导流斜孔9进入导流腔12，可在导流腔12内产生旋转涡流，带动裙式叶轮13转动。裙式叶轮13上部镶有的两片不锈钢片14，叶轮每转动一周，不锈钢片14可与金属探测传感器探头15产生两个脉冲信号。据此，单片机可计算出叶轮13转数，并计算出用水量与用水额，裙式叶轮中心轴顶部镶有硬质合金小珠，长期使用不易磨损，各种指标不会下降。
[0038]如图4-图5所示，小流量、微流量的水流不能推动封在导流腔进水口7上部的防滴漏阀芯8，只能通过两个小水流进水孔10、小导流斜孔11流进导流腔12，产生的射流推动叶轮13转动，可大大降低始动流量。
[0039]如图6-图7所示，充值后单片机指挥电池35向减速电机17供电，电机输出轴18带动横极磁环19转动180°，到达卡点。电机输出轴18停止转动，电流突然增大，单片机指挥电池35断电。横极磁环19此时磁极换位，与前磁铁22产生推力，与后磁铁24产生吸力，滑动轴21向前运动。前针状阀芯23封住先导腔进水管26，同时后针状阀芯25将先导腔出水孔27打开，由于水表后腔4的水压高于先导腔20的水压，先导阀皮碗29向前运动，先导腔20中的水经先导腔出水孔27、出水管28从水表出水口 5排出，阀门开启。
[0040]该设计的动力传导为非接触式:减速电机17、电机输出轴18、横极磁环19与先导腔20绝对隔离，不与水接触，可减少故障率。
[0041]框式滑动轴21上固定的前磁铁22与后磁铁24磁极相反，与横极磁环19可同时产生吸力与推力，能成倍增加作用于框式滑动轴21的力。且框式滑动轴21向前移动时，前磁铁22远离横极磁环19，推力减小。但后磁铁24靠近横极磁环19，吸力增强，所以框式滑动轴21左右移动过程中，所产生的力始终是一致的。
[0042]先导阀开启状态下，用水户关阀停止用水，由于导流腔20与水表出水口 5无压力差，橡胶皮碗29弹力复位到关阀状态，水表出水口 5的水经由先导腔出水管28回流到先导腔20中。用水户开阀用水时，橡胶皮碗29恢复到开阀状态，先导腔20内的水又从先导腔出水管28排出。水表在长期使用中反复用水、停用水，橡胶皮碗29反复前后运动。水表出水口5的水由先导腔出水管28反复进出先导腔20。如水质差，水中杂质易在先导腔20内沉淀结垢，造成先导腔进水孔26、先导腔出水孔27堵塞，造成故障。现将先导腔出水管28进行了加长设计，先导腔出水管28内的容积为橡胶皮碗内腔容积的1.5-2倍，使管中水的容积量大于通过橡胶皮碗挤压进出先导腔20的水量，可使先导腔20的水只能在先导腔20与先导腔出水管28之间内循环，减少先导腔20外杂质进入先导腔20，降低故障率。加长的弯曲折回的先导腔出水管28还可在开关阀时延长橡胶皮碗29的工作时间，减小水垂现象。
[0043]橡胶皮碗29横向设计，可减少水表壳体I的制造难度，并使流经水表出水口5的水流顺畅，减小压力损失。
[0044]如图8-图9，当用户将水表中金额用完时，单片机指挥电池35反向向减速电机17供电。滑动轴21向后运动，先导阀进水孔26打开，同时，先导阀出水孔27封闭。水表后腔4的水经由进水孔26进入先导腔20，先导腔20的水压大于水表出水口 5的水压，皮碗29向后运动，阀门关闭。当剩余额还剩5m3当量金额时，阀门关闭。显示屏37显示速充值，一分钟后恢复开阀供水，提示用水户剩余额不多。
[0045]如图11所示，掀开上护盖33 O按动功能键38，显示屏37从休眠状态进入显示状态，显示屏37出现购水额界面，用冲完额的充值卡在充值区上方轻晃一下。闪光二极管39闪动，显示屏37显示购水金额，充值成功。如充值卡未充值或用非专用充值卡在充值接收区上方晃动，则闪光二极管39不闪动，显示屏37显示误操作。
[0046]实际中，始动流量、小流量、常用流量、大流量、最大流量等各流量段，叶轮13与流量的系数存在明显的差异。由于该表采用直接从叶轮13采集信号，单片机可对各流量段系数分别进行修正，可使误差曲线修正为直线。并可用修正卡在表外对个体误差分别进行再修正，可大大提高水表的计量精度。在使用中，由于我国个别地区水质差，长时间使用容易使表内结垢、机械磨损等造成的计量精度下降，也可现场表外误差修正。
[0047]修正方法:先设计制作+0.5%,-0.5%两张修正卡，通过功能键38将显示屏37调到修正界面。如水表计量流量小于实际流量，则用+0.5%的修正卡在感应接受区上方晃动一下，可提高0.5 %的计量流量，再晃动一下，又可增加0.5 %的计量流量，直到计量流量与实际流量一致为止。如计量流量大于实际流量，可用-0.5%的修正卡，用同法修正。还可分别制成高区、低区各流量段的+0.5%、-0.5%的多组修正卡，对各流量段的不同计量误差分别修正，此法可使该表具有极高的计量精度。
[0048]上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。
【主权项】
1.高精度射频卡全数字防水智能水表，包括水表壳体，水表壳体内设有水表前腔、水表后腔，水表前腔和水表后腔上方设有密封的电子仓，电子仓内设有单片机控制系统，其特征在于，水表前腔内设有防滴漏导流装置、金属探测传感装置，水表后腔内设有电动磁力先导阀，金属探测传感装置与单片机控制系统电联，电动磁力先导阀与单片机控制系统电联。2.根据权利要求1所述的高精度射频卡全数字防水智能水表，其特征在于，所述防滴漏导流装置，包括固定在水表前腔内的叶轮壳体，叶轮壳体上部为导流腔，下部为进水腔，进水腔下部设有过滤网、过滤网上方设有大水流进水口和小水流进水孔，大水流进水口通过大导流斜孔与导流腔相通，小水流进水孔通过小导流斜孔与导流腔相通，大水流进水口上方设有不锈钢冲压防滴漏阀芯、导流腔设有裙式叶轮，导流腔设有导流腔出水口与水表后腔相通。3.根据权利要求1所述的高精度射频卡全数字防水智能水表，其特征在于，所述金属探测传感装置包括置于导流腔顶部的金属探测传感器探头，以及镶嵌在裙式叶轮上部的不锈钢片。4.根据权利要求1所述的高精度射频卡全数字防水智能水表，其特征在于，所述电动磁力先导阀，包括固定在水表后腔的阀体，阀体上部设有减速电机，减速电机输出轴上固定横极磁环，横极磁环外的先导腔套装框式滑动轴，滑动轴前侧装有前磁铁、前针状阀芯，后侧装有与前磁铁磁极相反的后磁铁、后针状阀芯，对应前阀芯设有先导腔进水孔、对应后针状阀芯设有先导腔出水孔、先导腔出水孔对应弯曲折回的先导腔出水管，阀体后侧对应水表出水口的位置设有橡胶皮碗，先导腔出水管内容积为橡胶皮碗内腔容积的1.5-2倍。5.根据权利要求1所述的高精度射频卡全数字防水智能水表，其特征在于，所述的防滴漏阀芯为不锈钢冲压件。6.根据权利要求1所述的高精度射频卡全数字防水智能水表，其特征在于，所述的裙式叶轮中心轴顶部镶有硬质合金小珠。
【文档编号】G07F15/06GK106017578SQ201610529498
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】孙恩新, 孙振
【申请人】孙恩新