专利名称：一种用于测试干式水表机芯灵敏度的设备和方法
技术领域：
本发明属于测试设备技术领域，具体涉及一种用于测试干式水表机芯灵敏度的设备和方法。
背景技术：
参见图I，干式水表机芯8对流过水表的水量计量是由流动的水带动叶轮13转动，然后基表的叶轮上的磁环(即叶轮磁环12)通过磁耦合带动干式水表机芯上的磁环(即机芯磁环10)转动来进行计量。干式水表机芯在安装到水表上之前无法知道机芯的灵敏度性能，而机芯灵敏度会直接影响水表始动和示值误差，如果装配成表后才测出水表始动或示值误差不合格，在维修时需要分别检测是机芯不合格或是基表叶轮盒部件不合格，生产工作量较大，同时也没有达到关键部件的过程质量控制；因此，用能满足干式水表机芯灵敏度测试要求的测试设备进行灵敏度测试是非常必要的。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于测试干式水表机芯灵敏度的设备和方法，以在干式水表机芯安装到水表基表之前能进行灵敏度测试，挑出不合格的机芯。干式水表机芯的计量传动特点是机芯上的磁环(即机芯磁环)为两对磁极，基表上的磁环和机芯上的磁环进行磁耦合传动，要检测干式水表机芯灵敏度，首先应驱动机芯磁环按正确方向转动到一定的速度，然后在惯性作用下开始自然降速到设定速度，这时，开始测试机芯磁环到停止时的转动量来表示机芯的灵敏度；为了准确测试干式水表机芯灵敏度，在自然降速到测试完成阶段不能有外力对干式水表机芯干扰。本发明所述的用于测试干式水表机芯灵敏度的设备，包括第一空心线圈、第二空心线圈、测试台支座、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、电路板以及控制器，所述第一、第二空心线圈分别竖直且对称安装在测试台支座上，第一、第二空心线圈通过线圈驱动电路与控制器连接，用于产生磁场，通过磁耦合带动机芯磁环旋转，所述第一、第二霍尔传感器安装在电路板上，电路板水平安装在测试台支座上，且靠近第一、第二空心线圈的顶面，第一、第二霍尔传感器的输出与控制器连接，用于感应机芯磁环的位置(即机芯磁环中N极或S极相对第一、第二霍尔传感器的位置)、判断机芯磁环的旋转方向、检测机芯磁环的旋转速度以及检测机芯磁环依靠惯性旋转的转动量(即机芯磁环的N极或S极通过第一、第二霍尔传感器的次数)。第一或第二空心线圈(即无铁芯线圈)通电后需要产生有足够磁场强度的磁场来耦合机芯磁环，使机芯磁环到达一定速度，第一、第二空心线圈之所以没有采用铁芯，是因为有铁芯的线圈产生的磁场，在机芯磁环降速和测试过程中，铁芯的剩磁将对机芯磁环产生作用，对干式水表机芯灵敏度测试产生干扰。进一步，一计算机通过串口与所述控制器连接，用于直接显示并保存测试的数据。本发明所述的测试干式水表机芯灵敏度的方法，包括
步骤I :将第一空心线圈、第二空心线圈分别竖直且对称安装在测试台支座上，将第一、第二空心线圈通过线圈驱动电路与控制器连接，将安装了第一霍尔传感器和第二霍尔传感器的电路板水平安装在测试台支座上，且靠近第一、第二空心线圈的顶面，将第一、第二霍尔传感器的输出与控制器连接。步骤2 :将干式水表机芯通过机芯定位支座放置在测试台支座上，机芯磁环的底面正对第一、第二空心线圈的顶面，且靠近第一、第二霍尔传感器，控制器通过第一、第二霍尔传感器输出的电压的正负分析、判断机芯磁环中N极或S极相对第一、第二霍尔传感器的位置。步骤3 :控制器根据机芯磁环中N极或S极相对第一或第二霍尔传感器的位置确定第一、第二空心线圈的通电次序，并将第一或第二空心线圈按照通电次序通电，产生磁场，通过磁耦合使机芯磁环按需要的旋转方向旋转；如果机芯磁环的旋转方向不正确，根据第一、第二霍尔传感器输出的电压正负变化，调整第一、第二空心线圈通电次序使机芯磁环按需要的方向旋转。步骤4:控制器通过第一、第二霍尔传感器检测机芯磁环的旋转速度(根据第一、 第二霍尔传感器电压信号变换的时间计算)，当机芯磁环达到一定速度时，停止给第一、第二空心线圈通电，让机芯磁环在惯性作用下开始降速，当降到设定速度后，控制器开始记录第一、第二霍尔传感器检测到的机芯磁环的N极或S极通过次数，直到机芯磁环停止转动。步骤5 :控制器分析机芯磁环的N极或S极通过次数，次数越多，灵敏度越高，将通过次数与标准次数范围对比，如果在标准次数范围内，则干式水表机芯灵敏度合适，干式水表机芯合格，如果不在标准次数范围内，则干式水表机芯灵敏度不合适，干式水表机芯不合格；如果大于标准次数范围的上限，则干式水表机芯灵敏度太高，如果小于标准次数范围的下限，则干式水表机芯灵敏度太低。进一步，在所述步骤I中，将控制器通过串口与计算机连接；在所述步骤2中，通过计算机显示机芯磁环中N极或S极相对第一或第二霍尔传感器的位置；在所述步骤3中，通过计算机显示第一、第二空心线圈的通电次序和机芯磁环的旋转方向；在所述步骤4中，通过计算机定量显示机芯磁环的旋转速度以及机芯磁环的N极或S极通过次数；在所述步骤5中，通过计算机显示干式水表机芯是否合格，并存储测试结果。在将干式水表机芯安装到水表基表之前，采用本发明对干式水表机芯灵敏度进行无干扰测试，通过控制第一、第二空心线圈产生有足够磁场强度的磁场来耦合机芯磁环，使机芯磁环转动到一定速度，然后在惯性作用下自然降速到设定速度，通过第一、第二霍尔传感器测试机芯磁环从设定速度到完全停止的转动量，挑出了不合格的机芯，减少了对下道工序的影响，实现了干式水表机芯关键部件的过程质量控制，提高了干式水表的一次合格率，降低了干式水表的生产成本。


图I为本发明中干式水表机芯计量传动的示意图。图2为本发明中测试设备对干式水表机芯进行测试的结构示意图。图3为在进行测试时测试设备的测试头与干式水表机芯的位置示意图。图4为本发明中第一、第二霍尔传感器与第一、第二空心线圈顶面以及磁环底面的位置示意图。
图5为本发明中第一空心线圈通电时第一、第二霍尔传感器与磁环底面的位置示意图。图6为本发明中第二空心线圈通电时第一、第二霍尔传感器与磁环底面的位置示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图2、图3、图4所不的用于测试干式水表机芯灵敏度的设备,包括第一空心线圈
I、第二空心线圈2、测试台支座3、第一霍尔传感器5、第二霍尔传感器6、电路板7、控制器4以及计算机11，第一、第二空心线圈分别竖直且对称安装在测试台支座3上，第一、第二空心线圈通过线圈驱动电路与控制器4连接，第一、第二霍尔传感器安装在电路板7上，电路板7水平安装在测试台支座3上，且靠近第一、第二空心线圈的顶面，第一霍尔传感器5与 第一空心线圈I在同一侧，第二霍尔传感器6与第二空心线圈2在同一侧，第一、第二霍尔传感器的输出与控制器4连接，控制器4通过RS232串口与计算机11连接。第一、第二霍尔传感器采用连续工作型霍尔传感器，其型号为旭化成(日本)的HW-101A-F霍尔传感器，此霍尔传感器有电源输入端和弱正负电压差信号(几百毫伏)输出端；当不同磁极靠近时，霍尔传感器的输出电压的正负电压差反相，利用控制器4中单片机自带的电压比较器可以采集第一、第二霍尔传感器对磁极的感应信号。为N沟道的场效应管IRF530，直接由控制器4中的单片机输出高电平(4. 5 5V)控制场效应管的删极，使第一、第二空心线圈通断电。控制器4和线圈驱动电路装在一个控制盒内，控制盒上设有与控制器4连接的“启动”按钮以及两个显示测试结果的发光二极管，一个红色，一个绿色，通过控制器4内的程序设定，在测试时，两个发光二极管按I秒的频率交替闪烁，测试完成后，根据测试结果，红灯长亮表示不合格，绿灯长亮表示合格。同时，计算机11也可以通过软件显示并将测试结果存入数据库。如图2、图3、图4、图5和图6所示，采用上述设备进行干式水表机芯灵敏度测试的方法，包括
步骤I :将第一空心线圈I、第二空心线圈2分别竖直且对称安装在测试台支座3上，将第一、第二空心线圈通过线圈驱动电路与控制器4连接，将安装了第一霍尔传感器5和第二霍尔传感器6的电路板7水平安装在测试台支座3上，且靠近第一、第二空心线圈的顶面，第一霍尔传感器5与第一空心线圈I在同一侧，第二霍尔传感器6与第二空心线圈2在同一侧，将第一、第二霍尔传感器的输出通过霍尔传感器信号线与控制器4连接，将控制器4通过RS232串口与计算机11连接。步骤2 :将干式水表机芯8通过机芯定位支座9放置在测试台支座3上，机芯磁环10的底面正对第一、第二空心线圈的顶面，且靠近第一、第二霍尔传感器，第一、第二霍尔传感器的位置与机芯磁环10的中心呈锐角，按“启动”按钮，开始测试，控制器4通过第一、第二霍尔传感器输出的电压的正负分析、判断机芯磁环中N极或S极相对第一、第二霍尔传感器的位置，通过计算机11显示机芯磁环中N极或S极相对第一或第二霍尔传感器的位置；由于其原理为机芯磁环10由两对磁极构成，其N、S极交替布置，机芯磁环的底面与顶面的磁性相反(图4中，机芯磁环底面的磁极分布从第一空心线圈对应处开始为N-S-N-S，其顶面对应的磁极分布为S-N-S-N)，机芯磁环10套在干式水表机芯8的传动轴上，机芯磁环不能上、下移动，只能旋转，当S极靠近第一、第二霍尔传感器时，第一、第二霍尔传感器输出的电压为正，当N极靠近第一、第 二霍尔传感器时,第一、第二霍尔传感器输出的电压为负；因此，图4中，机芯磁环10的S极靠近第一、第二霍尔传感器,第一、第二霍尔传感器输出的电压为正，计算机11显示第一、第二霍尔传感器输出的正电压。步骤3 :控制器4根据机芯磁环10中N极或S极相对第一或第二霍尔传感器的位置确定第一、第二空心线圈的通电次序，并将第一或第二空心线圈按照通电次序通电，产生磁场，通过磁耦合使机芯磁环10按逆时针方向旋转，通过计算机11显示第一、第二空心线圈的通电次序和机芯磁环10的旋转方向；由于其原理为第一空心线圈I通一个方向的电流，产生磁场，其底面下方为S极、顶面上方为N极，与机芯磁环10底面一对磁极的N极相斥(即第一空心线圈I通电磁耦合使机芯磁环10逆时针旋转，参见图5)，第二空心线圈2通另一个方向的电流，产生磁场，其底面下方为N极、顶面上方为S极，与机芯磁环10底面另一对磁极的N极相吸(即第二空心线圈2通电磁耦合使机芯磁环10顺时针旋转，参见图
6);因此，为了能让机芯磁环10按逆时针方向旋转，需要先给第一空心线圈I通电，使机芯磁环10转到一定位置后再给第二空心线圈2通电(类似于电机换向原理)，然后交替通电，使其继续按逆时针方向旋转到一定速度，通电的切换由控制器4控制场效应管实现；在机芯磁环10按逆时针方向旋转时,第二霍尔传感器6输出的电压先由正变为负，然后第一霍尔传感器5输出的电压才由正变为负,如果是第一霍尔传感器5输出的电压先发生变化,那么机芯磁环10是按顺时针方向旋转的，需要改变第一、第二霍尔传感器的通电次序，使机芯磁环的旋转方向正确。步骤4 :控制器4通过第一、第二霍尔传感器检测机芯磁环的旋转速度，并通过计算机11定量显示机芯磁环10的旋转速度，当机芯磁环达到一定速度时，停止给第一、第二空心线圈通电，让机芯磁环在惯性作用下开始降速，当降到设定速度后，控制器开始记录第一、第二霍尔传感器检测到的机芯磁环的N极或S极通过次数，直到机芯磁环停止转动，通过计算机11定量显示机芯磁环10的N极通过次数；其原理为控制器4记录第一霍尔传感器5与第二霍尔传感器6电压正负变换的时间差，然后由其内部单片机计算机芯磁环的旋转速度，控制器4记录第一霍尔传感器5输出正电压的次数，来确定机芯磁环10的N极通过次数。步骤5 :控制器4分析机芯磁环10的N极或S极通过次数，次数越多，灵敏度越高，将通过次数与标准次数范围对比，如果在标准次数范围内，则干式水表机芯灵敏度合适，干式水表机芯合格，控制盒上的绿灯常亮，如果不在标准次数范围内，则干式水表机芯灵敏度不合适，干式水表机芯不合格，控制盒上的红灯常亮，计算机11显示干式水表机芯8是否合格，并将测试结果存入数据库；同时，如果通过次数大于标准次数范围的上限，则干式水表机芯灵敏度太高，如果小于标准次数范围的下限，则干式水表机芯灵敏度太低。
权利要求
1.一种用于测试干式水表机芯灵敏度的设备，其特征是包括第一空心线圈(I)、第二空心线圈(2)、测试台支座(3)、第一霍尔传感器(5)、第二霍尔传感器(6)、电路板(7)以及控制器(4)，所述第一、第二空心线圈分别竖直且对称安装在测试台支座(3)上，第一、第二空心线圈通过线圈驱动电路与控制器(4 )连接，用于产生磁场，通过磁耦合带动机芯磁环旋转，所述第一、第二霍尔传感器安装在电路板(7)上，电路板(7)水平安装在测试台支座(3)上，且靠近第一、第二空心线圈的顶面，第一、第二霍尔传感器的输出与控制器(4)连接，用于感应机芯磁环的位置、判断机芯磁环的旋转方向、检测机芯磁环的旋转速度以及检测机芯磁环依靠惯性旋转的转动量。
2.根据权利要求I所述的用于测试干式水表机芯灵敏度的设备，其特征是一计算机(11)通过串口与所述控制器(4 )连接，用于直接显示并保存测试的数据。
3.—种测试干式水表机芯灵敏度的方法,包括 步骤I :将第一空心线圈(I)、第二空心线圈(2)分别竖直且对称安装在测试台支座(3)上，将第一、第二空心线圈通过线圈驱动电路与控制器(4)连接，将安装了第一霍尔传感器(5)和第二霍尔传感器(6)的电路板(7)水平安装在测试台支座(3)上，且靠近第一、第二空心线圈的顶面，将第一、第二霍尔传感器的输出与控制器(4)连接； 步骤2 :将干式水表机芯(8)通过机芯定位支座(9)放置在测试台支座(3)上，机芯磁环(10)的底面正对第一、第二空心线圈的顶面，且靠近第一、第二霍尔传感器，控制器(4)通过第一、第二霍尔传感器输出的电压的正负分析、判断机芯磁环中N极或S极相对第一、第二霍尔传感器的位置； 步骤3 :控制器(4)根据机芯磁环(10)中N极或S极相对第一或第二霍尔传感器的位置确定第一、第二空心线圈的通电次序，并将第一或第二空心线圈按照通电次序通电，产生磁场，通过磁耦合使机芯磁环按需要的旋转方向旋转； 步骤4 :控制器(4)通过第一、第二霍尔传感器检测机芯磁环的旋转速度，当机芯磁环达到一定速度时，停止给第一、第二空心线圈通电，让机芯磁环在惯性作用下开始降速，当降到设定速度后，控制器开始记录第一、第二霍尔传感器检测到的机芯磁环的N极或S极通过次数，直到机芯磁环停止转动； 步骤5 :控制器(4)分析机芯磁环的N极或S极通过次数，次数越多，灵敏度越高，将通过次数与标准次数范围对比，如果在标准次数范围内，则干式水表机芯灵敏度合适，干式水表机芯合格，如果不在标准次数范围内，则干式水表机芯灵敏度不合适，干式水表机芯不合格。
4.根据权利要求3所述的测试干式水表机芯灵敏度的方法，其特征是在所述步骤I中，将控制器(4 )通过串口与计算机(11)连接；在所述步骤2中，通过计算机显示机芯磁环中N极或S极相对第一或第二霍尔传感器的位置；在所述步骤3中，通过计算机显示第一、第二空心线圈的通电次序和机芯磁环的旋转方向；在所述步骤4中，通过计算机定量显示 机芯磁环的旋转速度以及机芯磁环的N极或S极通过次数；在所述步骤5中，通过计算机显示干式水表机芯是否合格，并存储测试结果。
全文摘要
本发明公开了一种用于测试干式水表机芯灵敏度的设备和方法，该设备包括第一、第二空心线圈、测试台支座、第一、第二霍尔传感器、电路板以及控制器，第一、第二空心线圈安装在测试台支座上，并与控制器连接，第一、第二霍尔传感器安装在电路板上，电路板水平安装在测试台支座上；通过控制第一、第二空心线圈产生磁场来耦合机芯磁环，使机芯磁环转动到一定速度，然后在惯性作用下自然降速到设定速度，通过第一、第二霍尔传感器测试机芯磁环从设定速度到完全停止的转动量，即可测得干式水表机芯的灵敏度。该发明能在干式水表机芯安装到水表基表之前进行灵敏度测试，挑出不合格的机芯，实现干式水表机芯关键部件的过程质量控制。
文档编号G01F25/00GK102829846SQ20121031211
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者陈胜强, 向方云, 魏庆华 申请人:重庆市智能水表有限责任公司