新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表，屬于自動(dòng)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】中的節(jié)流式流量計(jì)；由中部通孔動(dòng)節(jié)流元件（絕大部分場合使用動(dòng)文丘里管）、單波紋管、支承簧片、表殼、力傳感器組成；該水表有兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是在單波紋管內(nèi)腔中部固定安裝一個(gè)中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件，另一種是將單波紋管中段的形狀制作成中部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形，中部通孔動(dòng)節(jié)流元件及其固定配件由彈性支承簧片承重；與差壓式流量計(jì)相比，該水表更充分地發(fā)揮了節(jié)流裝置的優(yōu)勢(shì)性能，具有結(jié)構(gòu)更簡單、價(jià)格更低、阻力損失更小、使用壽命更長、精度更高、防堵塞、應(yīng)用范圍更廣等優(yōu)點(diǎn)，具有極廣闊的發(fā)展前景。
【專利說明】新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在自動(dòng)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】中實(shí)現(xiàn)流量檢測的儀表，特別是涉及節(jié)流元 件的水表。

【背景技術(shù)】
[0002] 水表是用水計(jì)量收費(fèi)和節(jié)約用水管理的有效計(jì)量工具，其中，小口徑的戶用型水 表占水表總用量的絕大多數(shù)。在城市供水行業(yè)實(shí)現(xiàn)抄表到戶的同時(shí)，也帶來了入戶擾民、入 戶難和不安全因素。為解決入戶抄表的上述問題，建設(shè)部推出遠(yuǎn)傳水表和IC卡表兩大類智 能水表解決方案，并出臺(tái)了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。智能水表雖然是行業(yè)今后的發(fā)展方向，但目 前在基表技術(shù)和自動(dòng)抄表技術(shù)方面還有很多需要改進(jìn)的地方，本發(fā)明提出的就是一個(gè)關(guān)于 如何改進(jìn)水表基表技術(shù)的新方案。目前國內(nèi)外小口徑水表絕大多數(shù)使用的是機(jī)械水表，即 使是預(yù)付費(fèi)IC卡水表和電子遠(yuǎn)傳水表等智能水表的基表，用的也幾乎全是機(jī)械水表。由 于機(jī)械水表存在測量準(zhǔn)確度不高、可靠性差、使用壽命短、易受管道水質(zhì)影響以及產(chǎn)品質(zhì)量 控制困難等缺陷，行業(yè)內(nèi)陸續(xù)推出電磁水表、射流水表、超聲水表、渦街水表等新型水表基 表。與機(jī)械水表相比，上述新型基表既有壓力損失小、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，也有造 價(jià)高得多的弊病。因此，設(shè)計(jì)一種基于節(jié)流裝置，因而價(jià)格與機(jī)械水表相差無幾，性能又比 機(jī)械水表優(yōu)越得多的水表基表就是一項(xiàng)很迫切的工作。在流量測量領(lǐng)域，節(jié)流裝置的發(fā)展 有一個(gè)較長的歷史進(jìn)程。早在17世紀(jì)初，卡斯特里和托里拆利的研究就為節(jié)流裝置奠定了 理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)20年代，美國和歐洲一些國家?guī)缀跬瑫r(shí)開始進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)流裝置的 試驗(yàn)研究，由此產(chǎn)生了至今仍廣泛使用的差壓式流量計(jì)。但很可惜，這些歐美科學(xué)家因循了 此前的固定式節(jié)流裝置的研究模式，導(dǎo)致他們研制出的差壓式流量計(jì)并沒有發(fā)揮出節(jié)流裝 置應(yīng)有的全部優(yōu)點(diǎn)。其實(shí)在波紋管僅僅提出十幾年以后的1855年，德國就已經(jīng)最先發(fā)表 了制造波紋管的專利，在此基礎(chǔ)上，完全可以研制出性能更佳的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)。為了 充分發(fā)揮節(jié)流裝置在流量測量中的優(yōu)勢(shì)性能，專利 申請(qǐng)人:研制了多種新型動(dòng)節(jié)流元件流量 計(jì)。在被測流體工作壓力較高的場合，可使用"內(nèi)置式中部通孔動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)"（專利 號(hào)ZL201210118468. 1);而在被測流體工作壓力不太高的場合，可使用結(jié)構(gòu)更簡單的"中部 通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"（專利號(hào)ZL201110187493.0)。上述兩 種流量計(jì)均采用孔板、噴嘴或文丘里管廓形的中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件作為流量計(jì)的核心部 件。與差壓式流量計(jì)比較，上述流量計(jì)有下列優(yōu)點(diǎn)。首先，該流量計(jì)不使用導(dǎo)壓管，而是直 接測量流體對(duì)動(dòng)節(jié)流元件的推力，因而結(jié)構(gòu)更簡單，價(jià)格也更低。其次，差壓式流量計(jì)主要 使用孔板，而該流量計(jì)主要使用動(dòng)文丘里管，因而流動(dòng)阻力小、使用壽命長、測量精度也更 高。再次，由于該流量計(jì)主要使用動(dòng)文丘里管，又沒有導(dǎo)壓管，防堵塞能力也大大優(yōu)于差壓 式流量計(jì)。最后，由于該流量計(jì)不使用導(dǎo)壓管，因而可測量小管徑流量，使用范圍更廣。但 在"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"中，在動(dòng)節(jié)流元件兩端各配接一 個(gè)波紋管是一個(gè)比較困難的工藝，這是因?yàn)槭贡”诮饘俨y管與動(dòng)節(jié)流元件相互連接存在 問題，無論螺紋連接或焊接都因?yàn)椴y管的壁較薄而較難實(shí)施，從而影響了這種動(dòng)節(jié)流元 件流量計(jì)的推廣。因此，需要設(shè)計(jì)一種新型結(jié)構(gòu)的動(dòng)節(jié)流元件水表，克服上述動(dòng)節(jié)流元件流 量計(jì)在加工工藝上遇到的困難。設(shè)計(jì)出的新型結(jié)構(gòu)的動(dòng)節(jié)流元件水表具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià) 低、各方面性能優(yōu)良并適于小管徑流量測量的特點(diǎn)，是一種綜合效果較佳的水表。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 由于"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"存在制造工藝上的 困難，不利于這種結(jié)構(gòu)的中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表的推廣使用，因此，需要研制一種在結(jié)構(gòu) 上使制造工藝簡單化的中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表。
[0004] 本發(fā)明為解決其技術(shù)要求所采用的技術(shù)方案如下：如說明書附圖所示，研制的水 表是一種新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表，由中部通孔動(dòng)節(jié)流元件、波紋管、表殼、力傳感器 組成；新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表為單波紋管中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表，該水表有兩種 結(jié)構(gòu)型式，一種是在一個(gè)波紋管內(nèi)腔中部安裝一個(gè)中部通孔動(dòng)節(jié)流元件，中部通孔動(dòng)節(jié)流 元件的位置固定配件安裝在波紋管外表面的中部，波紋管一端與水表表殼的被測流量入口 端密封連接，波紋管另一端與水表表殼的被測流量出口端密封連接，中部通孔動(dòng)節(jié)流元件 及其固定配件由彈性支承簧片承重，每個(gè)支承簧片一端與固定配件固定連接，另一端與水 表表殼固定連接；另一種是將一個(gè)波紋管中段的形狀制作成中部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形，中 部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形的形狀固定配件安裝在波紋管該廓形的外表面上，波紋管一端與水 表表殼的被測流量入口端密封連接，波紋管另一端與水表表殼的被測流量出口端密封連 接，波紋管的中部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形及其固定配件由彈性支承簧片承重，每個(gè)支承簧片 一端與固定配件固定連接，另一端與水表表殼固定連接。支承簧片由薄彈簧鋼片制成，其特 點(diǎn)是，支承簧片在堅(jiān)直方向上的剛度很大，可以在無堅(jiān)直方向位移的情況下，將動(dòng)節(jié)流元件 及其固定配件的重量傳遞到表殼殼體上；而支承簧片在管道軸向上的剛度又很低，使得動(dòng) 節(jié)流元件有軸向位移時(shí)，支承簧片產(chǎn)生的反彈力相對(duì)于流體推力可以忽略。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是，與差壓式流量計(jì)相比，本水表和已有專利"中部通孔動(dòng)節(jié)流 元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"一樣，具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、阻力損失小、使用壽命 長、精度高、防堵塞、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。并且，與已有專利"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈 性膜片或波紋管的流量計(jì)"相同，新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表依據(jù)的也是比渦街式、射流 式、電磁式、超聲波式等其他水表測量原理更基本的流量特性(節(jié)流原理)，因而比它們的適 應(yīng)性和可靠性更高。比如，當(dāng)測量條件大幅偏離允許范圍時(shí)，被測流體對(duì)動(dòng)節(jié)流元件產(chǎn)生的 推力是不會(huì)跟著消失的，頂多是測量誤差增大一些；而渦街式、射流式、電磁式、超聲波式等 水表的測量誤差則要大得多，甚至可能使這些水表的測量功能失效。最后，本水表優(yōu)于已有 專利"中部通孔動(dòng)節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計(jì)"的是，由于動(dòng)節(jié)流元件是安裝 在單波紋管內(nèi)，甚至是直接將動(dòng)節(jié)流元件廓形制作在單波紋管中段，沒有薄壁波紋管與節(jié) 流元件連接上的制造工藝?yán)щy問題，因而，本發(fā)明簡化了中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表的制造 工藝，降低了其制造成本。由上述可見，本水表具有極廣闊的發(fā)展前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0007] 圖2是第一個(gè)實(shí)施例中支承簧片的原理示意圖。
[0008] 圖3是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0009] 圖4是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0010] 圖5是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0011] 圖中1.動(dòng)文丘里管，2.波紋管，3.雙孔懸臂梁，4.應(yīng)變片，5.表殼蓋，6.表殼， 7.密封墊圈，8.開口卡圈，9.平墊圈，10.表殼入口接管，11.表殼出口接管，12.下固定 瓦，13.上固定瓦，14.支承簧片，15.表殼入口外部接管，16.表殼出口外部接管，17.鎖緊 螺帽，18.撓性過濾介質(zhì)。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 在以下四個(gè)實(shí)施例中，為了減少流動(dòng)阻力損失和防止污物聚集，中部通孔動(dòng)節(jié)流 元件均采用動(dòng)文丘里管1，這也是本水表最常用的動(dòng)節(jié)流元件。但在有些應(yīng)用場合，動(dòng)文丘 里管1也可被替換為動(dòng)孔板或動(dòng)噴嘴，由于水表其他部分均可保持原結(jié)構(gòu)形式不變，故不 再一一贅述。另外，為使文字更簡明，在各實(shí)施例的附圖中，部件位置關(guān)系規(guī)定：以左側(cè)為 前，以右側(cè)為后。
[0013] 實(shí)施例一 在圖1的實(shí)施方案中，動(dòng)文丘里管1放置在一個(gè)波紋管2內(nèi)腔中部，動(dòng)文丘里管1兩 端的外直徑稍小于其中間部分的外直徑，上固定瓦13與下固定瓦12兩端凸緣的內(nèi)側(cè)面具 有與波紋管2外表面波谷相匹配的形狀，由于波紋管是薄壁的，很容易產(chǎn)生輕微的變形，因 此，當(dāng)上固定瓦13與下固定瓦12相互鎖緊時(shí)，波紋管2外面的固定瓦內(nèi)凸緣能夠卡住動(dòng)文 丘里管1直徑稍小的兩端外邊緣，使動(dòng)文丘里管1與波紋管2中間各波的相互位置在測量 過程中保持不變。從圖2中可以看到，動(dòng)文丘里管1、上固定瓦13與下固定瓦12的重量是 由四個(gè)支承簧片14支承的，支承簧片14上有堅(jiān)直向波紋，可以保證支承簧片14在堅(jiān)直方 向上有較大的剛度，同時(shí)在管道軸向上剛度又很低。支承簧片14的厚度在滿足垂直方向剛 度的情況下應(yīng)盡量的薄，因而當(dāng)動(dòng)文丘里管1有軸向位移時(shí)，支承簧片14產(chǎn)生的反彈力相 對(duì)于流體推力可以忽略不計(jì)。為便于水表裝配，在波紋管2穿過表殼6前、后通孔后，將鎖緊 后外徑大于表殼6前、后通孔直徑的開口卡圈8卡入波紋管2兩端波谷處，再將安裝在表殼 入口接管10和表殼出口接管11上的密封墊圈7與波紋管2兩端密封面接觸，最后用螺絲將 表殼入口接管10、表殼出口接管11壓緊在表殼6上，波紋管2兩端就被固定在表殼6的前、 后通孔處，并形成一個(gè)被測流體從水表表殼入口接管10流入，然后流經(jīng)動(dòng)文丘里管1，再由 水表表殼出口接管11流出的無泄漏的流動(dòng)通道。當(dāng)被測流體流過動(dòng)文丘里管1時(shí)，流體的 流量越大，流體對(duì)動(dòng)文丘里管1的推力也越大，動(dòng)文丘里管1又通過上固定瓦13上的傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)將這個(gè)推力作用在力傳感器的彈性元件雙孔懸臂梁3上，雙孔懸臂梁3產(chǎn)生與推力對(duì) 應(yīng)的應(yīng)變，使得分別貼在雙孔懸臂梁3正、負(fù)應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變片4的電阻產(chǎn)生差動(dòng)變化，這個(gè) 電阻的差動(dòng)變化經(jīng)力傳感器中的電橋與放大器進(jìn)一步處理后輸出與推力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。為 了水表信號(hào)遠(yuǎn)傳的需要，力傳感器采用了 8管腳單芯片的XTR115型二線制電流變送器，其 通信與供電線路合一，無需再單獨(dú)敷設(shè)通信纜線。本水表采用每單元設(shè)一總表，每戶一分表 的工作模式，以大幅減少每戶分表的造價(jià)。該水表自身不設(shè)電源，由遠(yuǎn)處總表的電源通過上 述兩根通信、供電共用線供電。分表僅實(shí)時(shí)測量供水的瞬時(shí)水量、由總表統(tǒng)一對(duì)各表瞬時(shí)水 量進(jìn)行累計(jì)水量的積算并統(tǒng)一給各分表供電。通常使用智能化總表和模擬化分表，總表對(duì) 各分表分時(shí)供電，即僅在對(duì)某塊分表采樣以讀取其瞬時(shí)水量值時(shí)，才對(duì)其供電，這既大大減 小了總表電源容量，又大大減小了各塊分表的功耗。當(dāng)分表輸出為4?20mA直流信號(hào)，總 表電源為24V直流電壓時(shí)，米樣時(shí)間4s，米樣開關(guān)閉合時(shí)間〈0. 02s,則每塊分表月耗電僅 1度。這個(gè)耗電量雖然比僅在讀取累計(jì)值時(shí)才通電的光電直讀式遠(yuǎn)傳水表的耗電量多，但 這個(gè)耗電量顯然可以滿足水表經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，何況其還有進(jìn)一步減少的可能。另外，由于 分表輸出的是4?20mA活零點(diǎn)的直流信號(hào)，使得智能總表很容易判斷各分表斷線和短路故 障。
[0014] 與經(jīng)典文丘里管的廓形相比，由于動(dòng)文丘里管1沒有取壓管，所以經(jīng)典文丘里管 為取壓所設(shè)的入口圓筒段與圓筒形喉部都沒有保留的必要，故動(dòng)文丘里管1廓形只有圓錐 收縮段和圓錐擴(kuò)散段。另外，為縮短動(dòng)文丘里管1長度，圓錐收縮段的圓錐角度取為40°， 圓錐擴(kuò)散段的圓錐角度取為15°。在直徑比β =0.4?0.75范圍內(nèi)，動(dòng)文丘里管1全長大 約只是管徑的1. 5?2. 0倍。由于動(dòng)文丘里管1的長度大大小于經(jīng)典文丘里管，在β >0. 6 時(shí)，其壓損甚至小于經(jīng)典文丘里管。在最大流量和動(dòng)文丘里管1 口徑不變的情況下，直徑比 β越大，壓損越小，動(dòng)文丘里管1也越短，但被測流體在動(dòng)文丘里管1上產(chǎn)生的最大推力也 越小，對(duì)力傳感器的要求較高。由于被測流體在動(dòng)文丘里管1上產(chǎn)生的最大推力比動(dòng)孔板 小得多，因此需要使用小量程的力傳感器。如按常規(guī)方法設(shè)計(jì)小量程力傳感器，則必然使得 其彈性元件的剛度很小，但這要導(dǎo)致力傳感器的非線性、重復(fù)性、滯后和蠕變等性能指標(biāo)變 壞，達(dá)不到高準(zhǔn)確度的要求。目前，通常采用低彈性模量的鋁合金雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性元件 的設(shè)計(jì)方案來解決靈敏度與剛度這對(duì)矛盾。采用上述雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)后，由于把應(yīng)變片4 貼在雙孔懸臂梁3的應(yīng)力集中處，即使在整個(gè)量程范圍內(nèi)作用在雙孔懸臂梁3上的力都很 小，梁的撓度也始終小于一個(gè)微量數(shù)值，但在雙孔懸臂梁3粘貼應(yīng)變片4處產(chǎn)生的應(yīng)變卻比 較大，能夠滿足后續(xù)處理電路的要求。
[0015] 被測流體作用在動(dòng)文丘里管1上的推力與被測流量之間關(guān)系的分析如下：動(dòng)文丘 里管1安置在水平直管道上，這樣，研究動(dòng)文丘里管1前、后流體的位能變化時(shí)就只需考慮 靜壓能，因此根據(jù)流體力學(xué)可以得出

【權(quán)利要求】
1. 一種新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表，由中部通孔動(dòng)節(jié)流元件1、波紋管2、表殼6、力 傳感器組成，其特征在于：新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表為單波紋管中部通孔動(dòng)節(jié)流元件 水表，在該水表中，在一個(gè)波紋管2內(nèi)腔中部安裝一個(gè)中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件1，中部通孔 動(dòng)節(jié)流元件的位置固定配件12、13安裝在波紋管2外表面的中部，波紋管2 -端與水表表 殼6的被測流量入口端密封連接，波紋管2另一端與水表表殼6的被測流量出口端密封連 接，中部通孔動(dòng)節(jié)流元件1及其固定配件12、13由彈性支承簧片14承重，每個(gè)支承簧片14 一端與固定配件12、13固定連接，另一端與水表表殼6固定連接。
2. -種新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表，由波紋管2、表殼6、力傳感器組成，其特征在 于：新型中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表為單波紋管中部通孔動(dòng)節(jié)流元件水表，在該水表中，將一 個(gè)波紋管2中段的形狀制作成中部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形，中部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形的形狀 固定配件12、13安裝在波紋管2該廓形的外表面上，波紋管2 -端與水表表殼6的被測流 量入口端密封連接，波紋管2另一端與水表表殼6的被測流量出口端密封連接，波紋管2的 中部通孔動(dòng)節(jié)流元件廓形及其固定配件12、13由彈性支承簧片14承重，每個(gè)支承簧片14 一端與固定配件12、13固定連接，另一端與水表表殼6固定連接。
【文檔編號(hào)】G01F1/44GK104236644SQ201410521332
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】王可崇 申請(qǐng)人:王可崇