CN104089674A - 计量表读数字轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能准确采集字轮读数信息并将该信息转换为电信号的计量表读数字轮。包括轮体，紧贴轮体的侧面或轮体的其中一个底面，设有首尾相接的金属膜或片，该金属膜或片的宽度由其首端至尾端逐渐变窄，在轮体之外且临近金属膜或片的位置，设有电磁感应线圈，该电磁感应线圈产生的磁场垂直穿过正对其的金属膜或片，所述电磁感应线圈接于信号采集电路，在轮体的侧面上还间隔均匀设有十个供人工读取的数字，该数字为0至9。本发明可使所有计量装置中对气、液体计量数据的采集完全实现自动化，特别随着物联网的发展，更需要将机械仪表可视读数转换为数字信号并通过GPRS、CDMA等无线互联技术或有线网络发送至数字处理及控制中心。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于湿式、干式水表或燃气表等远传计量表内计数器机构的读数字轮，特别涉及一种通过电磁感应采集字轮读数的计量表读数字轮。
背景技术
目前，在湿式水表、干式水表或膜式燃气表等传统机械式计量仪表中，主要采用光电编码技术来采集读数字轮编码信息，以此，实现齿轮传动累加计数器远传电子直读。中国实用新型专利(申请号为：200820212544.4，名称为：远传直读计量表计数器的编码字轮)公开一种计量表的读数字轮，该字轮存在如下不足：
1)受计量表壳内空间狭小的局限和有限的字轮编码组的制约，导致字轮在逢“9”进“0”位时，由于信息量的不足而造成进位判断出现读数误码，使得其无法对字轮位置精准定位；
2)即使在计量表几何尺寸许可的条件下，可通过增加光电对管数量来提高字轮定位精度(编码数据增加)，但同时却带来制造成本的提升，且电子元器件的增多也加大产品故障风险，从而影响了传统机械式计量表远传电子直读，尤其是直读水表及直读气表的推广与应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能准确采集字轮读数信息并将该信息转换为电信号的计量表读数字轮。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明的计量表读数字轮，包括圆柱状的轮体、间隔设置于该轮体一个底面周边上的进位从动齿和设于该轮体另一个底面周边上的进位主动齿以及位于轮体中央的轴孔，紧贴轮体的侧面或轮体的其中一个底面，设有首尾相接的金属膜或片，该金属膜或片的宽度由其首端至尾端逐渐变窄，在轮体之外且临近金属膜或片的位置，设有电磁感应线圈，该电磁感应线圈产生的磁场垂直穿过正对其的金属膜或片，所述电磁感应线圈接于信号采集电路，在轮体的侧面上还间隔均匀设有十个供人工读取的数字，该数字为0至9。
设置于轮体的侧面上的金属膜或片，沿轮体圆周方向展开后其形状呈三角形或梯形。
设置于轮体其中一个底面上的金属膜或片的形状呈螺旋形。
所述的轮体材料为非导磁材料。
所述的轮体由塑胶材料注塑成型。
所述的数字印制在塑膜片上，该塑膜片通过粘合剂将其粘接在所述轮体的侧面上。
所述的数字印制在塑膜片上，该塑膜片通过粘合剂将其粘接在所述轮体的侧面上。
与现有技术相比，本发明通过在字轮上设置金属膜或片和可与该金属膜或片产生互感磁场的电磁感应线圈以及可将该电磁感应线圈电感变化量采集并转换为电信号(该电信号可以是模拟信号，也可以是数字信号)的信号采集电路的结构，使得采用本发明字轮的计量表不仅能输出准确的计量数字信息，而且可使所有计量装置中对气、液体计量数据的采集完全实现自动化，特别随着如今物联网的发展，更需要将各种计量数据由机械仪表可视读数转换为数字信号并通过GPRS、CDMA等无线互联技术或有线网络发送至数字处理及控制中心。本发明结构简单、计数准确、成本低廉且性能稳定。
附图说明
图1是本发明计量表读数字轮实施例1的侧视示意图。
图2是图1中A向示意图。
图3是图1中B向示意图。
图4是图1侧面展开示意图。
图5是本发明计量表读数字轮实施例2的侧视示意图。
图6是图5中C向示意图。
图7是图5中D向示意图。
图8是电涡流效应原理图。
图9是本发明信号采集电路框图。
附图标记如下：
轮体1、底面2、侧面3、金属膜或片4、电磁感应线圈5、进位从动齿6、进位主动齿7、轴孔8、稳压电源U2、单片机U3、阻抗变换器U4、显示模块U5、通信或发射模块U6。
具体实施方式
本发明的计量表读数字轮主要用于各种液体和气体流量计量表，通常，单个计量表中需要该读数字轮4－8个，其间并列设置，其中，每个读数字轮上的进位主动齿7与下一个相邻的读数字轮上的进位从动齿6相啮合，前一个读数字轮旋转一周拨动下一个相邻的读数字轮进一个字数位，如图1、5所示，其形状呈扁圆柱体的轮盘(以下称轮体1)，在轮体1的盘面(即该扁圆柱体的上下两个底面2)中央设有轴孔8，在一个盘面上沿其周边间隔均匀设有若干个进位从动齿6，在另一个盘面上沿其周边设有至少一个进位主动齿7，该字轮通过穿置于所述轴孔8中的转轴安装在计量表中。每个读数字轮的轮体1侧面3(即扁圆柱体的侧面3)上均匀间隔设置十个肉眼可视的数字，这十个数字分别是0至9。
本发明紧贴轮体1侧面3或轮体1的其中一侧盘面上，设有首尾相接的金属膜或片4，该金属膜或片4的宽度由其首端至尾端逐渐变窄，在轮体1之外位于金属膜或片4的近旁，设有载有电磁感应线圈5的支板，该电磁感应线圈5产生的磁场垂直穿过其正对的金属膜或片4，电磁感应线圈5与信号采集电路相接，工作时，该读数字轮携金属膜或片4绕所述转轴旋转，而电磁感应线圈5固定在计量表内并与所述金属膜或片4保持固定距离。
本发明利用电涡流效应来检测读数字轮所在位置，并将电磁感应线圈5采集到的信号转换成电数字信号量输出，从而实现对读数字轮动态所在位置信号的转换与传递。
如图8所示，当给电磁感应线圈5两端加上交变电压信号u1后，便有交变电流I1流过该线圈5，交变电流I1在该线圈5中产生一个交变磁场H1，根据电磁感应原理可知，交变磁场H1就会在与该电磁感应线圈5正对的金属膜或片4的体内产生一个涡流电流I2，该涡流电流I2又会产生一个反磁场H2抵消一部分H1，而线圈5要维持原来交变磁场H1的量值就必然要加大交变电流I1的量值。从等效的观点来看，就相当于线圈5的电感L、阻抗Z和品质因数Q值发生了变化。显然涡流电流I2越大，电感L、阻抗Z和品质因数Q值的变化也越大，即它们都是涡流电流I2的函数。涡流电流I2的大小取决于线圈5的几何形状、交变电流I1的激磁频率f、环境温度、金属膜或片4与线圈5的距离X，以及金属膜或片4的电阻率ρ、磁导率ur、几何形状S等参数。如果控制上述参数中一个参数改变，其余皆不变，那么就可以构成测位移、测温度、测硬度等的各种传感器。本发明就是选择了其中的金属膜或片4的几何形状S作为变量，其余假定不变，利用信号采集电路将其最后变换成为电压或电流输出，继而准确检测出读数字轮的动态位置。
本发明的轮体1材料为非导磁材料，优选为由塑胶材料注塑成型。所述金属膜或片由导电金属材料所制，本发明优选为铜材所制。
如图9所示，所述的信号采集电路包括稳压电源U2、单片机U3、阻抗变换器U4、显示模块U5和信号通信或发射模块U6，其中，所述的电磁感应线圈5与阻抗变换器U4相接，稳压电源U2为单片机U3与阻抗变换器U4提供工作电压，单片机U3将其接收到的信号既可通过显示模块U5显示，也可通过通信或发射模块U6将其发射至计量控制中心。
本发明的计量表读数字轮与电磁感应线圈5配合，可确定读数字轮上的数字示值(对应读数字轮旋转角度)、进位从动齿6、进位主动齿7以及电磁感应物理量四者之间形成的相对空间关系，计量表读数字轮每旋转一定角度，安装在读数字轮近旁的电磁感应线圈5可输出与圆周角度对应的电平信号，从而根据本计量表读数字轮的实际角度位置即可测得读数字轮相对应位置上的示值。可取代现有各种湿式、干式水表或燃气表等传统机械计量表内之计数器机构的读数字轮。
实施例1
如图1、2、3、4所示，本实施例中金属膜或片4设置于轮体1侧面3，该金属膜或片4沿轮体1圆周方向展开后形状呈三角形或梯形，优选为等腰三角形、直角三角形、等腰梯形或直角梯形。
所述电磁感应线圈5所在平面与轮体1侧面3的切面相平行。
所述的数字印制在塑膜片上，该塑膜片通过粘合剂将其粘接在所述轮体1的侧面3上，其中，0－9中每一个数字对应所述金属膜或片4上不同的宽度区域，其间固定不变。
当该读数字轮转动时，所述电磁感应线圈5两端取得到的电信号也随之变化，由此获得与该电信号对应的读数字轮上的示出数字，从而，可准确获知该读数字轮上任一时刻正对电磁感应线圈5位置的数字是几，而且可将该数字转换为电信号输出或显示。
本实施例的优点是读数准确、稳定，所用空间更小。
实施例2
如图5、6、7所示，本实施例除金属膜或片4和电磁感应线圈5设置的位置与实施例1不同外，其它均相同。
本实施例中的金属膜或片4设置在读数字轮轮体1的其中一个盘面上，其形状呈螺旋形，所述电磁感应线圈5位于该金属膜或片4近旁，电磁感应线圈5所在平面与该金属膜或片4所在盘面平行。
本实施例较实施例1的优点是制作相对简单。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种计量表读数字轮，包括圆柱状的轮体(1)、间隔设置于该轮体(1)一个底面(2)周边上的进位从动齿(6)和设于该轮体(1)另一个底面(2)周边上的进位主动齿(7)以及位于轮体(1)中央的轴孔(8)，其特征在于：紧贴轮体(1)的侧面(3)或轮体(1)的其中一个底面(2)，设有首尾相接的金属膜或片(4)，该金属膜或片(4)的宽度由其首端至尾端逐渐变窄，在轮体(1)之外且临近金属膜或片(4)的位置，设有电磁感应线圈(5)，该电磁感应线圈(5)产生的磁场垂直穿过正对其的金属膜或片(4)，所述电磁感应线圈(5)接于信号采集电路，在轮体(1)的侧面(3)上还间隔均匀设有十个供人工读取的数字，该数字为0至9。
2.根据权利要求1所述的计量表读数字轮，其特征在于：设置于轮体(1)的侧面(3)上的金属膜或片(4)，沿轮体(1)圆周方向展开后其形状呈三角形或梯形。
3.根据权利要求1所述的计量表读数字轮，其特征在于：设置于轮体(1)其中一个底面(2)上的金属膜或片(4)的形状呈螺旋形。
4.根据权利要求1－3中任一项所述的计量表读数字轮，其特征在于：所述的轮体(1)材料为非导磁材料。
5.根据权利要求4所述的计量表读数字轮，其特征在于：所述的轮体(1)由塑胶材料注塑成型。
6.根据权利要求4所述的计量表读数字轮，其特征在于：所述的数字印制在塑膜片上，该塑膜片通过粘合剂将其粘接在所述轮体(1)的侧面(3)上。
7.根据权利要求5所述的计量表读数字轮，其特征在于：所述的数字印制在塑膜片上，该塑膜片通过粘合剂将其粘接在所述轮体(1)的侧面(3)上。
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