專利名稱：一種集成于水泵主體上的泵流量檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及流量檢測裝置，尤其是涉及一種安裝在水泵主體上的流量檢測裝置。
背景技術(shù)：
水泵是常用的水力機械，在工業(yè)生產(chǎn)以及人民生活中都占有重要的地位，對流經(jīng)水泵的液體流量進行精確計量具有廣泛的應(yīng)用前景以及實用價值。浙江省是國內(nèi)外水泵的主要制造基地，提高水泵的功能對改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、細(xì)分水利機械市場、延伸產(chǎn)業(yè)鏈同樣具有重要意義。為響應(yīng)黨在十七大上提出的關(guān)于加強貫徹落實節(jié)能減排工作的號召，希望能在水泵這一級較精確地解決流量的計量問題，這樣就可節(jié)約安裝流量計的成本。傳統(tǒng)的水泵流量檢測方法主要是在水泵前端或后端采用渦輪式流量計等液體流量計量儀器。這類儀器為保證計量特性而對安裝場所有特殊的要求，即要求有充分長的直管段。通常，建在水庫壩上或山坡上的泵房都不大，附近的地形也往往不夠平坦，因此，設(shè)置符合要求的直管段往往成為一個難以實現(xiàn)的問題。目前我省的工農(nóng)業(yè)用的取水水泵上尚未加裝流量計，但是已經(jīng)出現(xiàn)通過安裝附加的時間測量裝置的水泵流量計量方法。比如由杭州質(zhì)檢院起草制訂的浙江省地方計量校準(zhǔn)規(guī)范《配備水量計時器取水裝置》，這種裝置就是采用了通過對時間的計量獲得流量的數(shù)據(jù)的方法。該方法的優(yōu)點為解決了很多場合中直管段長度不足而無法安裝流量計的問題；但其缺點也十分顯著即計量準(zhǔn)確度不高，存在用水波動性無法計量的問題。目前在國內(nèi)大部分的大型成套水泵設(shè)備中都集成了水泵控制器以及水量計數(shù)器，以此對水泵工作狀態(tài)進行控制并且監(jiān)測抽水流量。由于其應(yīng)用廣泛，我國研究人員對于水泵流量檢測的研究主要集中在開發(fā)新型水量計時器中。這是一種通過對水泵電動機工作的準(zhǔn)確計時，再乘以水泵標(biāo)稱的出口流量，由此得出水泵抽取的累計水量的檢測裝置。目前我國自主研發(fā)的最新型水量計時器，主要由電流互感器、穩(wěn)壓單元、石英晶振計時器連接組成。水泵電動機工作時，電流互感器感應(yīng)出電流，通過穩(wěn)壓單元，成為互感電源，供石英晶振計器工作，計數(shù)由其字輪部件顯示、保留。當(dāng)電動機停轉(zhuǎn)時，電流互感器電流即為零，計時器因無電源供應(yīng)而停止工作，從而得到水泵電機工作時間，經(jīng)過轉(zhuǎn)換便可計算出流經(jīng)水泵的累積流量。但是在實際應(yīng)用中，基于計算電機工作時間統(tǒng)計流量的設(shè)備往往存在很大的誤差。這是由于水泵上游管道的不確定性，使水體在管道傳輸過程中產(chǎn)生渦流、間隙、斷流等現(xiàn)象，混入大量的空氣。這種狀態(tài)的水體流經(jīng)水泵，導(dǎo)致水泵電機工作效率降低，增加一定程度的無功功率。在此時根據(jù)電機工作時間所計算出流量與實際值之間就會產(chǎn)生偏差，所得到的數(shù)據(jù)精確度也無法保證。由于這些問題的存在影響了我國水泵設(shè)備的發(fā)展，國內(nèi)眾多的專家學(xué)者都在圍繞這些問題進行研究和探索，針對水量計時器出臺了一系列的改進方案，希望能夠提高水泵流量的測量精度，但是始終沒有根本性的突破。若想進一步提高計量準(zhǔn)確度且盡可能不增加設(shè)備成本，就急需研制一種能集成于水泵上的流量計量裝置，可以使水利部門、用水單位、水泵生產(chǎn)廠家三方受益。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種水泵流量檢測裝置，通過高精度功率采集系統(tǒng)檢測水泵在取水過程中消耗的功率，由此得到水泵電機抽取的水流量。在對流量數(shù)據(jù)進行采集的同時，實現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的顯示、存儲和遠(yuǎn)傳。提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。本實用新型所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括電壓采集電路、電流采集電路、 功率合成電路和流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。電流采集電路和電壓采集電路對水泵電機消耗的電流和電壓進行采樣輸入功率合成電路進行處理，處理得到的功率數(shù)據(jù)提供給流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成流量數(shù)據(jù)進行顯示、存儲并傳輸給計算機。所述的電流采集電路和電壓采集電路對水泵電機消耗的電流和電壓進行采樣輸入所述的功率合成電路進行處理，處理得到的功率數(shù)據(jù)提供給所述的流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成流量數(shù)據(jù)進行顯示和存儲；所述的電流采集電路包括錳銅片(Ul)、第一磁珠(Li)、第二磁珠(U)、第一電阻 (Rl)、第二電阻(R2)、第一電容(Cl)第二電容(C2)、第一接線端子(U3)；錳銅片(Ul)作為采樣分流器，安裝在水泵電機火線裸線上，錳銅片(Ul)的第一輸出端與第一磁珠(Li)的一端連接，錳銅片(Ul)的第二輸出端與第二磁珠(U)的一端連接，第一磁珠(Li)的另一端與第一電阻(Rl)的一端連接，第二磁珠(U)的另一端與第二電阻(R2)的一端連接，第一電阻(Rl)的另一端分別與第一電容(Cl)的一端、第一接線端子(U3)的1腳相連；第二電阻(R2)的另一端分別與第二電容(C2)的一端、第一接線端子 (U3)的2腳相連；第一電容(Cl)的另一端和第二電容(C2)的另一端均接地；所述的電壓采集電路包括接觸器(U2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R5)、電位器 (R4)、第三電容(C3)和第四電容(C4)；接觸器(U2)串接在水泵電機零線裸線上，第三電阻 (R3)的一端與接觸器(U2)的輸出端連接，第三電阻(R3)的另一端分別與第三電容(C3)的一端、電位器(R4)的一端連接；電位器(R4)的另一端與第四電阻(肪)的一端連接，電位器 (R4)的可調(diào)端與第一接線端子(U3)的3腳相連，第四電阻(R5)的另一端、第四電容(C4) 的一端均與第一接線端子(U3)的4腳相連；第三電容(C3)的另一端、第四電阻(R5)的另一端和第四電容(C4)的另一端均接地；所述的功率合成電路包括功率合成芯片⑴5)、第五電阻(R6)、第六電阻(R7)、 第七電阻(R8)、第八電阻(R9)、第五電容(C5)、第六電容(C6)、第七電容(C7)、第八電容 (C8)、第九電容(C9)、第十電容(ClO)、第i^一電容(Cll)、第十二電容(C12)、第十三電容 (C13)、第十四電容(C14)、晶振(XI)、光耦隔離器(Dl)、第二接線端子(U4)和第三接線端子 (U6)；功率合成芯片(U5)的1腳、2腳接5V電源，3腳通過第五電阻(R6)與5V電源連接， 為芯片供電，5腳至8腳分別與第二接線端子(U4)的1腳至4腳連接，9腳通過第六電阻 (R7)與5V電源相連；第五電容(( ) 一端和第六電容(C6) —端均與5V電源連接，第五電容 (C5)另一端和第六電容(C6)另一端均接地，第七電容(C7) —端和第八電容(C8) —端均與功率合成芯片(U5)的10腳連接，第七電容(C7)另一端和第八電容(C8)另一端均接地；功率合成芯片(U5)的11腳、21腳接地，12腳分別與第九電容(C9)的一端、第七電阻(R8)的一端連接，13腳分別與第十電容(ClO)的一端、第七電阻(R8)的一端連接，14腳分別與第十一電容(Cll)的一端、第七電阻(R8)的一端連接，第七電阻(R8)的另一端接5V電源；功率合成芯片(U5)的17腳分別與晶振(Xl)的一端、第十二電容(C12)的一端連接，18腳分別與晶振(Xl)的另一端、第十三電容(C13)的一端連接，第十二電容(C12)的另一端和第十三電容(C13)的另一端均接地；功率合成芯片(U5)的20腳通過第八電阻(R9)接地，21 腳與光耦隔離器(Dl)輸入端正極連接，光耦隔離器(Dl)輸入端負(fù)極接地，光耦隔離器輸出端正極分別與第十四電容(C14)的一端、第三接線端子(U6)的1腳連接，光耦隔離器輸出端負(fù)極分別與第十四電容(C14)的另一端、第三接線端子(U6)的2腳連接；第二接線端子 (U4)的1至4腳分別與第一接線端子(U3)的1至4腳對應(yīng)連接；功率合成芯片(U5)其它腳懸空，所述的功率合成芯片(U5)型號為ADE7755 ；所述的數(shù)據(jù)流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為32位ARM微處理器嵌入式系統(tǒng)，包括32位 S3C44B0X微處理器和顯示模塊；32位微處理器S3C44B0X的I/O 口 PE4與第三接線端子 (U6)的1腳相連，第三接線端子(U6)的2腳接地，S3C44B0X微處理器將接收到的功率數(shù)據(jù)按照比例換算為流量數(shù)據(jù)，顯示模塊顯示流量數(shù)據(jù)。本實用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是1.采用測量水泵電機功率的方法檢測水泵的水流量，可直接安裝在水泵上面。結(jié)構(gòu)簡單、安裝時不必考慮管道因素，可以實現(xiàn)在某些無法安裝普通流量計的情況下對水泵流量進行計量。2.采用了高精度電能計量芯片和32位微處理器，測量準(zhǔn)確度高，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲、遠(yuǎn)傳。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電流采集電路和電壓采集電路圖；圖3為功率合成電路圖；圖4為數(shù)據(jù)采集軟件流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種集成于水泵主體上的泵流量檢測裝置包括電壓采集電路2、電流采集電路3、功率合成電路4、流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。電流采集電路3和電壓采集電路4對水泵電機1消耗的電流和電壓進行采樣輸入功率合成電路4進行處理，處理得到的功率數(shù)據(jù)提供給流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成流量數(shù)據(jù)進行顯示、存儲并傳輸給計算機；流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括微處理器5-1、顯示模塊5-2、RS232模塊5_3。如圖2所示，電流采集電路包括錳銅片U1、第一磁珠Li、第二磁珠L2、第一電阻 R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2、第一接線端子U3。錳銅片Ul作為采樣分流器， 安裝在水泵電機火線裸線上。兩個端子分別連接第一磁珠Ll和第二磁珠L2的前端吸收高頻靜電脈沖。第一磁珠Ll后端和第二磁珠L2后端分別連接第一電阻Rl前端和第二電阻 R2前端進行進一步分流。第一電阻Rl后端與第一接線端子U3的1腳相連，第二電阻R2后端與第一接線端子U3的2腳相連。第一電阻Rl和第二電阻R2后端分別通過第一電容Cl 和第二電容C2接地濾波。當(dāng)水泵電機工作，電流流過錳銅片Ul，在EXINTl-I和EXINT1-2間產(chǎn)生差動電壓，輸入功率合成電路通道1。電壓采集電路包括接觸器U2、第三電阻R3、第四電阻R5、電位器R4、第三電容C3 和第四電容C4。第三電阻R3前端連接接觸器U2進行采樣分壓，第三電阻R3后端與電位器 R4前端相連調(diào)整差動電壓。電位器R4前端通過第三電容C3接地濾波，電位器R4調(diào)整端與第一接線端子U3的3腳相連，電位器R4后端接地。第四電阻R5前端接地，后端與第一接線端子U3的4腳相連，并通過第五電容C5接地濾波。接觸器U2與水泵電機零線連接。 電壓檢測電路以水泵電機零線為基準(zhǔn)，對輸入電壓采用電位器R4分壓采樣，通過調(diào)整電位器R4實現(xiàn)增益調(diào)節(jié)，在EXINT2-1和EXINT2-2間產(chǎn)生和水泵電壓成正比的電壓信號，輸入功率合成電路的通道2。如圖3所示，功率合成電路包括ADE7755芯片U5、第五電阻R6、第六電阻R7、第七電阻R8、第五電容C5至第十四電容C14、晶振XI、光耦隔離器D1、第二接線端子U4、第三接線端子TO。ADE7755芯片TO的1腳、2腳接5V電源，3腳通過第五電阻R6與電源連接，為芯片供電。5腳至8腳分別與第二接線端子U4的1腳至4腳連接。9腳通過第六電阻R7 與電源相連。電源通過第五電容C5和第六電容C6并聯(lián)濾波以此減少紋波。ADE7755芯片 TO的10腳通過第七電容C7和第八電容C8并聯(lián)接地以此減少紋波，11腳、21腳接地，12腳、 13腳、14腳通過第七電阻R8連接5V電源，分別由第九電容C9、第十電容C10、第十一電容 Cll接地濾波，以此選擇芯片頻率輸出為13. 6Hz。ADE7755芯片U5的17腳和18腳由晶振 Xl聯(lián)接，晶振兩端通過第十二電容C12、第十三電容C13接地，20腳通過第八電阻R9接地， 21腳與光耦隔離器Dl前端正極相連。光耦隔離器Dl前端負(fù)極與地相連，光耦隔離器Dl后端兩極與第三接線端子U6兩腳相連，第三接線端子U6兩腳由第十四電容C14連接。第二接線端子U4的1至4腳分別與第一接線端子U3的1至4腳用線纜連接。電流和電壓兩個信號送入ADE7755，分別通過兩個16位的二階模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進行數(shù)字化，采樣速率大于 900kHz。ADE7755將數(shù)字化的電流和電壓信號直接相乘，得到瞬時功率信號，然后對瞬時功率信號進行低通濾波就得到有功功率。ADE7755芯片U5的CF腳以高頻脈沖輸出功率瞬時值通過光電耦合輸入32位微處理器S3C44B0X的I/O 口。數(shù)據(jù)流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為32位ARM微處理器嵌入式系統(tǒng)，包括32位S3C44B0X微處理器、顯示模塊、RS232模塊。32位微處理器S3C44B0X的I/O 口 PE4與第三接線端子U3 的1腳相連，GND與第三接線端子U3的2腳相連。S3C44B0X微處理器將接收到的功率數(shù)據(jù)按照比例換算為流量數(shù)據(jù)。32位微處理器S3C44B0X的EXINT2、EXINT3、EXINT4、EXINT5、 EXINT6、EXINT7、與顯示模塊相連。32 位微處理器 S3C44B0X 的串口 GPE1、GPE2、PC12、PC13 與RS232模塊相連。32位微處理器S3C44B0X通過以下公式電能=平均功率X積分時間 =(脈沖個數(shù)/積分時間)X積分時間=脈沖個數(shù)得到一個積分周期內(nèi)水泵消耗的電能， 并通過預(yù)設(shè)的水泵流量與電能消耗關(guān)系的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為水泵工作時間內(nèi)的水流量。圖4所示為數(shù)據(jù)采集軟件流程圖，ADE7755輸出脈沖寬度寬度是大于150ms，而小于300ms的。于是通過定時檢測，判斷連續(xù)狀態(tài)持續(xù)次數(shù)的辦法來實現(xiàn)檢測脈沖的寬度，實際中使用每5ms檢測一次電量脈沖信號，若為高電平則將計數(shù)值加1，若為低電平則清計數(shù)值為0，這樣，只要計數(shù)值即可得到功率值，并轉(zhuǎn)換為流量數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1. 一種集成于水泵主體上的泵流量檢測裝置，包括電壓采集電路、電流采集電路、功率合成電路和流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于所述的電流采集電路和電壓采集電路對水泵電機消耗的電流和電壓進行采樣輸入所述的功率合成電路進行處理，處理得到的功率數(shù)據(jù)提供給所述的流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成流量數(shù)據(jù)進行顯示和存儲；所述的電流采集電路包括錳銅片(Ul)、第一磁珠(Li)、第二磁珠(U)、第一電阻(Rl)、 第二電阻(R2)、第一電容(Cl)第二電容(C2)、第一接線端子(U3)；錳銅片(Ul)作為采樣分流器，安裝在水泵電機火線裸線上，錳銅片(Ul)的第一輸出端與第一磁珠(Li)的一端連接，錳銅片(Ul)的第二輸出端與第二磁珠(U)的一端連接， 第一磁珠(Li)的另一端與第一電阻(Rl)的一端連接，第二磁珠(U)的另一端與第二電阻(R2)的一端連接，第一電阻(Rl)的另一端分別與第一電容(Cl)的一端、第一接線端子 (U3)的1腳相連；第二電阻(似)的另一端分別與第二電容(以)的一端、第一接線端子(U3) 的2腳相連；第一電容(Cl)的另一端和第二電容(以)的另一端均接地；所述的電壓采集電路包括接觸器(U2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R5)、電位器(R4)、第三電容(C3)和第四電容(C4)；接觸器(U2)串接在水泵電機零線裸線上，第三電阻(R3)的一端與接觸器(U2)的輸出端連接，第三電阻(R3)的另一端分別與第三電容(C3)的一端、 電位器(R4)的一端連接；電位器(R4)的另一端與第四電阻(R5)的一端連接，電位器(R4) 的可調(diào)端與第一接線端子(U3)的3腳相連，第四電阻(R5)的另一端、第四電容(C4)的一端均與第一接線端子(U3)的4腳相連；第三電容(C3)的另一端、第四電阻(R5)的另一端和第四電容(C4)的另一端均接地；所述的功率合成電路包括功率合成芯片⑴5)、第五電阻(R6)、第六電阻(R7)、第七電阻(R8)、第八電阻(R9)、第五電容(C5)、第六電容(C6)、第七電容(C7)、第八電容(C8)、第九電容(C9)、第十電容(ClO)、第十一電容(Cll)、第十二電容(C12)、第十三電容(C13)、第十四電容(C14)、晶振(XI)、光耦隔離器(Dl)、第二接線端子(U4)和第三接線端子(U6)；功率合成芯片(U5)的1腳、2腳接5V電源，3腳通過第五電阻(R6)與5V電源連接，為芯片供電，5腳至8腳分別與第二接線端子(U4)的1腳至4腳連接，9腳通過第六電阻(R7)與5V 電源相連；第五電容(⑶)一端和第六電容(C6) —端均與5V電源連接，第五電容(C5)另一端和第六電容(C6)另一端均接地，第七電容(C7) —端和第八電容(C8) —端均與功率合成芯片(TO)的10腳連接，第七電容(C7)另一端和第八電容(C8)另一端均接地；功率合成芯片(U5)的11腳、21腳接地，12腳分別與第九電容(C9)的一端、第七電阻(R8)的一端連接，13腳分別與第十電容(ClO)的一端、第七電阻(R8)的一端連接，14腳分別與第十一電容(Cll)的一端、第七電阻(R8)的一端連接，第七電阻(R8)的另一端接5V電源；功率合成芯片(U5)的17腳分別與晶振(Xl)的一端、第十二電容(C12)的一端連接，18腳分別與晶振(Xl)的另一端、第十三電容(C13)的一端連接，第十二電容(C12)的另一端和第十三電容(C13)的另一端均接地；功率合成芯片(U5)的20腳通過第八電阻(R9)接地，21腳與光耦隔離器(Dl)輸入端正極連接，光耦隔離器(Dl)輸入端負(fù)極接地，光耦隔離器輸出端正極分別與第十四電容(C14)的一端、第三接線端子(U6)的1腳連接，光耦隔離器輸出端負(fù)極分別與第十四電容(C14)的另一端、第三接線端子(U6)的2腳連接；第二接線端子(U4)的 1至4腳分別與第一接線端子(U3)的1至4腳對應(yīng)連接；功率合成芯片(U5)其它腳懸空，所述的功率合成芯片(U5)型號為ADE7755 ；所述的數(shù)據(jù)流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為32位ARM微處理器嵌入式系統(tǒng)，包括32位S3C44B0X 微處理器和顯示模塊；32位S3C44B0X微處理器的I/O 口 PE4與第三接線端子(U6)的1腳相連，第三接線端子(U6)的2腳接地，顯示模塊顯示流量數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型涉及一種集成于水泵主體上的泵流量檢測裝置。傳統(tǒng)的檢測裝置計量準(zhǔn)確度不高。本實用新型包括電壓采集電路、電流采集電路、功率合成電路和流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。電流采集電路和電壓采集電路對水泵電機消耗的電流和電壓進行采樣輸入功率合成電路進行處理，處理得到的功率數(shù)據(jù)提供給流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成流量數(shù)據(jù)進行顯示、存儲并傳輸給計算機。本實用新型采用測量水泵電機功率的方法檢測水泵的水流量，結(jié)構(gòu)簡單、安裝時不必考慮管道因素，可以實現(xiàn)在無法安裝普通流量計的情況下對水泵流量進行計量。
文檔編號G01F1/56GK202024792SQ20102069599
公開日2011年11月2日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者李東升, 李軼凡 申請人:中國計量學(xué)院