導(dǎo)語：無線遠(yuǎn)傳電子水表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:隨著全球電子通訊、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)型機(jī)械水表已經(jīng)無法滿足當(dāng)下的市場需求，新的計(jì)量及數(shù)據(jù)傳輸方式對傳統(tǒng)觀念形成強(qiáng)烈的沖擊。無線遠(yuǎn)傳電子水表是一種利用微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對用戶的用水量進(jìn)行計(jì)量，并對用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和遠(yuǎn)程控制的水表，方便水司管理，節(jié)省人工成本，并減少計(jì)數(shù)器直讀數(shù)據(jù)帶來的誤差。

關(guān)鍵詞:機(jī)電轉(zhuǎn)換;發(fā)訊葉輪;無磁計(jì)量;無線遠(yuǎn)傳;電子水表

無線遠(yuǎn)傳電子水表現(xiàn)階段主要產(chǎn)品是在機(jī)械水表基礎(chǔ)上增加機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置和電子部件等來實(shí)現(xiàn)其使用功能，目前這種水表存在以下技術(shù)難點(diǎn):(1)發(fā)訊葉輪靜態(tài)平衡;(2)密封板耐壓強(qiáng)度;(3)電子計(jì)數(shù)器密封;(4)發(fā)訊片與電感之間距離控制。隨著水表新標(biāo)準(zhǔn)推出，客戶對高精度的智能化水表需求越來越大，傳統(tǒng)機(jī)械表已經(jīng)不能滿足國內(nèi)外市場的需求。因此開發(fā)高精度的智能化水表，解決電子水表以上問題，能有效提升水表在國內(nèi)外市場的競爭力。本文重點(diǎn)介紹智能化水表主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。

1發(fā)訊葉輪靜態(tài)平衡原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無線遠(yuǎn)傳電子水表采用無磁傳感方式采集信號，與傳統(tǒng)指針發(fā)訊不同，該方案去除機(jī)械水表的計(jì)數(shù)齒輪，直接在葉輪上安裝發(fā)訊片，減少了齒輪傳動帶來的阻力，并且具有計(jì)量準(zhǔn)確、始動流量低、計(jì)量精度高、量比大等特點(diǎn)。發(fā)訊葉輪靜態(tài)平衡分析，目的在于驗(yàn)證其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量是否均勻，并將其不平衡量消除或減小到允許范圍內(nèi)，使葉輪軸的磨損降低，延長水表使用壽命，提高水表的計(jì)量等級。

1.1靜態(tài)平衡原理

重心:認(rèn)為物體各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，對于質(zhì)量分布均勻形狀規(guī)則的物體，重心即是物體的幾何中心。浮心:浮力的作用點(diǎn)，浮心的位置就是那部分被排開液體(或氣體)的重心位置。發(fā)訊葉輪浸沒在靜態(tài)水中，當(dāng)重力等于浮力時(shí)，葉輪將懸浮在水中。如果要使葉輪在靜態(tài)水中不發(fā)生傾斜，重力和浮力對任意一點(diǎn)的力矩代數(shù)和為零，即重心和浮心在同一垂直直線上。設(shè)計(jì)葉輪時(shí)，為了使轉(zhuǎn)動的不平衡量降低到最小值，葉輪的外形呈中心對稱分布。想要達(dá)到靜態(tài)平衡，新設(shè)計(jì)發(fā)訊葉輪需滿足:G=F;O和C重合，如圖1所示。G—葉輪自身重力;F—葉輪受.

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要使發(fā)訊葉輪浸沒在靜態(tài)水中重力等于浮力，葉輪組件密度要接近于水的密度1g/cm3。葉輪組件中葉輪軸材質(zhì)為硬質(zhì)合金ρ=7.7g/cm3，葉輪材質(zhì)為PP，ρ=0.89g/cm3，葉輪塑軸材質(zhì)為POM，ρ=1.39g/cm3，如圖2所示，常規(guī)水表發(fā)訊片材質(zhì)為不銹鋼，根據(jù)成分不同，密度在7.7～8g/cm3之間浮動，采用不銹鋼發(fā)訊片的葉輪組件密度會比水大，在靜態(tài)水中是下沉狀態(tài)。為了減小葉輪組件密度，需尋找密度更低且特性接近的材料代替，鈦合金具有感應(yīng)信號強(qiáng)、耐腐蝕性好、強(qiáng)度高、密度低等特點(diǎn)被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。鈦合金的密度在4.5g/cm3，左右，僅為不銹鋼的60%，在三維軟件中對葉輪組件材料進(jìn)行設(shè)置，可以得出葉輪的質(zhì)量和體積，求得葉輪密度為1g/cm3，接近于水的密度。要使葉輪組件重心和浮心重合，葉輪質(zhì)量應(yīng)沿中心均勻分布。葉輪塑軸上裝有鈦合金發(fā)訊片，厚度為0.1mm，因鈦合金密度是葉輪塑軸(POM)3倍，葉輪塑軸上發(fā)訊片槽深應(yīng)為0.3mm，在三維軟件中可以看到重心在葉輪的幾何中心(X、Y、Z坐標(biāo)系數(shù)值接近于0)，發(fā)訊葉輪浸沒在靜態(tài)水中重心和浮心是重合的。

2密封板承壓時(shí)的形變和應(yīng)力集中分析

電子水表采用無磁三電感傳感方式采集信號，對信號采集距離有嚴(yán)格要求，需保證密封板、下夾板等零件厚度，在強(qiáng)度允許的條件下盡量減小零件厚度。通過密封板承壓時(shí)形變和應(yīng)力集中分析，能有效分析設(shè)計(jì)零件是否滿足水表耐壓要求。選擇密度更低，強(qiáng)度更高的材料，使水表整體重量變輕，有效降低生產(chǎn)成本。表殼材質(zhì)為銅(Hpb59-1)、密封墊圈材質(zhì)為POM、密封板材質(zhì)為PA(GV-5H)、壓緊塊材質(zhì)為銅(Hpb59-1)，在表殼內(nèi)壁以及密封板底部施加一個(gè)大小為50MPa，方向由表殼內(nèi)部指向外部的力。密封板在承受50MPa的壓力時(shí)，最大形變出現(xiàn)在密封板中心處，約0.03mm，對電感影響可以忽略。密封板最大應(yīng)力出現(xiàn)在密封板凹陷處，約為223MPa，接近GV-5H拉伸斷裂強(qiáng)度220MPa，說明在承受50MPa壓力時(shí)，密封板有發(fā)生斷裂的可能，對結(jié)構(gòu)薄弱處需適當(dāng)加強(qiáng)。

3電子計(jì)數(shù)器密封設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)計(jì)數(shù)器內(nèi)是齒輪和字輪等塑料件，進(jìn)水可能會影響計(jì)數(shù)器的讀數(shù)，略微增大齒輪間的傳動阻力，對水表的正常工作是沒有影響的。無線遠(yuǎn)傳電子水表計(jì)數(shù)器內(nèi)有PCB板、電池、電容、電感、液晶顯示器等電子元器件，對計(jì)數(shù)器的防護(hù)等級特別是防水等級有嚴(yán)格的要求，為了進(jìn)一步提升電子計(jì)數(shù)器的密封性，設(shè)計(jì)成雙重密封結(jié)構(gòu)。(1)上夾板和下夾板之間設(shè)置有環(huán)形槽，槽中放入無影膠(UV膠)，通過紫外線光照，使粘合劑在數(shù)秒內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，對上、下夾板有極好的粘接效果，粘接強(qiáng)度高，固化后完全透明、長期不變黃，具有較高的密封效果，如圖3所示(2)下夾板底部邊緣外設(shè)置有環(huán)形不規(guī)則截面的凸邊，透明罩底部設(shè)置有對應(yīng)于凸邊的環(huán)形凹槽，凸邊與環(huán)形凹槽之間設(shè)有O型密封圈，透明罩凹槽扣入下夾板凸邊就可以起到密封效果，雙層密封結(jié)構(gòu)使電子計(jì)數(shù)器在不灌膠的前提下也能滿足IP68的防護(hù)等級要求，放入2m水深幾個(gè)月都沒有出現(xiàn)電子計(jì)數(shù)器進(jìn)水現(xiàn)象如圖4所示。

4發(fā)訊葉輪與三電感距離控制

無磁計(jì)量的基礎(chǔ)原理是LC振蕩，當(dāng)LC振蕩遇到附有不銹鋼的區(qū)域時(shí)(阻尼區(qū))，振蕩衰減很快，而在絕緣材料區(qū)(非阻尼區(qū))，其振蕩衰減慢很多，無線遠(yuǎn)傳電子水表設(shè)計(jì)了三個(gè)LC振蕩器，通過對衰減強(qiáng)弱的變化檢測發(fā)訊葉輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)水表流量的計(jì)量。電感對感應(yīng)距離非常敏感，要準(zhǔn)確穩(wěn)定檢測葉輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，三電感應(yīng)始終保證在下夾板底部，為此設(shè)計(jì)出PCB轉(zhuǎn)接板，將PCB主板與電感副板做成一個(gè)整體。PCB主板通過轉(zhuǎn)接板上主板支柱固定，電感副板通過轉(zhuǎn)接板上副板支柱固定，支柱與主板、副板開孔是過盈配合，扣入后不易拆卸。PCB轉(zhuǎn)接板通過下夾板導(dǎo)向筋扣入下夾板中的定位凸臺，PCB轉(zhuǎn)接板上定位孔與下夾板上定位凸臺同樣是緊配合，裝配后不使用夾具是無法拆卸的。水表零件加工或注塑精度能達(dá)到圖紙上公差要求，可以有效控制發(fā)訊葉輪與三電感之間的距離，提升水表的穩(wěn)定性，如圖5、圖6所示.

5結(jié)束語

隨著智能化、自動化推動的程度不斷加深，智能表及其系統(tǒng)的應(yīng)用將會更加普及。葉輪式電子單流無線遠(yuǎn)傳水表采用無磁傳感方式采集信號，并增加曲線擬合、分段調(diào)整等功能，有效克服了磁干擾、高溫失磁等問題，提高了水表的計(jì)量等級及可靠性。無線遠(yuǎn)傳電子水表的開發(fā)能達(dá)到國內(nèi)外同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，有助于提高寧波水表(集團(tuán))股份有限公司在水表行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢，增加市場競爭力，擴(kuò)大國內(nèi)外市場占有率，突出我公司行業(yè)領(lǐng)頭羊地位。

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作者：楊濱 張?jiān)Ｋ?婁嘉俊 王振杰 朱珍香 單位：寧波水表 ( 集團(tuán)) 股份有限公司 浙江省水表研究院