一种滴水测量装置及测量方法

摘要

本发明提出了一种滴水测量装置，包括：第一温度传感器和第二温度传感器；第一温度传感器设置在密闭的电路板上，第二温度传感器设置在水表进水段至出水段内侧，第一温度传感器输出信号与第二温度传感器输出信号进行减法运算，得到的电压差值与水流流速相对应，计时器的计时信号与所述电压差值相乘得出滴水计量值。本发明用平衡后的静水温度与滴水的流水温度的变化值，以及环境温度参照值就可以准确判断滴水现象，而滴水的大小与温度差值的绝对值成正比，当差值大到某一值时，水表叶轮转动，滴水测量装置即可终止滴水计量，微流时，可以计量，而流量大时转换为叶轮式水表的机械式计量；由于温度传感器由不锈钢管密封，所以使用寿命长。

权利要求

1.一种滴水测量装置，包括叶轮式水表基表，其特征在于，还包括：第一温度传感器和第二温度传感器；第一温度传感器设置在密闭的电路板上，第一温度传感器输出信号表征环境温度；第二温度传感器设置在水表进水段至出水段内侧，第二温度传感器输出信号表征基表出水管内水温；第一温度传感器输出信号与第二温度传感器输出信号进行减法运算，得到的电压差值与水流流速相对应，计时器的计时信号与所述电压差值相乘得出滴水计量值；

所述第一温度传感器为设置在电路板上的第一温敏电阻，所述第二温度传感器为设置在水表进水段内侧的第二温敏电阻，还包括恒流源，为所述第一温敏电阻和第二温敏电阻提供恒定电流，第一温敏电阻与第二温敏电阻的电压差值与水流流速相对应；

所述第一温敏电阻两端还并联有第一电容器，第二温敏电阻两端还并联有第二电容器；

还包括计时电容器和单片机，所述第一温敏电阻的输出电压和所述第二温敏电阻的输出电压分时对所述计时电容器充电，计时电容器的输出电压与参考电压在比较器相比较，比较器输出端输出高低电平脉冲，脉冲宽度代表温敏电阻的阻值；所述脉冲信号送入单片机，单片机内部定时器记录脉冲高电平时间，与预存的电阻值表相匹配，得到相应的电阻值；单片机内部运算逻辑对第一温敏电阻和第二温敏电阻的电阻值进行减法运算得到电阻差值，电阻差值与电压差值成比例，进而得到水流流速。

2.如权利要求1所述的滴水测量装置，其特征在于，还包括上限阈值电阻和下限阈值电阻，所述恒流源为所述上限阈值电阻和下限阈值电阻提供恒定电流，上限阈值电阻或者下限阈值电阻的输出电压对计时电容器充电，上限阈值电阻和下限阈值电阻分别对应所述电阻值表的上限值和下限值。

3.如权利要求2所述的滴水测量装置，其特征在于，所述第一温敏电阻、第二温敏电阻、上限阈值电阻和下限阈值电阻通过四选一开关与所述计时电容器相连接。

4.如权利要求3所述的滴水测量装置，其特征在于，所述第一温敏电阻、第二温敏电阻、上限阈值电阻和下限阈值电阻通过四选一开关与所述恒流源相连接。

5.基于权利要求1-4任一项所述的滴水测量装置进行滴水测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，设定温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH；

步骤(2)，在一个计量采样时间τ内，采集水表基表出水管内水温TW、环境温度TO、水表基表所测水流量GY，计算温度差TC＝|TO-TW|；

步骤(3)，当GY>0时，则水用户流量为G＝GY，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

步骤 (4) ，当G Y＝ 0并 且T C＞ TC L时 ，则水 用 户流 量 为滴 水流 量其中C1、C2和C3为加权系数，转入步骤(2)；

步骤(5)，当GY＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

6.如权利要求5所述的滴水测量的方法，其特征在于，设定所述温差高阈值TCH＝3℃。

7.如权利要求5所述的滴水测量的方法，其特征在于，所述C1的范围区间为0～6，单位为L/h；所述C2的范围区间为-3000～-0.001，单位为 所述C3的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。

说明书

一种滴水测量装置及测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及计量技术领域，特别涉及一种滴水测量装置，还涉及一种滴水测量方法。

背景技术

[0002] 水表是一种计量工具，用于对用水户的用水量进行计量，其工作原理为：水流从水表的进水口冲击叶轮，叶轮转动并传递给计数器，通过计数器记录用水户的用水量。

[0003] 中国专利文献CN2872026Y公开了一种多功能磁控表前阀，采用磁性原理实现防滴漏和止回功能，当表后龙头滴漏时，利用活塞两端形成的水压差，水流将活塞瞬间冲开，一股较大的水流进入水表计量，起到滴漏计量的作用。但该技术方案存在以下问题：1、阀门采用活塞密封，对加工精度要求非常高，否则会有微小渗漏；2、活塞密封还可能被渣滓卡住，导致阀门关闭不严，细小水流通过阀门，从而失去了防滴漏的作用；3、阀门内部装有磁钢，流体中如有导磁物会被吸附在磁钢上，降低了阀的可靠性。

[0004] 中国专利号ZL200520030632.9公开了一种滴水计量水表，该水表表壳的底部为进水腔，上部为计量腔，进水腔和计量腔均设有出水口，计量腔出水口管体设置成内外套管夹层结构，内套管与计量腔连通，夹层内的尾部设有一圈弹性隔膜，弹性隔膜内圈成一密封滴水贮水腔，该滴水贮水腔与表本体的进水腔连通，内套管内滑动设有一阀板，阀板内侧的内套管上固定有一个内扩外缩的漏斗式弹性出水嘴，出水嘴的口沿口径尺寸小于阀板的尺寸且口沿与阀板密封启闭配合，阀板的外侧设有一推压弹簧，阀板外侧的内套管壁上设有出水孔，出水孔的位置处于阀板前后启闭移动的范围内。

[0005] 该专利的原理是：通过隔膜隔出贮水仓，当滴水时，先从贮水仓放水，当贮水仓水放完后，打开通道，计量一次，再次储满贮水仓，实现滴水时水表间歇计量。隔膜破裂后，不能滴水计量。

[0006] 该专利虽然具有良好的滴水计量效果，但由于其在进水腔设有一个进水口与贮水腔连通，这种结构在弹性隔膜破裂时，进水腔的水会直接通过滴水贮水腔，而不经过水表机芯计量直接流出水表出水口，其造成的结果不但起不到滴水计量的目的，而且连正常的水流计量也不准确。

[0007] 现有的民用水表主要是旋翼式水表，这种结构的水表由于旋翼叶片存在一定的摩擦阻力，当水流为微小流量时，水流冲击力过小，就无法推动旋翼叶片旋转，也就无法驱动指示机构指示流量。一般水流流量在10升/小时以下时，就无法计量。为此，可以计量微小流量的水表被设计出来，专利号为ZL02241975.6的发明专利公开了一种水表，该水表在计量机构下方增设一个具有锥度的沉铁，使表壳的对应部位的内经收缩使其与沉铁的锥度相吻合，同时在沉铁的中央设置一中流阀，并在中流阀的中央设有中心导管，并与沉铁中的平型导管与计量机构直接连通；当水流大时，沉铁被顶起，水流从沉铁周围的大通道流过，进入计量机构并计数；当水流微小时，由于沉铁的自重，其与表壳直接形成封闭，水流从沉铁中央的中流阀之中心导管并经与之对直的沉铁之平型导管直接进入计量机构，实现计数。该专利是采用浮球的原理，当滴水时，阀芯下沉，堵住进水口，从侧壁口进水推动叶轮转动，实现计量；当大流量时，阀芯上浮，堵住侧壁口，从进水口进水，推动叶轮转动，实现计量。但是一旦有杂质进入则会阻挡阀芯下沉，从而失去滴水计量的效果。

[0008] 专利号为200610155151.X的专利申请通过用两块磁铁吸合来遮挡进水口的方法从而使水流从镂空处穿过推动叶轮转动的方法来达到滴水计量的效果，但是时间长了之后，磁铁会因为吸附水中的铁质杂质而使得磁力下降，也就是说时间长之后，该种滴水计量表将失去滴水计量的效果。

发明内容

[0009] 本发明提出一种滴水测量装置及测量方法，利用环境温度与水表内入水口温度的差值得出滴水计量，解决了现有技术中低流速时水流计量不准确的问题。

[0010] 本发明的技术方案是这样实现的：

[0011] 一种滴水测量装置，包括：第一温度传感器和第二温度传感器；在某个室温环境(温度2℃～40℃)，达到基本热平衡状态时，环境温度与水表内入水口温度有温度差，如果这时按照某种速率让水龙头滴水(比如3L/h)，那么温度达到平衡时的温度差会变化。如果这个温差值增大，说明滴水速度更大。因此，用平衡后的静水温度与滴水的流水温度的变化值，以及环境温度参照值就可以准确判断滴水现象。

[0012] 第一温度传感器设置在与环境有隔离层且密封的电路板上，以保障传感器不受风流影响，第二温度传感器设置在水表进水段至出水段内侧，第一温度传感器输出信号与第二温度传感器输出信号进行减法运算，得到的电压差值与水流流速相对应，计时器的计时信号与所述电压差值相乘得出滴水计量值。

[0013] 可选地，所述第一温度传感器为设置在电路板上的第一温敏电阻，所述第二温度传感器为设置在水表进水段内侧的第二温敏电阻，还包括恒流源，为所述第一温敏电阻和第二温敏电阻提供恒定电流，第一温敏电阻与第二温敏电阻的电压差值与水流流速相对应。

[0014] 可选地，所述第一温敏电阻两端还并联有第一电容器，第二温敏电阻两端还并联有第二电容器。

[0015] 可选地，本发明的滴水测量装置，还包括计时电容器和单片机，所述第一温敏电阻的输出电压和所述第二温敏电阻的输出电压分时对所述计时电容器充电，计时电容器的输出电压与参考电压在比较器相比较，比较器输出端输出高低电平脉冲，脉冲宽度代表温敏电阻的阻值；所述脉冲信号送入单片机，单片机内部定时器记录脉冲高电平时间，与预存的电阻值表相匹配，得到相应的电阻值；单片机内部运算逻辑对第一温敏电阻和第二温敏电阻的电阻值进行减法运算得到电阻差值，电阻差值与电压差值成比例，进而得到水流流速。

[0016] 可选地，本发明的滴水测量装置，还包括上限阈值电阻和下限阈值电阻，所述恒流源为所述上限阈值电阻和下限阈值电阻提供恒定电流，上限阈值电阻或者下限阈值电阻的输出电压对计时电容器充电，上限阈值电阻和下限阈值电阻分别对应所述电阻值表的上限值和下限值。

[0017] 可选地，所述第一温敏电阻、第二温敏电阻、上限阈值电阻和下限阈值电阻通过四选一开关与所述计时电容器相连接。

[0018] 可选地，所述第一温敏电阻、第二温敏电阻、上限阈值电阻和下限阈值电阻通过四选一开关与所述恒流源相连接。

[0019] 可选地，所述两套四选一开关为CD4052芯片。

[0020] 可选地，上述的滴水测量装置，所述第一温敏电阻和第二温敏电阻为PT1000封装。

[0021] 基于上述滴水测量装置，本发明还提出了一种滴水测量方法，包括以下步骤：

[0022] 步骤(1)，设定温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH；

[0023] 步骤(2)，在一个计量采样时间τ内，采集基表出水管内水温TW、环境温度TO、水表基表所测水流量GY，计算温度差TC＝|TO-TW|；

[0024] 步骤(3)，当GY>0时，则水用户流量为G＝GY，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

[0025] 步骤(4) ，当GY＝0并且TC＞TCL时 ，则水用户流量为滴水流量其中C1、C3和C3为加权系数，转入步骤(2)；

[0026] 步骤(5)，当GY＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

[0027] 可选地，上述方法中，设定温差高阈值TCH＝3℃。

[0028] 可选地，所述C1的范围区间为0～6，单位为L/h；所述C2的范围区间为-3000～-0.001，单位为 所述C3的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。

[0029] 本发明的有益效果是：

[0030] (1)与现有的叶轮水表相结合，用平衡后的静水温度与滴水的流水温度的变化值，以及环境温度参照值就可以准确判断滴水现象，而滴水的大小与温度差值的绝对值成正比，低流速时测量精确；

[0031] (2)当差值大到某一值时，水表叶轮转动，滴水测量装置即可终止滴水计量，由于大流速时采用叶轮水表计量，使用寿命长。

附图说明

[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0033] 图1为本发明滴水测量装置的电路控制框图；

[0034] 图2为本发明滴水测量装置的实施例一的电路图；

[0035] 图3为本发明滴水测量装置的实施例二的电路图；

[0036] 图4为本发明滴水测量装置的实施例三的电路图；

[0037] 图5为本发明滴水测量装置的实施例四的电路图。

具体实施方式

[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 在某个室温环境(温度2℃～40℃)，达到基本热平衡状态时，环境温度与水表内入水口温度有温度差，如果这时按照某种速率让水龙头滴水(比如3L/h)，那么温度达到平衡时的温度差会变化。如果这个温差值增大，说明滴水速度更大。因此，用平衡后的静水温度与滴水的流水温度的变化值，以及环境温度参照值就可以准确判断滴水现象。而滴水的大小与温度差值的绝对值成正比，当差值大到某一值时，叶轮转动，可采用传统的水表进行计量。

[0040] 如图1所示，本发明的一种滴水测量装置，在叶轮式水表基表的基础上，还包括：第一温度传感器和第二温度传感器；第一温度传感器设置在与环境有隔离层且密封的电路板上，以保障传感器不受风流影响，第一温度传感器输出信号表征环境温度TO；第二温度传感器设置在水表进水段至出水段内侧，第二温度传感器输出信号表征基表出水管内水温TW，第一温度传感器输出信号与第二温度传感器输出信号通过减法器电路进行减法运算，得到的电压差值与水流流速相对应，计时器的计时信号与所述电压差值相乘得出滴水计量值。上述运算逻辑可以通过现有的单片机中的加法器、乘法器和计时器实现。优选地，第二温度传感器由不锈钢管密封，使用寿命长。

[0041] 本发明的滴水测量装置与现有的叶轮水表相结合，用平衡后的静水温度与滴水的流水温度的变化值，以及环境温度参照值就可以准确判断滴水现象，而滴水的大小与温度差值的绝对值成正比，当差值大到某一值时，水表叶轮转动，滴水测量装置即可终止滴水计量。

[0042] 下面对本发明滴水测量装置的工作原理进行详细说明。

[0043] 水用户的水表通常都安装在室内，水用户室内自来水管道内的自来水水温TW与水用户室内的环境温度TO，总是存在明显的温度差TC＝|TO-TW|，通常温度差TC为3-8℃。在温度差TC的驱动下，水用户室内自来水管道内的自来水会与水用户室内环境之间进行传热，从而导致TC值下降，根据大量实验数据、模拟计算及传热学理论可知：在水表计量的一个采样时间周期τ内，例如τ＝100ms，水用户用水量越大，则TC值下降幅度就越小；水用户用水量越大，TC值下降速率TC/τ也越小；即水用户用水量与TC值下降幅度以及TC值下降速率成单调的减函数关系。当流经本发明滴水测量装置的水流量为水用户正常流量时，因为水用户正常流量下的流速较大，管内自来水与环境不能取得热平衡，表现为TC值较大，在这种状况下，水流动力可驱动水表基表的叶轮转动，就用水表基表叶轮来测量水用户的水流量；当流经滴水测量装置的水流量为滴水流量时，虽然水用户的水流量微小或流速很低，但管内自来水与环境还是不能取得热平衡，表现为TC值较小，这种状况下TC值反映出水用户采用滴水流量方式收集自来水，或者水用户的自来水龙头没有完全关闭而在漏水；当流经热感式滴水表的水流量为零或接近零时，管内自来水与环境在短时间内很容易取得热平衡，表现为TC值为零或TC值接近零，这种状况下的TC值反映出水用户不用自来水，或者水用户的自来水龙头完全关闭。上述表明，TC＝|TO-TW|的大小，可用来判断水用户使用自来水流量的状况，由此建立两个判别自来水流经滴水测量装置水流量大小的温差阈值，并且这两个温差阈值还是动态变化的。当流经热感式滴水表的水流量为水用户正常流量，温差阈值为温差高阈值TCH，例如TCH＝3℃，当流经热感式滴水表的自来水流量为滴水流量时，温差阈值为温差低阈值TCL，例如TCL＝0.1×TCH；当流经热感式滴水表的自来水流量为零即水流静止时，温差阈值为零或接近零。

[0044] 下面结合具体的实施例对本发明的滴水测量装置的结构进行详细说明。

[0045] 实施例一

[0046] 如图2所示，第一温度传感器为设置在电路板上的第一温敏电阻R1，第二温度传感器为设置在水表进水段内侧的第二温敏电阻R2，还包括恒流源Is，为第一温敏电阻R1和第二温敏电阻R2提供恒定电流。如上所述，滴水的大小与温度差值的绝对值成正比，对于本实施例，温敏电阻的阻值与温度成线性关系，温度差值对应为第一温敏电阻与第二温敏电阻的阻值差，在恒流源Is的恒流作用下，同时对应为电压差值。优选地，第一温敏电阻两端还并联有第一电容器C1，第二温敏电阻两端还并联有第二电容器C2。

[0047] 对于阻容充电电路，电容器的充电时间与电阻值成比例，因此，本实施例将阻值的测量和计算转换为对充电时间的计算，简化了电路结构，如图2所示，滴水测量装置还包括计时电容器C3和单片机，第一温敏电阻R1的输出电压和第二温敏电阻R2的输出电压通过二选一开关K1分时对计时电容器C3充电，计时电容器C3的输出电压与参考电压在比较器A相比较，比较器输出端输出高低电平脉冲，脉冲宽度代表温敏电阻的阻值。比较器A输出的脉冲信号送入单片机，本实施例中单片机并不限于侠义的单片机，还包括DSP或者ARM等数字信号处理器。

[0048] 单片机内部定时器记录脉冲高电平时间，高电平时间代表温敏电阻的电阻值大小，然后与存储器预存的电阻值表相匹配，得到相应的电阻值；单片机内部运算逻辑对第一温敏电阻和第二温敏电阻的电阻值进行减法运算得到电阻差值，电阻差值与电压差值成比例，进而得到水流流速。计时器与水流流速相乘得到出滴水计量，计时器可以采用外置计时器，也可以采用单片机内部计时器。

[0049] 上述单片机内部定时器、运算逻辑和存储器设置均采用现有的设置方式，阻值表的精度由单片机自身的位数决定，单片机的设置并不涉及对现有技术的改进。

[0050] 实施例二

[0051] 对于电阻，不同的环境温度会带来不同程度的温漂，而电阻值表是预先存储到单片机的存储器中的，为了解决电阻值温漂带来的误差，如图3所示，本实施例的滴水测量装置在实施例一的基础上，还包括上限阈值电阻R3和下限阈值电阻R4，恒流源Is为上限阈值电阻R3和下限阈值电阻R4提供恒定电流，上限阈值电阻R3或者下限阈值电阻R4的输出电压分别对计时电容器C3充电。上限阈值电阻R3和下限阈值电阻R4分别对应所述电阻值表的上限值和下限值，也即对应温敏电阻的上限值和下限值。由于上限阈值电阻R3、下限阈值电阻R4、第一温敏电阻R1和第二温敏电阻R2的温漂相同，因此，通过对上限阈值电阻R3和下限阈值电阻R4的采样可以解决电阻温漂带来的计量误差。

[0052] 优选地，上述第一温敏电阻R1、第二温敏电阻R2、上限阈值电阻R3和下限阈值电阻R4通过四选一开关K2与计时电容器C3相连接，分时对计时电容器C3充电，也即分时测量计算阻值。

[0053] 实施例三

[0054] 如图4所示，本实施例在实施例二的基础上，第一温敏电阻R1、第二温敏电阻R2、上限阈值电阻R3和下限阈值电阻R4通过四选一开关K3与所述恒流源Is并联连接，进一步简化了电路结构。

[0055] 实施例四

[0056] 如图5所示，本实施例在实施例三的基础上，上述两套四选一开关为CD4052芯片。通过集成电路芯片进一步简化电路结构。

[0057] 优选地，上述各个实施例中，第一温敏电阻R1和第二温敏电阻R2为PT1000贴片封装。上述各元件参数可以参考如下设计：上限阈值电阻R3＝1.4KΩ，下限阈值电阻R4＝1KΩ，第一电容器C1和第二电容器C2为0.1μF。

[0058] 基于上述滴水测量装置，本发明还提供了一种滴水测量方法，包括以下步骤：

[0059] 步骤(1)，设定温差高阈值TCH和温差低阈值TCL，TCL＝0.1×TCH，优选地，设定温差高阈值TCH＝3℃；

[0060] 步骤(2)，在一个计量采样时间τ内，采集基表出水管内水温TW、环境温度TO、水表基表所测水流量GY，计算温度差TC＝|TO-TW|；

[0061] 步骤(3)，当GY>0时，则水用户流量为G＝GY，并令TCH＝TC和TCL＝0.1×TCH，转入步骤(2)；

[0062] 步骤(4) ，当GY＝0并且TC＞TCL时 ，则水用户流量为滴水流量其中C1、C3和C3为加权系数，转入步骤(2)；

[0063] 步骤(5)，当GY＝0并且TC≤TCL时，则水用户流量为G＝0，转入步骤(2)。

[0064] 上述步骤(4)中，C1的范围区间为0～6，单位为L/h；C2的范围区间为-3000～-0.001，单位为 C3的范围区间为-2～-0.001，单位为L/h。

[0065] 本发明的滴水测量装置与现有的叶轮水表相结合，用平衡后的静水温度与滴水的流水温度的变化值，以及环境温度参照值就可以准确判断滴水现象，而滴水的大小与温度差值的绝对值成正比，当差值大到某一值时，水表叶轮转动，滴水测量装置即可终止滴水计量，低流速时测量精确，而且由于大流速时采用叶轮水表计量，使用寿命长。

[0066] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。