本實(shí)用新型涉及電器，特別是一種農(nóng)飲水工程中的水泵狀態(tài)在線檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備正朝著大型化、復(fù)雜化、高速化、自動(dòng)化及大功率方向發(fā)展。設(shè)備的生產(chǎn)效率越來(lái)越高，機(jī)械結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，設(shè)備中不同部分之間的相互聯(lián)系、耦合也更加緊密，一個(gè)部件出現(xiàn)故障，將引起整個(gè)生產(chǎn)流程中斷?，F(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備雖然大幅度地增加了設(shè)備的維修費(fèi)用，但設(shè)備故障單位時(shí)間造成的損失也成倍地增加。

農(nóng)村供水與人民生活密切相關(guān)，農(nóng)村安全飲水項(xiàng)目，是解決廣大農(nóng)村地區(qū)飲水問(wèn)題的民生工程。隨著農(nóng)村供水系統(tǒng)的發(fā)展，水泵是供水站重要的設(shè)備之一，水泵機(jī)組的地位更加重要，它的可靠程度直接影響供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對(duì)這類(lèi)泵站的管理也提出了更高的要求，特別是其安全可靠性己越來(lái)越成為衡量供水站質(zhì)量的重要指標(biāo)。

在供水過(guò)程中，水泵性能測(cè)試是十分必要的，也就是說(shuō)，對(duì)水泵的轉(zhuǎn)速、流量、轉(zhuǎn)矩、揚(yáng)程、進(jìn)口壓力和出口壓力等物理量進(jìn)行檢測(cè)。讓被檢測(cè)的水泵在不同工況下運(yùn)行，測(cè)出流量、揚(yáng)程和軸功率等物理量，按公式進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，得出水泵的效率等相關(guān)性能參數(shù)，完成相應(yīng)的檢測(cè)任務(wù)。傳統(tǒng)的對(duì)水泵的性能測(cè)試是通過(guò)多個(gè)測(cè)量人員共同工作完成的，測(cè)量周期較長(zhǎng)且效率低下，而且人工讀數(shù)數(shù)據(jù)采集和原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理也會(huì)帶來(lái)計(jì)算誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差等，從而會(huì)使水泵性能參數(shù)測(cè)試的精度降低。判斷水泵故障的基本方法是通過(guò)觀察水泵工作時(shí)真空表和壓力表的讀數(shù)變化來(lái)了解水泵是否發(fā)生故障，但其明顯的缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性較差且不能快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出報(bào)警信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本實(shí)用新型之目的就是提供一種農(nóng)飲水工程中的水泵狀態(tài)在線檢測(cè)裝置，可有效解決保證水泵的正確使用、維護(hù)和水泵性能的改善，使其保持良好的工況高效運(yùn)行并延長(zhǎng)使用壽命的問(wèn)題。

本實(shí)用新型解決的技術(shù)方案是，包括殼體和殼體內(nèi)的中央處理器CPU，以及裝在殼體內(nèi)的存儲(chǔ)器、GPRS通訊器（模塊）和電源，存儲(chǔ)器、GPRS通訊器（模塊）、電源分別與中央處理器CPU相連，中央處理器CPU與殼體上的電源按鈕開(kāi)關(guān)、電源指示燈、狀態(tài)指示燈相連，中央處理器CPU分別與置于殼體外的流量傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器、水壓傳感器相連，構(gòu)成水泵狀態(tài)在線檢測(cè)結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，新穎獨(dú)特，安裝使用方便，效果好，有效用于水泵的在線狀態(tài)檢測(cè)，保證水泵的正確使用、維護(hù)和水泵性能的改善，使其保持良好的工況高效運(yùn)行并延長(zhǎng)使用壽命，有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2為本實(shí)用新型的電路連接框式圖；

圖3為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明：

由圖1、圖2給出，本實(shí)用新型包括殼體11和殼體11內(nèi)的中央處理器CPU，以及裝在殼體11內(nèi)的存儲(chǔ)器、GPRS通訊器（模塊）和電源，存儲(chǔ)器、GPRS通訊器（模塊）、電源分別與中央處理器CPU相連，中央處理器CPU與殼體11上的電源按鈕開(kāi)關(guān)12、電源指示燈13、狀態(tài)指示燈14相連，中央處理器CPU分別與置于殼體11外的流量傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器、水壓傳感器相連，構(gòu)成水泵狀態(tài)在線檢測(cè)結(jié)構(gòu)。

為了保證使用效果和使用方便，所述的水壓傳感器包括第一水壓傳感器4和第二水壓傳感器8。

所述的流量傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線和RS232通信接口與客體11內(nèi)的中央處理器CPU相連。

所述的GPRS通訊器為DTU數(shù)據(jù)傳輸模塊。

所述的中央處理器CPU為低功率ARM嵌入式系列處理器，型號(hào)為STM32F103VB。

所述的存儲(chǔ)器為32MB存儲(chǔ)器，型號(hào)為W25Q32。

所述的轉(zhuǎn)速傳感器為調(diào)制光結(jié)構(gòu)的單頭反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器。

本實(shí)用新型使用時(shí)，如圖3所示，將轉(zhuǎn)速傳感器2裝在電動(dòng)機(jī)1上，扭矩傳感器10裝在電動(dòng)機(jī)1與水泵3的連接軸上，第一水壓傳感器4裝在水泵3的出水管道5上，第二水壓傳感器8裝在水泵3的進(jìn)水管道9上，流量傳感器6裝在出水管道5上，出水管道5的出水端裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)7。

由上述結(jié)構(gòu)可以看出，本實(shí)用新型主要由3個(gè)部分組成，數(shù)據(jù)采集、主控模塊、控制輸出以及數(shù)據(jù)通信模塊。

(1) 數(shù)據(jù)采集

以水泵作為檢測(cè)和處理對(duì)象，為了測(cè)量水泵的流量、揚(yáng)程、功率、效率和轉(zhuǎn)速等狀態(tài)參數(shù)，需要采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)分為兩部分一部分為傳感器測(cè)量系統(tǒng)，此系統(tǒng)用來(lái)采集水泵性能的信號(hào)參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；另一部分為檢測(cè)與處理系統(tǒng)，將獲得的信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并輸入到微處理器中，以進(jìn)一步處理和分析。主要采集的數(shù)據(jù)：流量、轉(zhuǎn)速、扭矩、水壓，其中水壓包括水泵的吸水管水壓和壓水管水壓共2路水壓信號(hào), 輸出電壓為0-5VDC的標(biāo)準(zhǔn)電壓，以便微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

流量的檢測(cè)：根據(jù)對(duì)水泵試驗(yàn)設(shè)備的精度要求，對(duì)流量的檢測(cè)采用是標(biāo)準(zhǔn)的超聲波流量計(jì)；

轉(zhuǎn)速的檢測(cè)：光電測(cè)速表；

扭矩的監(jiān)測(cè)：扭矩傳感器；

水壓的監(jiān)測(cè)：采用壓力傳感器。

(2)主控模塊

主控模塊采用中央處理器CPU實(shí)現(xiàn)水泵性能信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理以及與外設(shè)的通信。

為了適應(yīng)野外工作環(huán)境，系統(tǒng)的功耗應(yīng)該盡量減小到最低，選用了業(yè)界低功耗ARM嵌入式系列處理器，型號(hào)為STM32F103VB。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：

存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要為：對(duì)采集到水泵的流量、轉(zhuǎn)速、扭矩、水壓等數(shù)據(jù)；終端的傳感器標(biāo)定參數(shù)、工作參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)；水泵的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)為32MB,型號(hào)為W25Q32。

存儲(chǔ)單元：采用32MB存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)的內(nèi)容為終端工作配置參數(shù)、多參數(shù)水質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等，型號(hào)為W25Q32。

數(shù)據(jù)處理：

利用微處理器的數(shù)據(jù)處理功能，將通過(guò)轉(zhuǎn)換得到的傳感器數(shù)據(jù)，按照一定的參數(shù)公式以及誤差處理分析，轉(zhuǎn)換為水泵的流量、揚(yáng)程、功率、效率和轉(zhuǎn)速等狀態(tài)參數(shù)。

(3) 數(shù)據(jù)通信

該模塊是負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)采集處理時(shí)與主機(jī)的通信，主要用于傳感器的標(biāo)定、指令與數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)傳輸與主控模塊之間采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信方式，兼容有線和無(wú)線兩種工作模式。數(shù)據(jù)傳輸模塊連接的是GPRS模塊，例如DTU，則實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的無(wú)線數(shù)據(jù)通信；數(shù)據(jù)傳輸模塊連接的是主機(jī)，在可以選擇有線的RS232通信方式。

(4) 指示燈包括電源指示燈和狀態(tài)指示燈

電源指示燈采用紅色顯示方式，點(diǎn)亮表示電源打開(kāi)，否則表示電源故障；

狀態(tài)指示燈用于指示GPRS狀態(tài)，采用綠色顯示方式，主要定義為：開(kāi)機(jī)狀態(tài)：指示燈滅；找網(wǎng)狀態(tài)：指示燈以3Hz頻率閃爍；Idle狀態(tài)：指示燈以1Hz頻率閃爍；Traffic狀態(tài)（通話、上網(wǎng)等）：指示燈以5Hz頻率閃爍。

本實(shí)用新型的使用情況是，水泵性能指在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，流量與揚(yáng)程、流量與軸功率、流量與效率的關(guān)系特性。根據(jù)圖3示的方式安裝相關(guān)的傳感器，將水泵與吸水管、壓力管連接起來(lái)，具體描述如下：(1)在水泵的進(jìn)水口安裝壓力傳感器，獲取吸水管中的水壓；(2)在水泵的出水口安裝壓力傳感器，獲取出水管中的水壓；(3)在水泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，安裝轉(zhuǎn)速傳感器，獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)速；(4)在水泵的出水管中安裝流量傳感器，獲取出水的流量。

性能參數(shù)的計(jì)算過(guò)程：

(1) 流量的測(cè)量和計(jì)算

流量是水泵最重要的工作參數(shù)，運(yùn)行時(shí)，如果水泵流量發(fā)生改變，其他參數(shù)也會(huì)隨之改變，一般來(lái)說(shuō)，泵的尺寸越大，轉(zhuǎn)速越高，流量也就越大。一般水泵的流量都有一定的變化范圍，在其額定流量下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能量會(huì)被充分利用，效率也就最高，當(dāng)水泵流量大于或小于額定流量時(shí)，雖然可以工作，但浪費(fèi)能源且效率低。采用90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭加工成的45°取壓彎管流量計(jì)。

(2) 揚(yáng)程的測(cè)量和計(jì)算

泵的揚(yáng)程是表示單位重量的液體水通過(guò)水泵后所獲得的能量即能量增加的數(shù)值，單位為水柱高度，本文測(cè)試水泵的揚(yáng)程， 是通過(guò)測(cè)出水泵出口斷面與進(jìn)口斷面之間的總能頭差。

(3) 軸功率

軸功率既是指電動(dòng)機(jī)傳遞給水泵傳動(dòng)軸的功率。扭矩傳感器或稱有功功率傳感器，高速數(shù)據(jù)同步采集和處理及時(shí)，隔離測(cè)量單相電路的有功功率，將其變換為一的直流電壓輸出，具有高準(zhǔn)確度、高隔離、低功耗和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，采用卡裝式結(jié)構(gòu)，端子接線，無(wú)需考慮輸入信號(hào)的極性，安裝方便。

(4) 效率

水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于水泵內(nèi)部存在許多能量損失，因此泵的有效功率即輸出功率必然會(huì)小于軸功率即輸入功率，有效功率與軸功率之差，就是泵內(nèi)損失的功率。水泵的效率叮通常是水泵的有效功率與軸功率的比值，反映了水泵性能的好壞。水泵有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所做的有用功，它是泵傳遞給液體的功率，故可稱為輸出功率。

(5)轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速是水泵的重要性能參數(shù)，直接影響水泵的性能。它們之間的關(guān)系是水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比、揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比、軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。光電轉(zhuǎn)速傳感器，采用調(diào)制光結(jié)構(gòu)的單頭反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器，具有測(cè)量距離遠(yuǎn)及不受環(huán)境光干擾的特點(diǎn)，傳感器內(nèi)藏調(diào)制光發(fā)射和接收光電轉(zhuǎn)速單元，能將被測(cè)物反射回來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)，能與各種轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀配套使用及計(jì)算機(jī)接口電路直接連接，能無(wú)接觸測(cè)量轉(zhuǎn)速。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益技術(shù)效果：

本實(shí)用新型通過(guò)測(cè)試和實(shí)地應(yīng)用，效果非常好，能夠做到早發(fā)現(xiàn)，早預(yù)防，從而可以為企業(yè)節(jié)約大量的維修費(fèi)用，節(jié)約成本，提高利潤(rùn)。利于發(fā)展農(nóng)村供水事業(yè)，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，有巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。