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专利名称：干簧管矩阵式微功耗流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种干簧管流量计。
背景技术：
在水资源紧缺的今天，加强渠道流量计量是十分必要的，但在一些经济不发达的边远地区的灌区，由于资金短缺且远离电网，用于渠道测量的的潜水电磁、超声波、智能型流速—面积运算法流量计均因价格昂贵、仪器运行功耗大无电源供给而无法推广使用。这些灌区的管理部门仍然在沿用利用闸涵、标准断面的渠道、量水堰和量水槽等构筑物进行量水。现有利用闸涵、标准断面的渠道、量水堰和量水槽等构筑物进行量水的方法是利用闸涵、标准断面的渠道、量水堰和量水槽等构筑物量水，特点是简易可行、理论成熟、费用低廉。但这些量水设备都是通过测量水位来推算流量的。目前大多数灌区和水利部门都在使用水尺测量水位，这样既不能保证测量精度，又无法连续测量。近年来随着微电子技术的迅速发展，各种新型的水位仪表不断出现，一些有条件的灌区已逐步采用水位仪代替水尺测量水位。但因普通的水位仪仅能测量水位，不具有按照一定的数学模型进行运算的功能，另外，现有的水位仪功耗都比较大无法使用小巧的电池供电，所以在边远无电源地区无法使用。
现有的水位传感器类型繁多，有超声波、扩散硅压阻、磁致伸缩、干簧管电阻、电容式等。已有干簧管电阻式水位传感器的工作原理是，当磁浮球随水位变化，沿导管上下浮动时，浮球内的磁钢吸合导管内相应位置上的干簧管时，闭合的干簧管将短接部分并接在干簧管一端电阻，使回路电阻阻值发生变化。因此，这种传感器向转换器传输的信号是模拟量，测量精度、速度欠佳。另外，要保证A-D转换的精度还必须设置高精度的恒压或恒流源，存在功耗高、成本高的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种干簧管矩阵式微功耗流量计，解决流量计必须设置A-D转换电路、需要恒压或恒流源、并且功耗高、成本高、测量精度、速度欠佳的技术问题。
本实用新型的技术方案这种干簧管矩阵式微功耗流量计，由包含干簧管的流量传感器连接转换器组成，其特征在于流量传感器由上端部的接线盒、上连接线盒的导杆、导杆内中的干簧管和内置磁性体、并套在导杆上的浮球组成，其干簧管是由至少四个干簧管矩阵式排列而成，其矩阵中每纵列的每个干簧管的首端由导线连出，其矩阵中每横排的每个干簧管的尾端由导线连出，所有上述导线连至接线盒后，由插头连接至转换器，其转换器是包含电源、处理器和多路开关电压扫描电路的转换器。
上述磁性体是磁铁或磁钢。
上述导杆是不锈钢导杆或金属合金导杆。
上述转换器内的电源是电池。
本实用新型的工作原理当磁浮球随水位变化，沿导管上下浮动时，浮球内的磁钢吸合导管内相应位置上的干簧管。由于干簧管按矩阵方式连接，当对矩阵进行电压扫描时，就可以知道闭合的干簧管的准确位置，也就精确的测出了水位。由于采用电压扫描，所以流量计的功耗非常低，对电源的稳压精度也无过高要求。矩阵式流量传感器传输给转换器的信号是数字信号，因此转换器无需设置A-D转换电路。
有益效果本实用新型是专门配合闸涵、标准断面的渠道、量水堰和量水槽等构筑物测量渠道流量、并无需交流电源供电的一种新型智能化流量计。具有灵敏度高、抗干扰能力强、精度高、价格低廉、安装简便、维护量小、适用范围广、瞬时流量、累计流量、水位测值可直接读取、无需人工计算、使用简单，易于掌握等特点。可利用电池作电源，并可长期自动工作，解决了已有流量器价格偏高或功耗较大的缺陷。本实用新型可用干簧管矩阵组成各种液位、物位、流量仪表的测量传感器。用通过对干簧管矩阵扫描获取位置参数，并利用干簧管矩阵传感器和各类微功耗处理器组成用电池供电的测量仪表。


图1是本实用新型在标准矩形断面渠道测流示意图；图2是干簧管矩阵式微功耗流量计的工作原理框图；图3是2×2干簧管矩阵接线原理图；图4是16×16干簧管矩阵接线原理图。
图5是干簧管矩阵式流量传感器结构示意图。
图中1-流量传感器、2-转换器、3-测量井、4-插头、11-干簧管、12-导杆、13-磁浮球、14-接线盒。
具体实施方式
实施例参见图1、5，流量传感器1的杆部置于测量井3中，测量井3在底部与被测量渠道连通。流量传感器1通过插头4与转换器2连接，转换器内的电源是电池。
本实用新型的测流过程参见图1、5，以标准矩形断面渠道为例，当过流矩形渠道中的水位为H时，和渠道形成连通器的水位测量井3内的水位也为H，由于水的浮力的作用使水位传感器导杆12上的内置磁钢的浮球13上浮到H位置，浮球内的磁钢吸合导杆内对应位置的干簧管11。
上述转换器2是包含电源、处理器和多路开关电压扫描电路的转换器，可采用由珠江水利委员会科研所生产的LDW1-Z型多功能微功耗流量计转换器，通过对闸涵、标准断面的渠道、量水堰和量水槽等构筑物水位量测，按照对应的数学模型自动计算流量值的一种新型智能化流量转换器。转换器中使用的微处理器是被广泛用于应用于利用电池供电的IC卡水表、煤气表、热力表及其他的一些便携式仪表中的MSP430型16位微功耗处理器，MSP430备用时功耗约0.1μA，执行时小于200μA。由于处理器耗电量极小，使用锂电池供电可保证流量计工作两年以上。
本实用新型的工作原理参见图2，预先对转换器置入一个流量修正系数，这是因为任何测流构筑物在建造时都会出现误差，构筑物的粗糙系数也很难精确给出，通过修正这个系数就可调整由于上述问题造成的测流误差。要保证流量计的测流精度，使用时要对流量计进行现场率定。率定的方法是使用精度高的旋浆式流速仪现场对渠道中的水的流速进行测量，通过流速和渠道的几何尺寸计算出渠中的流量和流量计的流量值读数进行比对，然后通过修正流量系数对流量计进行修正。内置MSP430微功耗处理器的流量转换器输出、输入接口定时对矩阵按时序进行扫描，通过扫描可准确地找出吸合干簧管的位置。在矩阵中，每个干簧管都有一个固定的二进制代码，通过代码，转换器中的处理器就可以分辨出吸合干簧管对应的水位。转换器在出厂时已置入了用户提供的测流构筑物的相关数据和对应的数学计算模型，所以转换器可以方便的按照渠道的水位计算出渠中的流量。
干簧管的最小矩阵式排列参见图3，干簧管是由至少四个干簧管矩阵式排列而成，其矩阵中，纵列干簧管G1、G3的首端由导线H0连出，G2、G4的首端由导线H1连出，其矩阵中横排干簧管G1、G2的尾端由导线V0连出，G3、G4的尾端由导线V1连出。
干簧管矩阵的最小组合是2×2，即由4只干簧管组成矩阵。G1、G2、G3、G4四只干簧管组成了两行V0、V1和两列H0、H1的矩阵。干簧管G1、G3的一端接在H0上，G2、G4的一端接在H1上，G1、G2的另一端接在V0上，G3、G4的另一端接在V1上。四只干簧管在导管内自下而上，每隔10mm按照G1、G2、G3、G4的顺序安放，就确定了每个干簧管在导管内对应的高度，即G1高度为10mm；G2为20mm；G3为30mm；G4为40mm。由于所有干簧管通常均为断开状态，所以，测量者可以通过某个干簧管的闭合来确定它的对应高度。
16×16干簧管矩阵流量传感器接线原理图参见图4，干簧管矩阵的最大的组合在理论上是无限多的二进制数的行和列的组合，由于受制作工艺限制，用于水位、物位测量的干簧管矩阵一般控制在32×32以内，也就是1024只干簧管以内。当磁浮球随水位变化，沿导管上下浮动时，浮球内的磁钢吸合导管内相应位置上的干簧管。上述连接干簧管的导线V0……V15、H0……H15连至接线盒后，由插头4连接至转换器，转换器中的处理器通过电压扫描开关电路，定时按一定时序和顺序给干簧管矩阵中的H0……H15加高电平，并按顺序对V0……V15进行电平检测，就可以知道闭合干簧管的准确位置。例如当H0被加上高电平时，如果检测到V1为高电平，就说明矩阵H0，V1接点上的干簧管吸合了。根据该干簧管安放位置，在转换器上显示出相应的水位值、流量值。干簧管矩阵式流量传感器1量程1米，测量精度±0.5％。因为本实用新型采用电压扫描，所以传感器功耗可以做得非常低，对电源的稳压精度也无过高要求。矩阵式水位传感器传输给流量计转换器的信号是数字信号，对于微电脑单片机型转换器无需设置A-D转换电路。
参见图5，流量传感器由上端部的接线盒14、上连接线盒的导杆12、导杆内中的干簧管11和内置磁性体、并套在导杆上的磁浮球13组成。上述磁性体是磁铁或磁钢，导杆是不锈钢导杆或金属合金导杆。
权利要求1.一种干簧管矩阵式微功耗流量计，由包含干簧管的流量传感器连接转换器组成，其特征在于流量传感器由上端部的接线盒、上连接线盒的导杆、导杆内中的干簧管和内置磁性体、并套在导杆上的浮球组成，其干簧管是由至少四个干簧管矩阵式排列而成，其矩阵中每纵列的每个干簧管的首端由导线连出，其矩阵中每横排的每个干簧管的尾端由导线连出，所有上述导线连至接线盒后，由插头连接至转换器，其转换器是包含电源、处理器和多路开关电压扫描电路的转换器。
2.根据权利要求1所述的干簧管矩阵式微功耗流量计，其特征在于所述磁性体是磁铁或磁钢。
3.根据权利要求1所述的干簧管矩阵式微功耗流量计，其特征在于所述导杆是不锈钢导杆或金属合金导杆。
4.根据权利要求1所述的干簧管矩阵式微功耗流量计，其特征在于所述转换器内的电源是电池。
专利摘要一种干簧管矩阵式微功耗流量计，由包含干簧管的流量传感器连接转换器组成，其流量传感器由上端部的接线盒、上连接线盒的导杆、导杆内中的干簧管和内置磁性体、并套在导杆上的浮球组成，其干簧管是由至少四个干簧管矩阵式排列而成，其矩阵中每纵列的每个干簧管的首端由导线连出，其矩阵中每横排的每个干簧管的尾端由导线连出，所有上述导线连至接线盒后，由插头连接至转换器，其转换器是包含电源、处理器和多路开关电压扫描电路的转换器。具有灵敏度高、抗干扰能力强、精度高、价格低廉、安装简便、维护量小、适用范围广、瞬时流量、累计流量、水位测值可直接读取、无需人工计算等特点，解决了流量计功耗较大的缺陷。
文档编号G01F23/30GK2704829SQ20042006472
公开日2005年6月15日 申请日期2004年6月3日 优先权日2004年6月3日
发明者汪平 申请人:汪平