專利名稱：超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種流量測(cè)量?jī)x器，尤其涉及一種超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)。
背景技術(shù)：
流量是工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、能源計(jì)量及社會(huì)生活等領(lǐng)域中需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。做好流量計(jì)量工作，對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)操作工藝、促進(jìn)科技進(jìn)步等都具有至關(guān)重要的作用。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度越來(lái)越高的當(dāng)今時(shí)代，流量計(jì)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。橢圓齒輪流量計(jì)作為容積式計(jì)量的一種，具有計(jì)量精度高、對(duì)上游流動(dòng)狀態(tài)變化不敏感、安裝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、 量程范圍大等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石油化工、貿(mào)易和輕工、食品等行業(yè)中。橢圓齒輪流量計(jì)按讀數(shù)方式區(qū)分有機(jī)械式和電子式兩種。兩種區(qū)別主要在表頭的信息處理方式不同，前者是通過(guò)機(jī)械指針轉(zhuǎn)動(dòng)讀取流量值，后者是通過(guò)液晶顯示讀取流量值，還可進(jìn)行信號(hào)遠(yuǎn)傳。這兩種的共同點(diǎn)是其表體部分結(jié)構(gòu)類似(如圖1)，當(dāng)有流體通過(guò)流量計(jì)時(shí)，就會(huì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差。流量計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分在這個(gè)壓力差的作用下將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口。在這個(gè)過(guò)程中，流體一次次地充滿流量計(jì)的 “計(jì)量空間”，然后又不斷地被送往出口。在給定流量計(jì)的條件下，該計(jì)量空間的體積是確定的，只要測(cè)得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，就可以得到通過(guò)流量計(jì)的流體體積的累計(jì)值。但目前市場(chǎng)上流行的橢圓齒輪流量計(jì)也有一些缺點(diǎn)，如機(jī)械式的只能讀出累積量，不能直接讀出瞬時(shí)流量，不能進(jìn)行班產(chǎn)量累積，不能進(jìn)行信號(hào)遠(yuǎn)傳等。電子式的主要問(wèn)題是由于功耗的問(wèn)題，電池供電時(shí)的工作時(shí)間較短。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種高精度、超低功耗的智能橢圓輪流量計(jì)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，包括橢圓齒輪流量計(jì)表體、信號(hào)采集模塊和信息處理模塊，其中，所述橢圓齒輪流量計(jì)表體內(nèi)有流體腔，該流體腔包括兩個(gè)相互咬合的橢圓齒輪；在其中一個(gè)橢圓齒輪中心處裝有輸出軸，該輸出軸延伸至所述流體腔外面并與該橢圓齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在該輸出軸上安裝有一個(gè)磁鋼盤，該磁鋼盤上鑲嵌有兩個(gè)磁鋼，當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)該橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)該輸出軸帶動(dòng)該磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)；所述流體腔上方安裝信號(hào)采集模塊，該信號(hào)采集模塊檢測(cè)出該橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；所述信號(hào)采集模塊包括信號(hào)采集單元和磁敏電阻，該磁敏電阻安裝于所述信號(hào)采集單元上；所述信號(hào)采集單元和所述信號(hào)處理單元電連接；當(dāng)該磁鋼旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)該磁敏電阻表面時(shí)，該磁敏電阻中間端子輸出正弦波信號(hào)至所述所述信號(hào)采集單元；[0011]該信號(hào)采集單元將該正弦波信號(hào)通過(guò)隔直、放大、整形電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，即得到橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)，并將該旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)輸入至所述信息處理模塊。 實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，還包括電子表頭外殼；所述信號(hào)采集模塊和所述信息處理模塊安裝在所述電子表頭外殼內(nèi)，并與所述橢圓齒輪流量計(jì)表體固定在一起。實(shí)施時(shí)，所述信號(hào)處理模塊包括信號(hào)處理單元和液晶顯示單元，所述信號(hào)處理單元和所述液晶顯示單元電連接；所述信號(hào)處理單元和所述信號(hào)采集單元電連接。實(shí)施時(shí)，所述磁敏電阻為HB-QCZ111型強(qiáng)磁體磁阻元件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、精度高、功耗超低，精度為1. 5%。，整機(jī)功耗在350uA以下。

圖1是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的流體腔的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的信號(hào)采集模塊的框圖；圖4是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的磁敏電阻的等效電路圖；圖5a是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的的磁鋼和磁敏電阻的相對(duì)位置圖；圖5b是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的磁敏電阻的Signal端產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)序圖；圖6是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)的信號(hào)處理模塊的功能框圖；圖7是本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)采用的的F3641型液晶顯示屏的外觀示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)包括橢圓齒輪流量計(jì)表體、信號(hào)采集模塊、信息處理模塊和電子表頭外殼。所述信號(hào)采集模塊和所述信息處理模塊安裝在所述電子表頭外殼內(nèi)，并與所述橢圓齒輪流量計(jì)表體固定在一起。如圖1所示，所述橢圓齒輪流量計(jì)表體內(nèi)有流體腔，該流體腔包括流體流入口、流體流出口和兩個(gè)相互咬合的橢圓齒輪；在其中一個(gè)橢圓齒輪中心處裝有橢圓齒輪輸出軸，該輸出軸延伸至所述流體腔外面并與該橢圓齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在該輸出軸上安裝有一個(gè)磁鋼盤，該磁鋼盤上鑲嵌有兩個(gè)磁鋼，當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)輸出軸帶動(dòng)磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)。所述流體腔上方安裝信號(hào)采集模塊，該信號(hào)采集模塊可以檢測(cè)出該橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度。所述電子表頭外殼內(nèi)安裝信息處理模塊，所述信息處理模塊上設(shè)置有微處理器、 液晶顯示屏、按鍵和RS485通訊接口等，實(shí)施時(shí)，所述微處理器可為單片機(jī)。信號(hào)采集模塊包括信號(hào)采集單元和磁敏電阻，在實(shí)施時(shí)，所述信號(hào)采集單元為信號(hào)采集板，該信號(hào)采集板上安裝有磁敏電阻；當(dāng)磁鋼旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)磁敏電阻表面時(shí)，磁敏電阻中間端子會(huì)有一定幅值的正弦波信號(hào)輸出至所述信號(hào)采集單元，該信號(hào)采集單元將該正弦波信號(hào)通過(guò)隔直、放大、整形電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，即得到橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)(如圖 2所示)。所述信號(hào)采集單元將該旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)輸入至所述信息處理模塊，并由所述信息處理模塊中的微處理器計(jì)算得出瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等數(shù)據(jù)，并通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)；用戶還可通過(guò)按鍵切換顯示界面、班產(chǎn)量清零(班產(chǎn)量為一段時(shí)間內(nèi)的累積流量，可通過(guò)按鍵隨時(shí)清零)、設(shè)置和讀取儀表相關(guān)參數(shù)；所述信息處理模塊通過(guò)RS485通訊接口可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)連接，上位機(jī)可以設(shè)置和讀取儀表相關(guān)參數(shù)以及對(duì)班產(chǎn)量清零等。本實(shí)用新型采用超低功耗設(shè)計(jì)微處理器選擇低功耗單片機(jī)MAP430系列；所有元件均采用工業(yè)級(jí)低功耗元件；液晶顯示屏采用并口驅(qū)動(dòng)方式的段碼液晶顯示；編程中注意程序的低功耗，盡量減少系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。經(jīng)過(guò)低功耗設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型在電池供電儀表正常運(yùn)行時(shí)的功耗可保證在350uA以下。如圖3所示，是信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)及信號(hào)傳遞處理流程示意框圖，磁敏電阻檢測(cè)出磁鋼的旋轉(zhuǎn)信號(hào)，并輸出與磁鋼旋轉(zhuǎn)頻率一致的正弦波信號(hào)，然后利用差分電路消去直流偏置，完全取出交流小信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大整型為同頻率的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，輸入單片機(jī)。實(shí)施時(shí)，所述磁敏電阻是HB-QCZ111型強(qiáng)磁體磁阻元件，其為一種高靈敏度磁阻元件，當(dāng)有20mT或20mT以上的磁信號(hào)反復(fù)作用于該元件表面時(shí)，即有一定幅值的正弦波信號(hào)輸出，其幅值只與磁信號(hào)的有無(wú)有關(guān)，與磁信號(hào)的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。且該元件為低功耗器件，在用電池長(zhǎng)期供電的低功耗儀表中，有其不可比擬的應(yīng)用價(jià)值。圖4為磁敏電阻的等效電路圖，圖fe是磁鋼與磁敏電阻的相對(duì)位置示意圖，圖恥是磁敏電阻信號(hào)輸出端Signal產(chǎn)生的信號(hào)的示意圖，圖如中上部分的a、b、c三個(gè)長(zhǎng)方形圖示為磁鋼運(yùn)動(dòng)的三個(gè)位置，表示相對(duì)于磁鋼下面磁敏電阻的相對(duì)位置，圖恥表示磁敏電阻信號(hào)輸出端Signal產(chǎn)生的信號(hào)形式，其中a、b、c三個(gè)位置表示與磁鋼位置對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，縱坐標(biāo)為電壓值，橫坐標(biāo)為磁鋼與磁敏電阻的相對(duì)位置。所述信息處理模塊的控制電路是以MSP430F437IPZ單片機(jī)為核心，輔以一些外圍電路模塊共同實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制目標(biāo)。其功能框圖如圖6所示。MSP430F437IPZ單片機(jī)是目前市場(chǎng)上比較流行的16位超低功耗微處理器，其優(yōu)勢(shì)主要是功能強(qiáng)大，運(yùn)算速度快，尤其是在低功耗方面與其他處理器有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，主要適合用在電池供電的場(chǎng)合。如圖7所示，為了最大程度降低能耗，本產(chǎn)品的液晶顯示屏是采用34引腳并行端口段碼式液晶F3641，具有雙排顯示功能，上排五位顯示瞬時(shí)流量，下排八位顯示累計(jì)流量或班產(chǎn)量，由用戶通過(guò)按鍵進(jìn)行選擇，同時(shí)，此液晶連接背光板，極具人性化，在設(shè)置參數(shù)或按鍵按下時(shí)背光自動(dòng)打開，為用戶提供照明，操作完成后背光自動(dòng)熄滅。本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)要求危險(xiǎn)區(qū)與安全區(qū)之間必須安裝安全柵。安全柵的防爆標(biāo)志等級(jí)必須不低于本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的防爆標(biāo)志等級(jí)。安全柵的端電阻及回路電阻可以滿足本安現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的最低工作電壓。系統(tǒng)電路的開路電壓、短路電流、等效電容與等效電感需要與安全柵匹配。為了保證電池的安全性，我們選用了可靠性更高的能量型亞硫酰氯電池，此外為了保證系統(tǒng)符合本質(zhì)安全指標(biāo)需要保證電池的短路電流小于規(guī)定值，采取了加裝短路電阻與電池膠封在一起，保證當(dāng)電池發(fā)生短路情況時(shí)，系統(tǒng)的安全性。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、精度高、功耗超低，整機(jī)功耗在350uA以下。以上說(shuō)明對(duì)實(shí)用新型而言只是說(shuō)明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效， 但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，其特征在于，包括橢圓齒輪流量計(jì)表體、信號(hào)采集模塊和信息處理模塊，其中，所述橢圓齒輪流量計(jì)表體內(nèi)有流體腔，該流體腔包括兩個(gè)相互咬合的橢圓齒輪；在其中一個(gè)橢圓齒輪中心處裝有輸出軸，該輸出軸延伸至所述流體腔外面并與該橢圓齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在該輸出軸上安裝有一個(gè)磁鋼盤，該磁鋼盤上鑲嵌有兩個(gè)磁鋼，當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)該橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)該輸出軸帶動(dòng)該磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)；所述流體腔上方安裝信號(hào)采集模塊，該信號(hào)采集模塊檢測(cè)出該橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；所述信號(hào)采集模塊包括信號(hào)采集單元和磁敏電阻，該磁敏電阻安裝于所述信號(hào)采集單元上；所述信號(hào)采集單元和所述信息處理單元電連接；當(dāng)該磁鋼旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)該磁敏電阻表面時(shí)，該磁敏電阻中間端子輸出正弦波信號(hào)至所述所述信號(hào)采集單元；該信號(hào)采集單元將該正弦波信號(hào)通過(guò)隔直、放大、整形電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，即得到橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)，并將該旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)輸入至所述信息處理模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，其特征在于，其還包括電子表頭外殼；所述信號(hào)采集模塊和所述信息處理模塊安裝在所述電子表頭外殼內(nèi)，并與所述橢圓齒輪流量計(jì)表體固定在一起。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，其特征在于，所述信息處理模塊包括信息處理單元和液晶顯示單元，所述信息處理單元和所述液晶顯示單元電連接；所述信息處理單元和所述信號(hào)采集單元電連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，其特征在于，所述磁敏電阻為HB-QCZl 11型強(qiáng)磁體磁阻元件。
專利摘要一種超低功耗智能橢圓齒輪流量計(jì)，包括橢圓齒輪流量計(jì)表體、信號(hào)采集模塊和信息處理模塊。橢圓齒輪流量計(jì)表體內(nèi)有流體腔，流體腔包括兩個(gè)相互咬合的橢圓齒輪；在其中一個(gè)橢圓齒輪中心處裝有輸出軸，該輸出軸延伸至所述流體腔外面并與該橢圓齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在該輸出軸上安裝有一個(gè)磁鋼盤，該磁鋼盤上鑲嵌有兩個(gè)磁鋼；所述流體腔上方安裝信號(hào)采集模塊；所述信號(hào)采集模塊包括信號(hào)采集單元和磁敏電阻，該磁敏電阻于所述信號(hào)采集單元上；所述信號(hào)采集單元和所述信息處理單元電連接。本實(shí)用新型所述的超低功耗智能橢圓輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、精度高、功耗超低，精度為1.5‰，整機(jī)功耗在350μA以下。
文檔編號(hào)G01D5/244GK202109940SQ20112017409
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉朝剛, 左廣蘭, 張國(guó)權(quán) 申請(qǐng)人:河北宏業(yè)永泰流體機(jī)械股份有限公司