专利名称：用于测量管道或渠道中水的流速流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量连续通过仪表的流体的流量和流速的领域，按国际专利分类表应为G01F1／00和G01P5／00。
现有技术中有多种流速流量计。例如电磁流量计、多普勒流量计、容积法流量计、流速计等。这些现有的流速流量计存在一些共同的问题1.造价太高，每台1000－5000元；2.功能不全测流量的不能测流速，测流速的不能测流量；测管道的不能测渠道，测渠道的不能测管道；3.测量精度不高，没有充分考虑管径不同的影响；并且是表头显示，温漂大；4.除流速计外灵敏度都不高例如只能测＞0.5米／秒的水流；5.操作麻烦，费时；6.体积大，笨重，不便移动和携带；7.适用范围小，例如只能测3英寸－8英寸管径的流量或流速；因此，本实用新型的目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种既可用于管道、又可用于渠道、既可测流量、又可测流速、既有高精度、高灵敏度、又便于操作的廉价的流速流量计。
为此，本实用新型的流速流量计包括一个叶轮式全密封探头，用于产生正弦电信号输出；以及一个测量装置；其改进在于该测量装置依次包括一个放大电路；一个整形电路；一个分频电路；一个门控电路；一个光电耦合电路；
一个计算器；此外，还包括一个产生第一定时信号和第二定时信号的定时电路，第一定时信号通过一个锁定电路加到门控电路的第一控制输入端，用于延迟一段时间准确控制门控电路的开启时间，第二定时信号直接连到门控电路的第二控制输入端，用于控制门控电路的关门时间；一个根据第一定时信号、在门控电路的开门期间锁住门控电路的锁定电路。
按照本实用新型的最佳实施例放大电路为由与非门搭成的两级放大电路；整形电路为由两个与非门组成的单稳态电路；分频电路为由IC4018构成的六分频电路；门控电路为一个或门；定时电路由IC4060和4040，以及频率为32768Hz的晶振搭成，并以周期为8秒的输出信号的前半周为第一定时信号，以周期为128秒的输出信号的前半周为第二定时信号；锁定电路由两个或非门组成；光电耦合器为4N25；计算器为各种类型的小型计算器。
下面参照附图详细描述本实用新型的实施例，其中
图1为本实用新型流速流量计的总体方块图；图2为本实用新型流速流量计中的探头结构示意图；图3为本实用新型流速流量计实施例电原理图。
图1为本实用新型的流速流量计的总体方块图。该流速流量计包括探头1、放大电路2、整形电路3、分频电路4、信号门控电路5、光电耦合电路6、通用小型计算器7、定时电路8和锁定电路9。
探头1是叶轮孔口式，即插入管道的出水口处进行测量。叶轮在水流冲击下旋转，使在叶轮轴上装配的磁钢旋转，产生旋转磁场。旋转磁场使其中的线圈产生微弱的正弦波电信号输出。
由于计算器需要较大幅度的方波信号，所以探头1的输出信号必须经过放大电路2的放大和整形电路3的整形。可以使用现有技术中各种公知的放大电路和整形电路来实现上述目的。
由于计算器的频率响应差，所以必须把整形电路3的输出方波信号经分频电路4进行适当的分频，以适应于所选用的计算器。当然现有技术中有多种多样的分频电路4，并且可选择不同的分频比率。
分频电路4输出的测量信号脉冲输出至信号门控电路5的输入端等待定时信号的到来。可以使用各种多输入端逻辑门电路构成本实用新型的门控电路，例如用或非门电路。
可以用许多已有的器件搭成所需要的定时电路8，并可选择适合于测量需要的各种定时时间。但不能把定时电路8的输出直接加到门控电路5的控制端。这是因为定时电路起动快慢的重复性较差，放大电路起动快慢的重复性也较差。因此有时会发生定时已经开始但信号尚未到达，或者定时尚未开始信号就已送出计数了，从而会造成很大测量误差。
为此，从本实用新型装置中的定时电路中引出两个定时信号第一定时信号TR1用于通过锁定电路9加到门控电路5的第一控制端，用于延迟一段时间后精确控制门控电路5的测量起动时间(即开门时间)；第二定时信号TR2直接连接到门控电路5的第二控制端，用于控制门控电路5的测量终止时间(即关门时间)。锁定电路5可以使用逻辑门电路实现，例如使用两个或非门。其连接关系应使一旦门控电路开启，锁定电路即锁住了门控电路，其状态不再变化，直至终止时间为止。
经信号门控电路5输出的测量信号脉冲通过光电耦合电路6输入到小型计算器7中累加和显示，只要将电路6的输出连接到计算7的等号键上并短接加号键即可。为了直接显示出流速或流量值，先要在计算器7上输入流量或流速系数(即一个脉冲对应的流量值和流速值)。
光电耦合电路6和计算器7都可使用市面上出售的商品，可为各种型号的商品。
图2为本实用新型的流速流量计的探头1的结构示意图。其中包括如前所述的叶轮22、叶轮轴23、固定在磁钢架26上的磁钢25、线圈29和信号引出线30、31。如图2所示的在本仪器中采用的探头1为以空气为密封介质的全密封结构探头，它采用多个套筒组成的嵌套结构，利用空气作为密封介质对探头进行密封。由于这种探头是现有技术中的一种公知的产品中的探头，因此这里对图2中的其它部件不作详细地描述。
叶轮22在水流冲击下每转一周，就输出一个正弦脉冲信号。在测量时间一定的情况下，流速越大(即流量高)，叶轮22转的越快，探头输出的脉冲信号越多。通过标准的流速流量计，例如使用堰箱法的流速、流量计，针对每一种相关的管径，确定出每个输出脉冲和流速、流量的对应关系，即确定出流速和流量系数，并将其输入计算器，即可在计算器上累加并显示出所测的流速或流量的数值。值得注意的是，在累加前必须通过开关短接计算器上的加号键上的两条线。
本说明书未尾所附的表格即表示针对不同的管径，用堰箱法测出的流量系数和流速系数。测量时，要先将这些系数输入计算器，然后再根据输入计算器中的脉冲个数进行累加和显示。
图3为本实用新型流速流量计实施例的电气原理图。其中C1、R1和反相器F1和F2组成放大输入信号IN的两级放大电路；反相器F3、F4以及R2、C2、R3组成单稳态整形电路；整形电路输出的方波信号经IC4018组成的六分频电路输出至门控电路OR1的输入端等待，OR1为普通的或非门电路例如4025；IC4060和晶振Q、R8、C5，以及IC4040组成定时电路。晶振Q的振荡频率可选为32768Hz。按如图3中所示的接法，IC4060组成14级分频器，最后一级分频器输出2Hz／s的信号；该信号再经IC4040进一步分频，在IC4040的13脚输出一个周期为128秒的信号。该电路中的定时只使用其前半周(64秒)的低电平信号。当该信号的下半周的上升沿到来时(高电平)，该信号加到门控电路OR1的第3脚(第二控制端)时，使或非门OR1关闭，即停止计数。因此IC4040的第13脚输出的信号即为第二定时信号TR2，它决定了信号测量的终止时刻。IC4040的第5脚和或非门OR3的输入端相连。或非门OR2和OR3组成了锁定电路。当晶振Q起动后，刚好在第4秒时在IC4040的第5脚输出一个高电平，即OR3输入一个高电平，OR3输出一个低电平。这个低电平输出接到OR1的第一控制端，使门控电路OR1开门，为测量脉冲“放行”。OR3的输出端还接至OR2的输入端，OR2的输出端又接至OR3的输入端，从而使门控电路被“锁住”，即不管以后5脚电位如何变化，锁定电路一直保持低电平输出，为测量信号放行，直到测量终止信号来到时为止。因此，门控电路OR1的信号开门时间(即测量时间)为64秒－4秒＝60秒。这个60秒的时间是由两个上升沿之间决定的时间，因此十分精确。
门控电路OR1的输出经光电耦合器4N25输入到计算器J的等号键接线X、Y上。
和现有技术中的流速流量计相比，本实用新型的流速流量计具有下述优点1.功能齐全可测管道，也可测渠道；既可测流速，也可测流量；只要在计算器上输入不同的系数即可。
2.测量精度高由于采用了带锁定电路的精确的定时电路，使管道流量的测量精度好于±2％，管道流速的精度也为±2％；3.测量的灵敏度高由于采用了放大及整形电路，使探头输出的微弱正弦信号得以放大和整形，因此灵敏度高于现有的各种流速、流量计，可测的最小流速为0.03米／秒；4.适应范围大管径范围为30－200mm；流速范围为0.03－5m／秒；流量范围为1－1000m／小时。
5.重复性能好同一台仪器重复测量误差小于±0.2％；多台仪器测同一被测对象的相对误差小于±0.2％；6.使用集成电路和小型计算器，使整机的体积小、重量轻、便于携带。如使用CMOS集成电路，功耗很小，可用普通5号电池供电；
7.操作简单、省时、使用方便只要将相关的系数输入计算器，并将探头插入管中央测量1分钟并拨动开关即可在计算器显示屏上读出流速或流量值。
8.成本低、售价低、便于推广普及包括探头在内的整机成本费不足80元／台。
权利要求1.一种用于测量管道或渠道中水的流速流量计，包括一个叶轮式全密封探头，所说探头的叶轮在水流冲击下旋转，所说叶轮带动固定在叶轮轴上的磁钢转动，产生旋转磁场，使处于所说磁场中的线圈产生正弦电信号输出；以及一个用于定时测量所说正弦电信号的测量装置；其特征在于所说测量装置包括一个将所说正弦电信号放大至需要幅度的放大电路；一个将放大了的正弦电信号整形成方波信号的整形电路；一个对所说方波信号进行适当分频的分频电路；一个控制经过分频的所说的方波信号输出时间的门控电路，所说门控电路还有一个第一控制输入端和一个第二控制输入端；一个用于产生第一定时信号和第二定时信号的定时电路，所说第一定时信号通过一个锁定电路加到所说门控电路的所说第一控制输入端，用于延迟一段时间准确控制所说门控电路的开启时间；所说第二定时信号直接连接到所说门控电路的所说第二控制输入端，用于控制所说门控电路的关门时间；一个根据所说第一定时信号，在所说门控电路的开门期间锁住所说门控电路的锁定电路；一个光电耦合电路，用于将门控电路开门期间输出的方波脉冲输出给一个小型计算器的等号键；以及一个小型计算器，用于在输入了流速系数或流量系数并短接了加号键两条线后累加并显示测量到的流量或流速值。
2.一种如权利要求1所述的流速流量计，其特征在于所说的放大电路为由与非门搭成的两级放大电路；所说的整形电路为由两个与非门组成的单稳态电路；所说分频电路是由集成电路4018构成的六分频电路；所说的门控电路为一个或门；所说定时电路由集成电路4060和4040以及振荡频率为32768Hz的晶振搭成的；并以周期为8秒的输出信号的前半周为第一定时信号，以周期为128秒的输出信号的前半周为第二定时信号；所说的锁定电路由两个或非门组成；所说的光电耦合器为4N25；所说的计算器为各种类型的小型计算器。
专利摘要一种用于测量管道或渠道中水的流速流量计，属于测量连续通过仪表的流体的流量或流速的领域(IPCG01F1/00；G01P5/00)。
该仪器包括叶轮式全密封探头、放大电路、整形电路、分频电路、门控电路、定时电路、锁定电路、光电耦合电路、以及小型计算器，具有功能全、精度高、灵敏度高、适应范围大、重复性好、体积小、重量轻、操作简单、成本低便于普及等优点，可广泛用于城、乡管道或渠道的流量或流速的测量。
文档编号G01F1/56GK2135141SQ9223637
公开日1993年6月2日 申请日期1992年10月17日 优先权日1992年10月17日
发明者陈占喜, 王端琒, 王可新, 阴小恋, 冯风利 申请人:陈占喜