CN209820558U - 实时式编码直读远传水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实时式编码直读远传水表，主要包括远传模块组件等，叶轮组件位于水表内部的流道内，叶轮组件向上连接驱动齿轮系组件，齿轮系组件连接计数器组件，计数器组件连接到远传模块组件，远传模块组件进行数据上传。本实用新型采用独特的编码原理，保证每一字轮进位时不存在计数盲区，增设至六位计数字轮，保证进位的“同一性”设计；机芯组件模块化设计，有益于工艺改进，实现生产自动化；挡光罩组件的对称式扣合设计，节省元件生产的开模数量，降低生产成本；外部远传模块化分体独立设计；采用本企业自主研发的基于物联网技术—Lora Wan的远传方式。

Description

实时式编码直读远传水表

技术领域

本实用新型涉及水表的领域，具体涉及一种实时式编码直读远传水表。

背景技术

水表作为一种计量器具，具备对流经进出水口的累计流量与瞬时流量等重要数据进行测量的功能，按照计量设计原理可分为：容积式水表和速度式水表两大类。目前速度式测量水表为国内主要研究方向，主要包括：螺翼式与旋翼式水表。螺翼式水表属于旋涡式水表，具备较低的始动流量，耐磨性较好，但计量精度不如旋翼式水表，更适合管道直径大的用表场合。旋翼式水表适合居民用水等水量变化较大的场合，其发展历程主要为：普通编码机械水表、节能式机械水表、IC卡智能水表、智能远传水表；其中本实用新型所涉及到的实时式编码直读远传水表即属于智能远传水表领域。编码式光电直读远传水表没有脉冲输出，实时抄表询问发出后，编码器读码程序上电识别计数字轮位置，通过数字传感技术确保精确读出水表机械测量的实时数据，并通过有线或无线通讯技术传送至发讯平台(抄表器、集中器、水司大数据平台等)。编码器作为一种融合数字技术与计算机技术的数字式传感器，很大程度上决定了编码直读远传水表计量的精确性。

在实用新型专利《电子螺翼式智能小口径水表》2014103469872中，涉及到一种脉冲式螺翼远传水表的设计。其主要计量系统包括：机芯与信号线路板，信号杆通过接收螺翼叶轮上的磁钢的磁场信号，信号线路板传输脉冲信号，经过数字化处理，转换为流量值最终在液晶显示器显示。脉冲式远传水表以机械式水表为计量基表，配有霍尔元件等发讯装置，依据基表螺翼或旋翼转动计量向采集器传送计数脉冲等信号，易受到外界各类信号的干扰或物理震动引起错误脉冲、丢脉冲，管网水回流及计量表具内出现涡旋等水流造成多脉冲等，导致原始读数与实际读取的脉冲计数存在超出国标要求范围外的偏差。同时，脉冲式水表存在较编码光电直读水表更严重的耗电问题。该实用新型专利中采用了螺翼式叶轮，实现了水流的直进直出，减少了流体与表具间的摩擦力，提高了水表的灵敏度与使用寿命，但传统脉冲式计数原理的不稳定、丢数据、耗电等弊端仍未得到有效解决。

在实用新型专利《远传水表》2015200253842中，涉及到一种现在常用的编码式光电直读远传水表，该类水表没有脉冲输出，实时抄表询问发出，编码器读码程序上电识别字轮位置，通过数字传感技术确保精确读出水表机械测量的实时数据传送至发讯平台。专利所述的远传水表基表结构设计，包含表盘显示区、齿轮组区、电子采集模块区、叶轮区，电子采集模块区与叶轮区之间设有穿孔隔板，孔内设有传动轴，传动轴与隔板间设有动密封环保证水表电子模块的密封良好。机芯内的各主要组件未采用模块化设计思路，使得水表在生产过程中无法做到分体式组装、备货，且生产工艺流程复杂，不利于实现生产自动化趋势的发展需求。

在实用新型专利《光电直读水表》2016104207109中，涉及到一种克服普通光电直读式水表在读取时易出现的特别是在字轮转到两个数字之间进位时，经常出现的不确定进位状态，误读，读数不准等计数状态盲区的问题。实用新型了一种可及时处理异常数据的光电直读水表计数原理及基表技术。其计数原理包括光电模块、微控制器、存储模块、RTC定时模块和MBUS供电模块，其中光电模块包括计数器、发光元件和感光元件；光电模块用于将表示水流量的光信号转化为电信号，并将水流量信息发送至微控制器，微控制器主要用于控制光电模块工作，读取和校验水流量信息；存储模块主要用于存储水流量信息；RTC定时模块用于控制微控制器读取水流量信息的时间；MBUS供电模块用于向上述模块供电。该实用新型专利的供电方式为基表内无电池，信号采集时由总线瞬时供电。

在实用新型专利《光电直读水表》2013206084020中，涉及到编码式光电直读水表中因过载流量导致无法计量计数的缺陷，提供了一种增设偏心轮提高磁钢传动稳定性、延长使用寿命的光电直读水表的设计优化。其核心要点为对计量机构的改进。其中，计量机构包括叶轮盒、叶轮轴、叶轮、叶轮轴齿轮、调节隔板和偏心轴。叶轮轴下端与叶轮连接，顶端穿过调节隔板并同轴连接叶轮轴齿轮，偏心轴上设置有与中心齿轮轴下端的磁性元件相对应的磁环齿轮，磁环齿轮与叶轮轴齿轮啮合。增设的偏心轴和偏心齿轮有效减少了转速，增加了磁耦合力，提高了磁钢传动的稳定性，有效降低了过载流量导致的脱磁现象。这样的设计思路在以后的许多编码光电直读水表的计量部件设计中均有体现。

现有编码式水表还存在机芯结构复杂，安装工艺繁琐，检测流程低效等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种实时式编码直读远传水表。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种实时式编码直读远传水表，主要包括远传模块组件、齿轮系组件、计数器组件、叶轮组件，叶轮组件位于水表内部的流道内，叶轮组件向上连接驱动齿轮系组件，齿轮系组件连接计数器组件，计数器组件连接到远传模块组件，远传模块组件进行数据上传。所述计数器组件主要由字轮罩、字轮架、信号接收挡光罩组件、信号发送挡光罩组件、头字轮、圆周均布型字轮、字轮架上卡扣、字轮架下卡扣构成。所述头字轮、圆周均布型字轮的字轮端面具有码道，码道对字轮端面形成挡光和透光作用，字轮两侧分别沿同一圆周均匀分布若干光源和配对的相同数量的光敏元件。所述字轮罩为半开口卡扣式，其与字轮架通过卡扣组合，所述信号接收挡光罩组件、信号发送挡光罩组件采用了对称式卡扣结构；所述齿轮系组件主要包括拨轮组、拨轮安装杆、下夹板、齿轮组，拨轮安装杆控制拨轮组位置，齿轮系组件具备变速和计数功能并配合两位小数计数功能；所述拨轮组安装定位于齿轮系组件中的下夹板上。

所述计数器组件有效计量位数增至6位，有效计量范围0000.00-9999.99。

所述齿轮组中的齿轮为渐开线齿轮，采取经典的指针字轮组合式计数机构，采用两位红指针与六位计数轮结构，第一位字轮分格值为0.01m³。

所述远传模块组件为水表表罩与模块盒体分体式设计，采用卡扣与螺钉配合紧固，配合连接物联网读表方式。

这种多位计数轮计数方法，主要包括以下步骤：

(1)邻位数字分区进位判断方法:将沿字轮圆周均布的任意一个有效计数数字均分为三个角度区：#a、#b、#c，从最低位计数位数开始每三位计数数字为一线组，在一个线组(Line)内：

a)对全位判断指示值进行区分：哪些位于有进位发生的“进位结合”计数轮(9与0)，哪些位于无进位发生的“静止”计数轮(其他8位数字)；

b)确定进位结合的计数轮的有效指示值，并在电子判断范围内确认为属于转动轮组(数字处于#a或#c)；

c)确定固定计数轮读数，并在电子判断范围内确认属于静止轮组(数字处于#b)；

(2)在线组间的进位判断，依然借助线组间的首末两位的单数字分区方法，进行邻位进位判断，保证多位计数轮包括最高有效位全数同时进位发生时的同一性进位读数；

(3)进位完成瞬间读数，依靠传感器电子信息判断读出若干线组的最终正确示值。

本实用新型的有益效果为：本实用新型采用独特的编码原理，保证每一字轮进位时不存在计数盲区，增设至六位计数字轮，保证进位的“同一性”设计；采用多位计数轮机构及计数原理，能够准确无误地读取进位完成瞬间的正确示数；减少齿轮系齿轮数量，降低传动元件数量，提高传动可靠性；机芯组件模块化设计，有益于工艺改进，实现生产自动化；挡光罩组件的对称式扣合设计，节省元件生产的开模数量，降低生产成本；外部远传模块化分体独立设计，有利于实现在线更换水表电池、远传部件；采用本企业自主研发的基于物联网技术—Lora Wan的远传方式；使得本企业的水表自动化生产在行业内有望实现较大突破。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图。

图2为本实用新型的结构剖视图。

图3为本实用新型的计数器组件正面示意图。

图4为本实用新型的计数器组件轴测示意图。

图5为本实用新型的齿轮系组件正面示意图。

图6为本实用新型的齿轮系组件背面示意图。

图7为本实用新型的多位计数轮计数方法中线组示意图。

图8为本实用新型的多位计数轮计数方法中角度区示意图。

图9为本实用新型的八位计数字轮示例一示意图。

图10为本实用新型的八位计数字轮示例二示意图。

图11为本实用新型的远传模块组件的结构示意图。

附图标记说明：远传模块组件1、齿轮系组件2、计数器组件3、叶轮组件4、表罩11、分体式模块盒12、铅封螺钉13、卡环14、拨轮组21、拨轮安装杆22、下夹板23、齿轮组24、字轮罩31、字轮架32、信号接收挡光罩组件33、信号发送挡光罩组件34、头字轮35、圆周均布型字轮36、字轮架上卡扣37、字轮架下卡扣38。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

实施例1：如附图所示，这种实时式编码直读远传水表，主要包括远传模块组件1、齿轮系组件2、计数器组件3、叶轮组件4，叶轮组件4位于水表内部的流道内，叶轮组件4向上连接驱动齿轮系组件2，齿轮系组件2连接计数器组件3，计数器组件3连接到远传模块组件1，远传模块组件1进行数据上传。

计数器组件3主要由字轮罩31、字轮架32、信号接收挡光罩组件33、信号发送挡光罩组件34、头字轮35、圆周均布型字轮36、字轮架上卡扣37、字轮架下卡扣38构成。头字轮35、圆周均布型字轮36的字轮端面具有特制码道，码道对字轮端面形成挡光和透光作用，字轮两侧分别沿同一圆周均匀分布若干光源和配对的相同数量的光敏元件。抄表时电源接通供电发光管，发光管发出光线透过字轮码道对光敏元件产生挡光与透光作用，形成一组与数字对应的明暗信号，通过集成电路处理，对应每一分辨率区间有唯一的二进制数，输出与数字对应的具有唯一性的数字代码。计数器组件3有效计量位数增至6位，有效计量范围0000.00-9999.99。传统编码式远传水表有效显示计量位数多为四位，通过物联网远传技术实时抄收可显示的最小有效计量为1m³，对于日均用水量较少的计量水表几乎体现不出物联网实时抄收的优势，同时，较大的最低位显示计量值既无法实现管网漏损监测也无法严格保证水司要求的产销差率。因总体计数字轮的增加，在字轮同步进位一致性的精确读码技术上区别于普通四位计数字轮。通过自主研发的邻位进位判断与单数字分区方法相结合的编码进位技术，将多位有效计数字轮细分为不同线组，每个线组之间又依靠邻位进位判断，保证多位计数字轮在最大有效位数同时进位时的同一性读数，不存在计数盲区。字轮罩31为半开口卡扣式，其与字轮架32通过卡扣组合，省去了编码表原有机芯的螺钉式连接状态，简化了安装工艺。相比原有的封闭式结构，增加了计数字轮数量。信号接收挡光罩组件33、信号发送挡光罩组件34采用了新型对称式卡扣设计，改变了原有设计中的非对称式设计，节省了元件生产中的开模数量。

齿轮系组件2主要包括拨轮组21、拨轮安装杆22、下夹板23、齿轮组24，拨轮安装杆22控制拨轮组21位置，齿轮系组件2具备变速和计数功能并配合两位小数计数功能。拨轮组21安装定位于齿轮系组件2中的下夹板23上。拨轮组21与字轮的边缘进位齿轮间的啮合关系仍与原进位设计保持一致。可有效简化水表机芯的安装复杂程度，另外增设的拨轮安装杆22进一步保证了六位计数轮的全零位计数状态。齿轮组24中的齿轮为渐开线齿轮，在水表设计中起着变速和计数的关键作用，采取经典的指针字轮组合式计数机构，由四位红指针与四位计数轮升级为采用两位红指针与六位计数轮结构，第一位字轮分格值由原来的1m³变为0.01m³。齿轮组24中齿轮数数量的减少，有利于提高水表计数的稳定和可靠性。对于日均用水量较少的计量水表，增加有效计数字轮位数既可体现物联网实时抄收的优势，同时，精确的最低位显示计量值也实现了管网漏损监测同时又严格保证了水司要求的产销差率。

远传模块组件1为水表表罩与模块盒体分体式设计，采用卡扣与螺钉配合紧固，配合连接物联网读表方式。根据用户需求或安装环境限制，开发出具备几种不同功能的远传水表：NB-IoT、Lora、Lora Wan等物联网远传水表，有线远传水表等。相较于传统水表表罩与模块盒体为同一部件的方案，具有以下优势：现场安装水表远传模块组件1出现通讯故障、电池更换、电路板损坏等问题可以在线更换，无需拆除水表影响用户用水。而一体式设计出现任何问题均无法实现在线解决，需拆除水表，对水司和用户造成极大的不便和经济损失。

这种多位计数轮计数方法，主要包括以下步骤：

(1)邻位数字分区进位判断方法:将沿字轮圆周均布的任意一个有效计数数字均分为三个角度区：#a、#b、#c。从最低位计数位数开始每三位计数数字为一线组在一个线组(Line)内：

a)对全位判断指示值进行区分：哪些位于有进位发生的“进位结合”计数轮(9与0)；哪些位于无进位发生的“静止”计数轮(其他8位数字)；

b)确定进位结合的计数轮的有效指示值，并在电子判断范围内确认为属于转动轮组(数字处于#a或#c)；

c)确定固定计数轮读数，并在电子判断范围内确认属于静止轮组(数字处于#b)；

(2)在线组间的进位判断，依然借助线组间的首末两位的单数字分区方法，进行邻位进位判断，保证多位计数轮包括最高有效位全数同时进位发生时的同一性进位读数；

(3)进位完成瞬间读数，依靠传感器电子信息判断读出若干线组的最终正确示值。

以六位有效计数字轮为例，分析第一转动轮如7899.99与7900.00之间可能会产生的误码读取。按照该多位计数轮进位原理将全六位字轮分为两个线组，从最低位计数位数开始每三位计数数字为一线组，每两位计数字轮为一转动轮组，在同一转动轮组内取低位数字如0，将其按照占整圆的十分之一(36°)均分为三个区：0a区、0b区、0c区，高位数字同样分为三个数字区：0a区、0b区、0c区。以7899.99的进位分区判断为例：9c区与0a区时，计数有效值为进位：7900.00，9a区与0a区时，计数有效值为无进位计数：7899.99。以6888.95的进位分区判断为例：小数第一位数字9此时处于*b区位，第二位小数5处于*c区位，转动轮组内无进位发生，有效计数为6888.96。因当同一转动轮组内数字为：*b区时，为静止计数位，绝对值读数不存在进位判断范围，不会出现误读、错读风险；另以三位计数数字为一组线组，六位计数轮可分为两组线组，当总有效计数字轮增加时可按最小单位分组逐次增加总线组数，当计数总位数被3整除后余数不为零，则以余数(1或2)为一单独线组，邻位的进位判断依然按照转动轮组来进行。线组分组的划分读数方式，可有效降低当因计数位数过多，进位字轮有效指示数字线性度变差，由于机械制造等问题不可避免地将产生传动显示滞后问题，造成的字轮线呈斜线状态，将影响软件处理进程或对正确示值的判断造成偏差和误读等情况的出现，增加线组的进位判断处理软件的设计可有效降低对字轮进位的机械制造精度过高的需求。计数轮中，低位计数通过最后十分之一转，借助字轮圆周分布的与高位字轮相啮合的特殊进位齿轮使高位字轮发生进位，通过字轮径向沿圆环面积特殊分布的扇形或异形孔的透光与遮光，借助特殊软件识别字轮计数定位的收发信号，使得所设计的电路在读数瞬间读取到唯一的高低电平的二进制数字信号。

实施例2：如附图9所示，cdefgh处于无进位发生的静止计数轮，电子判断确认处于#b区。ab处于有进位发生数字区，电子判断b区处于4c与9c区。三个线组间存在两个二次判断，有无连续三位数字低位线组处于进位结合区，此例线组结合区不存在进位。据此电子读出正确示值：555555.50。

实施例3：如附图10所示，fgh处于无进位发生的静止计数轮，电子判断确认处于#b区。abcde处于有进位发生数字区，电子判断b区处于9c与0b区，c区处于9c与0a，d区处于8c与9b。三个线组间存在两个二次判断，有无连续三位数字低位线组处于进位结合区，d区与abc线组判断，abc存在全三位进位，d区处于8c与0a。据此电子读出正确示值：555590.00。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种实时式编码直读远传水表，其特征在于：主要包括远传模块组件(1)、齿轮系组件(2)、计数器组件(3)、叶轮组件(4)，叶轮组件(4)位于水表内部的流道内，叶轮组件(4)向上连接驱动齿轮系组件(2)，齿轮系组件(2)连接计数器组件(3)，计数器组件(3)连接到远传模块组件(1)，远传模块组件(1)进行数据上传；所述计数器组件(3)主要由字轮罩(31)、字轮架(32)、信号接收挡光罩组件(33)、信号发送挡光罩组件(34)、头字轮(35)、圆周均布型字轮(36)、字轮架上卡扣(37)、字轮架下卡扣(38)构成，所述信号接收挡光罩组件(33)、信号发送挡光罩组件(34)采用了对称式卡扣结构；所述字轮罩(31)为半开口卡扣式，其与字轮架(32)通过卡扣组合；所述头字轮(35)、圆周均布型字轮(36)的字轮端面具有码道，码道对字轮端面形成挡光和透光作用，字轮两侧分别沿同一圆周均匀分布若干光源和配对的相同数量的光敏元件；所述齿轮系组件(2)主要包括拨轮组(21)、拨轮安装杆(22)、下夹板(23)、齿轮组(24)，拨轮安装杆(22)控制拨轮组(21)位置，齿轮系组件(2)具备变速和计数功能并配合两位小数计数功能；所述拨轮组(21)安装定位于齿轮系组件(2)中的下夹板(23)上。

2.根据权利要求1所述的实时式编码直读远传水表，其特征在于：所述齿轮组(24)中的齿轮为渐开线齿轮，采取经典的指针字轮组合式计数机构，采用两位红指针与六位计数轮结构，第一位字轮分格值为0.01m³。

3.根据权利要求1所述的实时式编码直读远传水表，其特征在于：所述远传模块组件(1)主要由表罩(11)、分体式模块盒(12)、铅封螺钉(13)、卡环(14)构成，采用表罩(11)与分体式模块盒(12)分体式设计，采用卡环(14)与铅封螺钉(13)配合紧固，配合连接物联网读表方式。