专利名称：超低功耗智能椭圆齿轮流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流量测量仪器，尤其涉及一种超低功耗智能椭圆齿轮流量计。
背景技术：
流量是工业生产、科学实验、能源计量及社会生活等领域中需要测量和控制的重要参数之一。做好流量计量工作，对于保证产品质量、保障生产安全、提高生产效率、改进操作工艺、促进科技进步等都具有至关重要的作用。特别是在能源危机、工业生产自动化程度越来越高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。椭圆齿轮流量计作为容积式计量的一种，具有计量精度高、对上游流动状态变化不敏感、安装简单、性能稳定、 量程范围大等特点，被广泛应用于石油化工、贸易和轻工、食品等行业中。椭圆齿轮流量计按读数方式区分有机械式和电子式两种。两种区别主要在表头的信息处理方式不同，前者是通过机械指针转动读取流量值，后者是通过液晶显示读取流量值，还可进行信号远传。这两种的共同点是其表体部分结构类似(如图1)，当有流体通过流量计时，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部分在这个压力差的作用下将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的 “计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计的条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到通过流量计的流体体积的累计值。但目前市场上流行的椭圆齿轮流量计也有一些缺点，如机械式的只能读出累积量，不能直接读出瞬时流量，不能进行班产量累积，不能进行信号远传等。电子式的主要问题是由于功耗的问题，电池供电时的工作时间较短。
发明内容本实用新型的主要目的在于提供一种高精度、超低功耗的智能椭圆轮流量计。为了达到上述目的，本实用新型提供了一种超低功耗智能椭圆齿轮流量计，包括椭圆齿轮流量计表体、信号采集模块和信息处理模块，其中，所述椭圆齿轮流量计表体内有流体腔，该流体腔包括两个相互咬合的椭圆齿轮；在其中一个椭圆齿轮中心处装有输出轴，该输出轴延伸至所述流体腔外面并与该椭圆齿轮同步转动，在该输出轴上安装有一个磁钢盘，该磁钢盘上镶嵌有两个磁钢，当流体运动时推动该椭圆齿轮转动，通过该输出轴带动该磁钢转动；所述流体腔上方安装信号采集模块，该信号采集模块检测出该椭圆齿轮的旋转速度；所述信号采集模块包括信号采集单元和磁敏电阻，该磁敏电阻安装于所述信号采集单元上；所述信号采集单元和所述信号处理单元电连接；当该磁钢旋转经过该磁敏电阻表面时，该磁敏电阻中间端子输出正弦波信号至所述所述信号采集单元；[0011]该信号采集单元将该正弦波信号通过隔直、放大、整形电路产生标准脉冲信号，即得到椭圆齿轮的旋转频率信号，并将该旋转频率信号输入至所述信息处理模块。 实施时，本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计，还包括电子表头外壳；所述信号采集模块和所述信息处理模块安装在所述电子表头外壳内，并与所述椭圆齿轮流量计表体固定在一起。实施时，所述信号处理模块包括信号处理单元和液晶显示单元，所述信号处理单元和所述液晶显示单元电连接；所述信号处理单元和所述信号采集单元电连接。实施时，所述磁敏电阻为HB-QCZ111型强磁体磁阻元件。与现有技术相比，本实用新型所述的超低功耗智能椭圆轮流量计结构简单、拆装方便、精度高、功耗超低，精度为1. 5%。，整机功耗在350uA以下。

图1是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的流体腔的结构图；图2是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的结构图；图3是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的信号采集模块的框图；图4是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的磁敏电阻的等效电路图；图5a是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的的磁钢和磁敏电阻的相对位置图；图5b是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的磁敏电阻的Signal端产生的信号时序图；图6是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计的信号处理模块的功能框图；图7是本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计采用的的F3641型液晶显示屏的外观示意图。
具体实施方式
本实用新型所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计包括椭圆齿轮流量计表体、信号采集模块、信息处理模块和电子表头外壳。所述信号采集模块和所述信息处理模块安装在所述电子表头外壳内，并与所述椭圆齿轮流量计表体固定在一起。如图1所示，所述椭圆齿轮流量计表体内有流体腔，该流体腔包括流体流入口、流体流出口和两个相互咬合的椭圆齿轮；在其中一个椭圆齿轮中心处装有椭圆齿轮输出轴，该输出轴延伸至所述流体腔外面并与该椭圆齿轮同步转动，在该输出轴上安装有一个磁钢盘，该磁钢盘上镶嵌有两个磁钢，当流体运动时推动椭圆齿轮转动，通过输出轴带动磁钢转动。所述流体腔上方安装信号采集模块，该信号采集模块可以检测出该椭圆齿轮的旋转速度。所述电子表头外壳内安装信息处理模块，所述信息处理模块上设置有微处理器、 液晶显示屏、按键和RS485通讯接口等，实施时，所述微处理器可为单片机。信号采集模块包括信号采集单元和磁敏电阻，在实施时，所述信号采集单元为信号采集板，该信号采集板上安装有磁敏电阻；当磁钢旋转经过磁敏电阻表面时，磁敏电阻中间端子会有一定幅值的正弦波信号输出至所述信号采集单元，该信号采集单元将该正弦波信号通过隔直、放大、整形电路产生标准脉冲信号，即得到椭圆齿轮的旋转频率信号(如图 2所示)。所述信号采集单元将该旋转频率信号输入至所述信息处理模块，并由所述信息处理模块中的微处理器计算得出瞬时流量、累计流量等数据，并通过液晶显示屏显示出来；用户还可通过按键切换显示界面、班产量清零(班产量为一段时间内的累积流量，可通过按键随时清零)、设置和读取仪表相关参数；所述信息处理模块通过RS485通讯接口可以实现与上位机连接，上位机可以设置和读取仪表相关参数以及对班产量清零等。本实用新型采用超低功耗设计微处理器选择低功耗单片机MAP430系列；所有元件均采用工业级低功耗元件；液晶显示屏采用并口驱动方式的段码液晶显示；编程中注意程序的低功耗，尽量减少系统运转的时间。经过低功耗设计，本实用新型在电池供电仪表正常运行时的功耗可保证在350uA以下。如图3所示，是信号采集模块的结构及信号传递处理流程示意框图，磁敏电阻检测出磁钢的旋转信号，并输出与磁钢旋转频率一致的正弦波信号，然后利用差分电路消去直流偏置，完全取出交流小信号，然后经过放大整型为同频率的标准方波信号，输入单片机。实施时，所述磁敏电阻是HB-QCZ111型强磁体磁阻元件，其为一种高灵敏度磁阻元件，当有20mT或20mT以上的磁信号反复作用于该元件表面时，即有一定幅值的正弦波信号输出，其幅值只与磁信号的有无有关，与磁信号的强弱无关。且该元件为低功耗器件，在用电池长期供电的低功耗仪表中，有其不可比拟的应用价值。图4为磁敏电阻的等效电路图，图fe是磁钢与磁敏电阻的相对位置示意图，图恥是磁敏电阻信号输出端Signal产生的信号的示意图，图如中上部分的a、b、c三个长方形图示为磁钢运动的三个位置，表示相对于磁钢下面磁敏电阻的相对位置，图恥表示磁敏电阻信号输出端Signal产生的信号形式，其中a、b、c三个位置表示与磁钢位置对应的信号值，纵坐标为电压值，横坐标为磁钢与磁敏电阻的相对位置。所述信息处理模块的控制电路是以MSP430F437IPZ单片机为核心，辅以一些外围电路模块共同实现预期控制目标。其功能框图如图6所示。MSP430F437IPZ单片机是目前市场上比较流行的16位超低功耗微处理器，其优势主要是功能强大，运算速度快，尤其是在低功耗方面与其他处理器有着不可比拟的优势，主要适合用在电池供电的场合。如图7所示，为了最大程度降低能耗，本产品的液晶显示屏是采用34引脚并行端口段码式液晶F3641，具有双排显示功能，上排五位显示瞬时流量，下排八位显示累计流量或班产量，由用户通过按键进行选择，同时，此液晶连接背光板，极具人性化，在设置参数或按键按下时背光自动打开，为用户提供照明，操作完成后背光自动熄灭。本质安全型设计要求危险区与安全区之间必须安装安全栅。安全栅的防爆标志等级必须不低于本安现场设备的防爆标志等级。安全栅的端电阻及回路电阻可以满足本安现场设备的最低工作电压。系统电路的开路电压、短路电流、等效电容与等效电感需要与安全栅匹配。为了保证电池的安全性，我们选用了可靠性更高的能量型亚硫酰氯电池，此外为了保证系统符合本质安全指标需要保证电池的短路电流小于规定值，采取了加装短路电阻与电池胶封在一起，保证当电池发生短路情况时，系统的安全性。本实用新型结构简单、拆装方便、精度高、功耗超低，整机功耗在350uA以下。以上说明对实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效， 但都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种超低功耗智能椭圆齿轮流量计，其特征在于，包括椭圆齿轮流量计表体、信号采集模块和信息处理模块，其中，所述椭圆齿轮流量计表体内有流体腔，该流体腔包括两个相互咬合的椭圆齿轮；在其中一个椭圆齿轮中心处装有输出轴，该输出轴延伸至所述流体腔外面并与该椭圆齿轮同步转动，在该输出轴上安装有一个磁钢盘，该磁钢盘上镶嵌有两个磁钢，当流体运动时推动该椭圆齿轮转动，通过该输出轴带动该磁钢转动；所述流体腔上方安装信号采集模块，该信号采集模块检测出该椭圆齿轮的旋转速度；所述信号采集模块包括信号采集单元和磁敏电阻，该磁敏电阻安装于所述信号采集单元上；所述信号采集单元和所述信息处理单元电连接；当该磁钢旋转经过该磁敏电阻表面时，该磁敏电阻中间端子输出正弦波信号至所述所述信号采集单元；该信号采集单元将该正弦波信号通过隔直、放大、整形电路产生标准脉冲信号，即得到椭圆齿轮的旋转频率信号，并将该旋转频率信号输入至所述信息处理模块。
2.如权利要求1所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计，其特征在于，其还包括电子表头外壳；所述信号采集模块和所述信息处理模块安装在所述电子表头外壳内，并与所述椭圆齿轮流量计表体固定在一起。
3.如权利要求1或2所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计，其特征在于，所述信息处理模块包括信息处理单元和液晶显示单元，所述信息处理单元和所述液晶显示单元电连接；所述信息处理单元和所述信号采集单元电连接。
4.如权利要求1或2所述的超低功耗智能椭圆齿轮流量计，其特征在于，所述磁敏电阻为HB-QCZl 11型强磁体磁阻元件。
专利摘要一种超低功耗智能椭圆齿轮流量计，包括椭圆齿轮流量计表体、信号采集模块和信息处理模块。椭圆齿轮流量计表体内有流体腔，流体腔包括两个相互咬合的椭圆齿轮；在其中一个椭圆齿轮中心处装有输出轴，该输出轴延伸至所述流体腔外面并与该椭圆齿轮同步转动，在该输出轴上安装有一个磁钢盘，该磁钢盘上镶嵌有两个磁钢；所述流体腔上方安装信号采集模块；所述信号采集模块包括信号采集单元和磁敏电阻，该磁敏电阻于所述信号采集单元上；所述信号采集单元和所述信息处理单元电连接。本实用新型所述的超低功耗智能椭圆轮流量计结构简单、拆装方便、精度高、功耗超低，精度为1.5‰，整机功耗在350μA以下。
文档编号G01D5/244GK202109940SQ20112017409
公开日2012年1月11日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者刘朝刚, 左广兰, 张国权 申请人:河北宏业永泰流体机械股份有限公司