本發(fā)明涉及儀器儀表領(lǐng)域，具體說涉及一種自供能液體流量計(jì)。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)和信息行業(yè)的迅速發(fā)展，流速計(jì)、液體壓力、溫度表等常用工業(yè)儀表的需求連年攀升，傳統(tǒng)的檢測儀表多依靠電池供電，電池類產(chǎn)品的大量使用不僅消耗大量能源，廢棄電池的后續(xù)處理也成了環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的一項(xiàng)亟待解決的難題。為了減少環(huán)境能源消耗，設(shè)計(jì)研究儀器儀表的新型功能方案成為國內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)研究方向。

摩擦納米發(fā)電機(jī)(teng)是美國佐治亞理工學(xué)院的王中林教授研究組在2012年研制出的一種新型發(fā)電機(jī)。teng是一種利用納米材料摩擦起電和靜電感應(yīng)耦合效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其工作方式與現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種發(fā)電技術(shù)均不同。這項(xiàng)技術(shù)利用鋁膜和聚酰亞胺(ptfe)表面上的納米結(jié)構(gòu)發(fā)生接觸摩擦，使兩接觸表面分別帶有不同的電荷，通過電荷的轉(zhuǎn)移形成電流。

目前常用的液體流量計(jì)一般有渦輪式、激光式、超聲波式和電磁式流量計(jì)等，這些已有的流量計(jì)需要大量電能以保證其工作效果，特別是渦輪式流量計(jì)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生巨大壓降。

納米摩擦發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電電壓高、成本低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。其與用電器相結(jié)合可有效緩解全球能源危機(jī)和全球環(huán)境污染等問題，具有廣泛的推廣意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是要提供一種新型多用途自供能液體流速計(jì)，除了能夠測量液體流速外還可以做智能液體表，并且克服了以上技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種自供能液體流速計(jì)，其特征在于，其包括：殼體、渦輪、傳動(dòng)軸、摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、數(shù)字顯示屏以及管路系統(tǒng)；其中

所述殼體為圓柱形空腔結(jié)構(gòu)，所述空腔結(jié)構(gòu)被從上至下依次設(shè)置的隔離板和密封板分成上腔室、中腔室和下腔室；

所述上腔室內(nèi)固定安裝有所述儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)及集成電路結(jié)構(gòu)，所述儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)通過設(shè)置于隔離板上的線孔與所述摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)電連接，所述集成電路結(jié)構(gòu)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與內(nèi)嵌安裝于殼體上表面的數(shù)字顯示屏連接；

所述中腔室內(nèi)設(shè)置有摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)包括同軸設(shè)置的尺寸相同的上摩擦片和下摩擦片；所述下摩擦片通過隨渦輪軸與渦輪做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述下腔式內(nèi)安裝有渦輪，且腔室側(cè)壁連接管路系統(tǒng)，所述管路系統(tǒng)包括進(jìn)液管路和出液管路。

進(jìn)一步地，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的上摩擦片附著有兩片尺寸相同的扇葉形電極膜且兩扇形電極膜角平分線處于一條直線；所述摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的下摩擦片附著有一尺寸與上述扇葉型電極膜相同的扇葉形絕緣膜。

進(jìn)一步地，所述密封板中心位置設(shè)置有密封孔，所述密封孔尺寸與所述傳動(dòng)軸緊密配合，所述傳動(dòng)軸穿過所述密封板與渦輪軸栓接。

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)還包括變壓電路、整流電路以及蓄電池；

所述集成電路模塊將摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出電壓頻率轉(zhuǎn)化為液體流速數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)字顯示屏顯示；

所述蓄電池給所述數(shù)字顯示屏供電。

進(jìn)一步地，所述集成電路模塊還包括壓力轉(zhuǎn)換電路和溫度轉(zhuǎn)換電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明應(yīng)用了摩擦納米發(fā)電技術(shù)，當(dāng)液體流過流速計(jì)時(shí)帶動(dòng)內(nèi)部渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪軸帶動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)電，通過其產(chǎn)生交變電壓的頻率即可以確定渦輪轉(zhuǎn)速從而確定液體流速。本發(fā)明不需要外部電源供電，即可將液體流速、壓力、溫度等信息傳輸?shù)斤@示屏上顯示。

(2)在本發(fā)明基礎(chǔ)上，通過添加溫度傳感器、壓力傳感器等組件，即得到多用途、高集成度的液體檢測儀表，滿足工業(yè)現(xiàn)場的各種檢測需求。

(3)本發(fā)明公開的流速計(jì)可以廣泛結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)并采用可視化方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施，以形成“城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”，并可將海量水務(wù)信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，以更加高效準(zhǔn)確的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而成為“智慧城市”管理體系的重要組成部分。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明自供能液體流速計(jì)基本結(jié)構(gòu)分解示意圖；

圖2是本發(fā)明自供能液體流速計(jì)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明納米摩擦發(fā)電機(jī)構(gòu)工作流程示意圖；

圖4是本發(fā)明納米摩擦發(fā)電機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明納米摩擦發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)電原理圖；

圖6是本發(fā)明自供能液體流速計(jì)內(nèi)部等效電路示意圖；

圖7是實(shí)施例3中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖；

圖8是實(shí)施例3中分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖；

圖9是本發(fā)明渦輪葉片結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1、殼體上蓋，2、數(shù)字顯示屏，3、電路腔室，4、隔離板，5、線孔，6、上摩擦片，7、摩擦片中心孔，8、電極膜，9、絕緣膜；10、下摩擦片，11、密封板，12、密封孔，13、渦輪，14、渦輪軸，15、殼體，16、進(jìn)液管路，17、出液管路，18、下腔室，19、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，20、摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)，21、變壓器電路，22、整流器電路，23、發(fā)電端開關(guān)，24、充電電源ⅰ，25、充電電源ⅱ，26、發(fā)電電路開關(guān)ⅰ、27發(fā)電電路開關(guān)ⅱ，28、電路模塊。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種自供能液體流量計(jì)，下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案：

圖1所示為本發(fā)明自供能液體流速計(jì)基本結(jié)構(gòu)分解示意圖,圖2為本發(fā)明自供能液體流速計(jì)整體結(jié)構(gòu)示意圖。流速計(jì)包括：殼體15、渦輪13、傳動(dòng)軸14、摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)20、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)19、數(shù)字顯示屏2以及管路系統(tǒng)；其中殼體15為圓柱形空腔結(jié)構(gòu)，空腔結(jié)構(gòu)被從上至下依次設(shè)置的隔離板4和密封板11分成上腔室、中腔室和下腔室18；上腔室內(nèi)固定安裝有所述儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)19及集成電路結(jié)構(gòu)，集成電路結(jié)構(gòu)安放在電路腔室3內(nèi)，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)19為蓄電池，其通過設(shè)置于隔離板4上的線孔5與摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)20電連接，給所述數(shù)字顯示屏供電。集成電路結(jié)構(gòu)用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與內(nèi)嵌安裝于殼體上蓋1的數(shù)字顯示屏2連接。集成電路模塊將摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出電壓頻率轉(zhuǎn)化為液體流速數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)字顯示屏顯示，其包括變壓電路、整流電路，此外集成電路模塊還包括壓力轉(zhuǎn)換電路和溫度轉(zhuǎn)換電路。所述中腔室內(nèi)設(shè)置有摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)19。摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)包括同軸設(shè)置的尺寸相同的上摩擦片6和下摩擦片10；所述下摩擦片10通過渦輪軸14連接渦輪13做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；密封板中心位置設(shè)置有密封孔，密封孔尺寸與傳動(dòng)軸緊密配合，傳動(dòng)軸穿過所述密封板與渦輪軸14栓接。

如圖2所示，下腔室18內(nèi)安裝有渦輪13，且腔室側(cè)壁連接管路系統(tǒng)，述管路系統(tǒng)包括進(jìn)液管路16和出液管路17。本流速計(jì)中通過改善渦輪結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)符合流體流動(dòng)特性的渦輪葉片，降低渦輪對(duì)液體流速的阻力，渦輪葉片機(jī)構(gòu)如圖9所示。

摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)20的上摩擦片6附著有兩片尺寸相同的扇葉形電極膜且兩扇形電極膜角平分線處于一條直線；所述摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的下摩擦片10附著有一尺寸與上述扇葉型電極膜相同的扇葉形絕緣膜。通過電極膜表面的圖案化設(shè)計(jì)和摩擦層相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的提高，增加電流的輸出效率。

密封板中心位置設(shè)置有密封孔，所述密封孔尺寸與所述傳動(dòng)軸緊密配合，傳動(dòng)軸穿過所述密封板與渦輪軸14栓接。

如圖3所示為摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的工作流程，圖4所示為納米摩擦發(fā)電機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；液體經(jīng)進(jìn)液管路進(jìn)入流量計(jì)推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)再有出液管路流出，在這個(gè)過程中液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為渦輪機(jī)械能，又經(jīng)過傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)化為摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的電能。摩擦納米機(jī)構(gòu)包括上摩擦片和下摩擦片兩部分，下摩擦片通過傳動(dòng)軸與渦輪連接并隨渦輪做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上摩擦片上附著兩塊電極薄膜，下摩擦片上附著一片絕緣薄膜。所述的電極薄膜為兩個(gè)接近半圓的扇形且扇形邊長與上摩擦片半徑一致；絕緣薄膜與任意電極薄膜形狀和尺寸相同，以使得絕緣薄膜能夠與電極薄膜在接觸時(shí)能夠達(dá)到完全重合，有效摩擦面積最大。絕緣薄膜優(yōu)選為聚四氟乙烯薄膜(ptfe)，當(dāng)液體流過流速計(jì)時(shí)，帶動(dòng)渦輪及下摩擦片絕緣薄膜旋轉(zhuǎn)并與上摩擦片電極薄膜摩擦后分別帶上不同的電荷。所述電極膜和絕緣膜均采用可彈性壓縮薄膜材料，大大減小兩圓盤之間的壓力摩擦阻力，同時(shí)由于渦輪采用輕質(zhì)塑料葉輪，從而使流速計(jì)整體對(duì)液體的阻力減到最小，也提高了流速計(jì)的精度。

本發(fā)明納米摩擦發(fā)電機(jī)構(gòu)發(fā)電原理如圖5所示，ptfe帶負(fù)電荷，相對(duì)應(yīng)的電極薄膜帶正電荷，隨著液體繼續(xù)流動(dòng)，兩接觸摩擦的薄膜做相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)ptfe膜轉(zhuǎn)到另一個(gè)電極膜時(shí)，該電極膜便在ptfe膜所帶負(fù)電荷的影響下通過外電路排斥電子，轉(zhuǎn)移到原接觸的電極膜上并帶上相應(yīng)的正電荷，原接觸的電極膜帶電量逐漸減少至最少量。當(dāng)上圓板ptfe膜重新接觸開始到初始位置時(shí)，初始電極膜開始通過外電路排斥電子到另一電極膜上，從而帶正電荷量逐漸增多至最多，依次循環(huán)。

當(dāng)外電路有電子轉(zhuǎn)移時(shí)，即有了電流，我們將該部分電能儲(chǔ)存到儲(chǔ)能模塊中以供用電模塊使用。由于本發(fā)明中摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的電壓較高，因此需要通過變壓器將電壓降低，儲(chǔ)存到蓄電池中以便使用。

摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出電壓頻率與流速有關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)將輸出電壓頻率與液體流速的關(guān)系曲線標(biāo)定好，燒結(jié)到集成電路模塊中。當(dāng)流速計(jì)有液體流過時(shí)，集成電路模塊中就會(huì)得到電壓頻率信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)化為流速信號(hào)傳送給顯示屏，這樣就可以直觀的看到液體的流速。

如圖6所示為自供能液體流速計(jì)內(nèi)部電路等效示意圖。當(dāng)有液體流過經(jīng)流速計(jì)時(shí)，帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)20產(chǎn)生電流，電流經(jīng)變壓器電路21、整流器電路22、作用后給蓄電池充電，由蓄電池向用電器供電，保證了供電效果的穩(wěn)定性。

實(shí)施例2

本實(shí)施方式是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，作為本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方案，在自供能液體流量計(jì)的基礎(chǔ)上，在進(jìn)液管路和出液管路上設(shè)置液壓傳感器，以構(gòu)成新型多功能液體表。所述液壓傳感器線路通過流速計(jì)內(nèi)腔、密封板及密封板上密封孔傳出液體內(nèi)腔，再經(jīng)摩擦納米發(fā)電機(jī)構(gòu)以及摩擦片中心孔和線孔5連接到電路腔室中的電路模塊，最后將液壓信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息顯示到顯示屏上。新型多用途自供能液體流速計(jì)還可以做液體表。本發(fā)明做液體表還可測量液溫，在流速計(jì)內(nèi)腔密封板上嵌有溫度傳感器，線路經(jīng)密封孔、teng中心孔及線孔連接到電路模塊中，電路模塊將溫度信息轉(zhuǎn)化為電子信息再傳到顯示屏上。

將新型多功能液體表應(yīng)用于城市污水排水管路中時(shí)，全管路系統(tǒng)中所有水表采集的數(shù)據(jù)都通過流速計(jì)中集成電路集中傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)控制終端，通過終端控制，將城市下水道狀況完全顯示到主控制器上，提高城市地下水的監(jiān)測和控制效率。通過自供能流速計(jì)組成智能水務(wù)，在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)感知城市供排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施，形成“城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”，并可將海量水務(wù)信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個(gè)生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。

實(shí)施例3

本實(shí)施方式是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，作為本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方案，在自供能液體流量計(jì)的基礎(chǔ)上結(jié)合gps定位技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)終端取代人類實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)水管管路的全局網(wǎng)絡(luò)控制，通過管路液壓溫度等信息的采集判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管路阻或液體異?，F(xiàn)象，從而能夠及時(shí)維修保養(yǎng)，盡可能減少管路異常對(duì)管路系統(tǒng)的影響。本發(fā)明中多用途自供能液體流速計(jì)內(nèi)部有采集器，能將水表數(shù)據(jù)保存下來，并能智能傳輸給互聯(lián)網(wǎng)，通過后臺(tái)軟件操作系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而構(gòu)成智慧水務(wù)系統(tǒng)。

利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)該自供能流速計(jì)收集的相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，通過傳感器以及相應(yīng)的電路模塊設(shè)備對(duì)其產(chǎn)生的電壓信號(hào)或者電流信號(hào)進(jìn)行采樣、保持，并送入a/d轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，然后將該信號(hào)送到fifo(fifo的一端為ad數(shù)據(jù)采集，另一端時(shí)計(jì)算機(jī)的pci總線)中，圖7給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理。當(dāng)fifo中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時(shí)，可由arm7處理器從fifo中讀出，然后通過arm7的相應(yīng)接口傳送給相應(yīng)的水務(wù)平臺(tái)或者其相應(yīng)的服務(wù)器。考慮到要監(jiān)控的設(shè)備數(shù)量眾多，因此采用多路采集通道，經(jīng)過模擬開關(guān)后再進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)換器。cpld(數(shù)字集成電路)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，他控制采集通道的切換、a/d轉(zhuǎn)換器的啟/停、轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在fifo中的存放地址發(fā)生器、產(chǎn)生中斷請(qǐng)求以通知arm7讀取存放在fifo中的數(shù)據(jù)等。

同時(shí)，在面對(duì)大量的水務(wù)系統(tǒng)時(shí)，單一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能滿足使用需求，可以基于分布式思想將一個(gè)龐大的水務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集劃分，再將其采集的數(shù)據(jù)發(fā)布于相應(yīng)服務(wù)器。這樣可以高效的管理大型的水務(wù)系統(tǒng)。圖8所示為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。