监测流体流量的方法及设备 |
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| 申请号 | CN201580018250.0 | 申请日 | 2015-03-27 | 公开(公告)号 | CN106413908B | 公开(公告)日 | 2019-07-05 |
| 申请人 | 斯玛特布鲁有限公司; | 发明人 | 加布里埃尔·黛拉-莫妮卡; | ||||
| 摘要 | 用于监测 流体 流量的方法和设备，在该方法和设备中， 电子 设备(25)由配置有 涡轮 (17)的单元承载，涡轮(17)能够由流体流驱动转动，该电子设备包括检测涡轮的至少一个确定的 角 位置 的装置，每当所述涡轮经过该角位置时所述装置提供电脉冲。脉冲计数器可对提供的脉冲进行计数。连接到涡轮的 电流 发生器可为电子设备供电。 电能 蓄 电池 可由电流发生器充电并为电子设备供电。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监测流体流量和电子设备运行的方法，所述电子设备由配置有涡轮(17)和检测装置(29)的单元承载，所述涡轮(17)能够由流体流驱动转动，所述检测装置(29)检测所述涡轮的至少一个确定的角位置，并且每当所述涡轮通过该角位置时提供电脉冲，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 监测流体流量的方法及设备[0002] 欧洲专利申请EP 2 158 972描述了一种配置有涡轮和发电机的喷头，该涡轮能够在水流的作用下转动，该发电机由该涡轮驱动转动，以便产生用于为电子电路和发光二极管供电的电流。该电子电路包括水温传感器和调节器，该调节器用于调节发光二极管的供应电流，使得发光二极管的视觉效果随水温变化。 [0003] 法国专利申请FR 2 960 638描述了一种用于监测流体流量(flow rate)的系统，该系统包括电子电路，该电子电路能够通过由流体驱动的涡轮来测量流体的流量，并且若流体的流量过大(即超过预定值)，该电子电路能够发出警告，以便确保阀门被关闭。该系统包括允许电子电路自主运行的供电电池。涡轮连接到专有电流发生器，以便为电池充电。 [0004] 美国专利申请US 2003/0233885描述了一种监测和测量流体的设备，该设备包括电子电路，该电子电路能够基于转速传感器输出的信号来计算流体的消耗体积，该转速传感器检测由流体驱动的涡轮的转动。流体流量和消耗体积均被显示。此外，最大体积被记录且一旦消耗该确定的体积，则显示信号并关闭阀门。 [0005] 本发明的主题是完全不同的。 [0006] 提出了一种用于监测流体流量和电子设备运行的方法，所述电子设备由配置有涡轮和检测装置的单元承载，所述涡轮能够由流体流驱动转动，所述检测装置检测所述涡轮的至少一个确定的角位置，并且每当所述涡轮通过该角位置时提供电脉冲。 [0007] 所述方法包括：每当所述检测装置提供电脉冲时，电脉冲计数器增值；基于初始值，设置脉冲数的数值阈值；以及当所述脉冲计数器提供的所述脉冲数位于所述数值阈值确定的数值范围内时，有选择地激活警告装置，以提供各种警告信号。 [0008] 所述方法可包括：若所述脉冲计数器提供的脉冲数的数值在整个预设时段内保持不变，则在所述时段结束时将所述脉冲计数器复位到所述初始值。 [0009] 所述方法可包括：实时计算所述脉冲的频率；以及根据所计算的频率，为所述警告装置供电。 [0010] 所述警告装置可根据所述涡轮的转速被供电。 [0011] 所述电流发生器可经由共享电源点连接到电能蓄电池以供电，所述电子设备可至少包括第一组电路和第二组电路。则所述方法可包括：实时检测所述涡轮的转速值；若转速值高于或等于速度阈值，则经由所述共享点向所述第一组电路和第二组电路供电；若转速值低于所述速度阈值，则经由所述共享点仅向所述第一组电路供电。 [0012] 还提出了一种监测流体流量和电子设备运行的方法，所述电子设备由一单元承载，所述单元配置有能够由流体流驱动转动的涡轮，配置有由所述涡轮驱动转动的电流发生器，还配置有电能蓄电池以便为所述电子设备供电，所述电子设备至少包括第一组电路和第二组电路。 [0013] 所述方法包括：当所述涡轮转动时提供电脉冲；根据所提供的脉冲，实时检测所述涡轮的转速；根据所检测的转速，计算所述流体的流量和/或流过的体积；根据所计算的流量值和/或流过的体积值，激活警告装置；若转速值高于或等于转动速度阈值，则经由所述共享点为所述第一组电路和第二组电路供电；若转速值低于所述转动速度阈值，则经由所述共享点仅向所述第一组电路供电。 [0014] 所述电流发生器可提供交流电流，每当电流值超过阈值时，提供所述电脉冲。 [0015] 还提出了一种监测流体流量的单元，所述单元包括中空主体，所述中空主体具有所述流体的输入端和输出端。 [0016] 所述单元配置有：涡轮，所述涡轮位于所述主体中，并能够由所述流体流驱动转动；电流发生器，所述电流发生器可转动地连接到所述涡轮；以及电子设备，所述电子设备由所述电流发生器供电。 [0017] 所述电子设备包括：检测装置，所述检测装置用于检测涡轮的至少一个确定的角位置，以便每当所述涡轮经过该角位置时提供电脉冲；脉冲计数器，所述脉冲计数器用于对所述检测装置提供的连续脉冲进行计数；设置装置，所述设置装置用于设置脉冲数的数值阈值；比较装置，所述比较装置用于将所述脉冲计数器提供的脉冲数与所述阈值进行比较，并当所述脉冲计数器提供的脉冲数位于所述数值阈值确定的数值范围内时，有选择地提供各种控制信号；以及警告装置，所述警告装置有选择地提供与所述各种控制信号分别对应的各种警告信号。 [0018] 所述电子设备可包括复位装置，所述复位装置用于，当所述脉冲数的数值在整个预设时段内保持不变时，在所述时段结束时将所述脉冲计数器复位到初始值。 [0019] 所述电子设备可包括用于检测所述涡轮的转速的装置，以及根据该转速为所述警告装置供电的装置。 [0020] 所述单元可包括电能蓄电池，所述电能蓄电池连接到所述电流发生器，并能够为所述电子设备至少部分地供电。 [0021] 所述电流发生器可经由共享电源点连接到电能蓄电池，所述电子设备可包括第一组电路和第二组电路；所述第一组电路直接连接到所述共享电源点，所述第二组电路经由开关连接到所述共享电源点，所述开关由用于检测所述涡轮的转速的检测器控制，从而只有当所述涡轮的转速高于转动速度阈值时，为所述第二组电路供电。 [0022] 所述单元可包括用于显示所述脉冲计数器输出的数值的装置。 [0024] 还提出了一种监测流体流量的单元，所述单元包括中空主体，所述中空主体具有所述流体的输入端和输出端，以及所述单元配置有：涡轮，所述涡轮位于所述主体中，并能够由流体流驱动转动；电流发生器，所述电流发生器经由共享电源点连接到电流发生器；以及电子设备。 [0025] 所述电子设备可包括第一组电路和第二组电路，所述第一组电路直接连接到所述共享电源点，所述第二组电路经由开关连接到所述共享电源点，所述开关由用于检测所述涡轮的转速的检测器控制，从而只有当所述涡轮的转速高于转动速度阈值时，为所述第二组电路供电。 [0026] 所述电子设备可包括：检测装置，所述检测装置用于检测所述涡轮的至少一个确定的角位置的装置，以便每当所述涡轮经过该角位置时提供电脉冲；脉冲计数器，所述脉冲计数器对所述检测装置提供的连续脉冲进行计数；以及计算装置，所述计算装置连接到所述检测装置，用于实时计算所述脉冲的与所述涡轮转速相对应的频率。 [0027] 所述电子设备可包括：用于设置脉冲数的数值阈值的装置；比较装置，所述比较装置用于将所述脉冲计数器提供的脉冲数与所述阈值进行比较，并当所述脉冲计数器提供的脉冲数位于所述数值阈值确定的数值范围内时，有选择地提供各种控制信号；以及警告装置，所述警告装置有选择地提供与所述各种控制信号分别对应的各种警告信号。 [0028] 所述电子设备可包括用于显示所述脉冲计数器输出的数值的装置。 [0029] 所述电流发生器可提供交流电流，所述单元包括用于每当电流值超过阈值时提供电脉冲的装置。 [0030] 所述中空主体可包括喷头。 [0033] -图2示出了图1中单元的垂直于该流体输出轴线的纵向横截面； [0034] -图3示出了由图1中单元承载的电子设备的电子线路图； [0035] -图4示出了图3中电子设备的发光二极管的运行示意图； [0036] -图5a至图5d示出了图3中电子设备的某些电子元件的运行示意图； [0037] -图6示出了安装在管道中的另一单元沿该管道的轴线的纵向横截面； [0038] -图7示出了图6中单元承载的电子设备的电子线路图。 [0039] 根据图1和图2中示出的一个变型实施例，单元包括喷头1，该喷头例如包括中空主体2，该中空主体包括圆筒形外围壁3、后径向壁4和附加的正面壁或前壁5，该正面壁或前壁具有多个用于输出水的通孔6。该中空主体2沿侧面配置有通常形成手柄的中空细长臂7，该中空细长臂连接到后径向壁4侧的壁3，并通过通道8与中空主体2的内部连通。中空手柄7的活动端连接到用于在压力下输送水的一般柔性管9。 [0040] 在中空主体2内，喷头1配置有防水中空盒10，该防水中空盒包括前部和后部，前部包括远离外围壁3的圆筒形外围壁11和远离前壁5的前径向壁12；后部包括直径小于外围壁11直径的圆筒形外围壁13和远离后壁4的后壁14。外围壁11和外围壁13由径向环形壁15连接。 [0041] 中空盒10由连接主体2外围壁3和盒10外围壁11的间隔径向壁16悬挂安装。 [0042] 喷头1配置有涡轮17，该涡轮包括径向板18和圆筒形外围壁19，该径向板位于主体2的后壁4与盒10的后壁14之间的空间中，圆筒形外围壁19远距离地包围盒10的圆筒形外围壁13，并承载外围翼片(fin)20。涡轮17通过将盒10后壁14与涡轮径向板18连接的轴向轴21被可转动地安装。 [0043] 涡轮17被布置为使得，在压力下经由中空细长手柄臂7的通道到达、并穿过通道8进入中空主体2的水流，通过在中空主体2与盒10之间流过而流经中空主体10，并在前进的方向上以喷射的形式穿过前壁5的通孔6排出。这样做，水流作用在涡轮17的翼片20上，从而驱动涡轮旋转。通常，涡轮17的转速与水流的流量大体上成比例。 [0044] 喷头1配置有电流发生器22，该电流发生器提供交流电流，其定子23安装在中空盒2的后部中，且其转子24由涡轮14的圆筒形壁19的内表面承载并远离盒10的圆筒形壁13。 [0045] 喷头1配置有由印刷电路板26承载的电子设备25，该印刷电路板径向地安装在中空盒10的前部中。 [0046] 电子设备25通过电线27连接到定子23，以便为该电子设备供电，该电子设备包括诸如发光二极管的警告和发光装置28，该警告和发光装置安装在印刷电路板26上并位于印刷电路板之前。 [0047] 至少中空主体2的前壁5和中空盒10的前径向壁12至少部分地透明或半透明，使得发光装置28发出的光向前从喷头1射出。 [0048] 参照图3及其后面附图，现将对电子设备25及其运行进行描述。 [0049] 电子设备25包括用于指示用水量的装置，以下对这些装置进行描述。 [0050] 如图3所示，电子设备25包括比较器29，该比较器的一个输入端通过线路30连接到电流发生器22的定子23，且另一输入端受制于电流阈值Sc。每当由定子23输出的大体正弦交流电流的数值超过阈值Sc时，也就是说每当涡轮17经过一个确定的角位置时，该比较器29在线路31上提供一个电脉冲Ir。如此，在两个连续脉冲Ir之间，体积单元Ve的水通过喷头 1。 [0051] 电子设备25包括实时脉冲计数器32，该实时脉冲计数器的一个输入端连接到线路31，以便从初始值开始对比较器29提供的脉冲进行计数，且该实时脉冲计数器在线路33上传送所计数的脉冲的连续数量。每个所传送的脉冲数N对应于穿过喷头1的水的体积V，该水的体积等于体积单元Ve乘以该传送数N。用于存储脉冲数N的存储器32a与脉冲计数器32相关联。 [0052] 电子设备25包括比较器34，该比较器的一个输入端连接到线路33，且该比较器例如受制于脉冲数的两个数值阈值Sv1和Sv2，其输出端通过线路36连接到电源选择器35。阈值Sv1和Sv2对应于流过喷头1的水的体积V1和V2，体积V2大于体积V1。 [0053] 前述发光装置28例如包括分别提供诸如绿色光、蓝色光和红色光警告信号的发光二极管28G、发光二极管28B和发光二极管28R。 [0054] 发光二极管28G、发光二极管28B和发光二极管28R通过电源选择器35连接到供电线37，该供电线本身连接到电流发生器22，电源选择器35包括开关35G、开关35B和开关35R，这些开关由比较器34提供的信号控制。 [0055] 电子设备25以以下方式运行。 [0056] 初始假定没有水流经喷头1，由此脉冲计数器32处于初始值，该初始值等于零(即：N＝0)。开关35G、开关35B和开关35R处于断开状态。 [0057] 现在，用户使水流流经喷头1。该水流使涡轮17旋转。 [0058] 随着涡轮17在水流的作用下旋转，比较器29检测涡轮17的转动，并提供连续的脉冲Ir。计数器32对这些脉冲进行计数从而自身增值，并随着其对脉冲进行计数，将脉冲数N提供给比较器34。 [0059] 如图4所示，从第一个脉冲Ir开始或当脉冲数超过预定的小数值Svo时，在如下所述的、转速足以使电流发生器22为电子电路供电的条件下，比较器34向电源选择器35发送控制信号Sco，该电源选择器闭合开关35G，以便向发光二极管28G供应来自线路37的电力并使其发光。 [0060] 如图4所示，一旦脉冲计数器32提供的脉冲数N超过阈值Sv1，比较器34向电源选择器35发送控制信号Sc1，然后该电源选择器断开开关35G从而关掉发光二极管28G，并闭合开关35B以便向发光二极管28B供应来自线路37的电力并使其发光。 [0061] 如图4所示，一旦脉冲计数器32提供的脉冲数N超过阈值Sv2，比较器34向电源选择器35发送控制信号Sc2，然后，该电源选择器断开开关35B从而关掉发光二极管28B，并闭合开关35R以便向发光二极管28R供应来自线路37的电力并使其发光。 [0062] 如果用户停止喷头1的水流，然后重新开始，则计数器自停止期间存储的数N恢复计数。 [0063] 前述结果是，通过发光装置28发出的颜色告知喷头1的用户他或她的用水量。 [0064] 如果绿色二极管28G接通，这表明他或她的用水量低于量V1。如果蓝色二极管28B接通，这表明他或她的用水量在量V1和量V2之间。如果红色二极管28G接通，这表明他或她的用水量高于量V2。 [0065] 例如，阈值Sv1可被编程，使得体积V1的值在十九升水与二十一升水之间，且阈值Sv2可被编程，使得体积V2的值在三十九升水和四十一升水之间。 [0066] 电子设备25还包括如下所述的用于管理电力消耗和复位的装置。 [0067] 如图3所示，来自电流发生器定子22的电线27连接到整流器39的输入端，该整流器的输出端连接到稳压器40的输入端，该稳压器具有输出线路41。在恒定电压下，该输出线路41形成主直流(DC)电源。所提供的直流电流的数值与定子23的转速大体上成比例的变化，并由此与涡轮17在流经喷头1的水流的作用下的转速大体上成比例的变化。图5a示出了取决于喷头1使用周期的一种变化。 [0068] 电子设备25包括由诸如电容器的电能蓄电池42形成的次级电源，该电能蓄电池在共享电源点43处连接到输出线路41。 [0069] 电子设备25包括用于计算涡轮的转速的计算器44，该计算器的一个输入端经由线路45接收来自比较器29输出端的脉冲信号Ir，且该计算器受制于计时器(clock)46。速度计算器44在线路47上实时提供速度信号D，该速度信号的数值与流经喷头1的水流的流量大体上成比例。 [0070] 电子设备25包括开关48和可调数值的电流调节器49，该开关和该可调数值的电流调节器通过线路50和线路51串联连接在共享电源点43和供电线37之间。 [0071] 电子设备25包括比较器52，该比较器的一个输入端连接到速度计算器44的输出线路47，且该比较器受制于速度阈值SD，该比较器的输出端通过线路53连接到开关49的控制输入端。例如，速度阈值SD可被编程以对应于每分钟两升与每分钟三升之间的水流量值。 [0072] 速度计算器44的输出线路47连接到电流调节器49的控制输入端。 [0073] 电子设备25以以下方式运行。 [0074] 当速度信号D的值低于速度阈值SD时，比较器52使开关48处于其断开状态O。选择器35不被供电，从而发光二极管28G、发光二极管28B和发光二极管28R组成的发光装置28被关掉。 [0075] 当速度信号D的值高于速度阈值SD时，比较器52提供用于使开关48处于其闭合状态的信号。经由电流调节器49和电源选择器35向发光装置28供电。 [0076] 图5b示出了取决于图5a的流量信号的开关48断开状态O和开关48闭合状态F。 [0077] 当开关48处于闭合状态F时，电流调节器49经由比较器52的输出线路47被控制，使得从共享电源点43经由电源选择器35提供给发光装置28的电流，与流量信号D(在诸如等于零的最小值Cmin与最大值Cmax之间)大体上成比例的变化。 [0078] 图5c示出了，经供电线37提供给发光装置28的电流根据图5a中流量信号D的变化而变化。 [0079] 因此，发光装置28出射的光度与通过喷头1的水的流量大体上成比例。 [0080] 此外，可通过以下方式为电子设备25的各种电子元件供电，以便电流发生器22提供的电流能够优先为电子电路供电。 [0081] 共享电源点43能够经由线路54为第一组电路G1供电，以便该第一组电路能够运行，该第一组电路具体包括比较器29、流量计算器44、计时器46、比较器52和开关48。 [0082] 开关48的输出线路51能够经由线路55为第二组电路G2供电，以便该第二组电路能够运行，该第二组电路具体包括脉冲计数器32、比较器34、电源选择器35、发光装置28和调节器49。 [0083] 如上所述，这使得仅当开关48处于闭合状态时为电路组G2供电，也就是说仅当速度信号D的值超过速度阈值SD时为电路组G2供电。经由线路55为电路组G2供电的状态与图5b所示的开关48的断开和闭合状态相同。 [0084] 以下面描述的方式，还使得当速度信号D低于速度阈值SD时，仅经由线路54为第一组电路G1供电。 [0085] 在上述情况中，只要存在流过喷头1的水流，使涡轮17旋转，共享电源点54就提供所需的电流，该电流来自从电流发生器22延伸的线路41以及之前在涡轮17首次转动期间由电流发生器22充电的蓄电池42。 [0086] 如果水流停止，则电流发生器22不再为共享点43提供电流。那么，仅蓄电池42的电荷能够为第一组电路G1供电，尤其是为存储器32a供电，从而在存储器中保留与之前检测到的量相对应的脉冲数。 [0087] 如果无水流流过喷头1的时间超过预定值Ta(该预定值由第一组电路G1的插入到计时器46和存储器32a之间的定时器(timer)56确定(fix))，且在蓄电池42保留足够电荷的情况下，定时器56命令存储器52a复位。当水流稍后重新开始时，对于新的周期，计数器32将如上所述从零开始计数。 [0088] 如果通过喷头1的水流在预定持续时间值Ta之前恢复，则计数器32从存储在存储器32a中的数N开始计数，且设备如上所述运行。 [0089] 根据一个变型实施例，预定值Ta可以由蓄电池42放电的预计持续时间确定。 [0090] 根据一个变型实施例，发光警告装置可以配备有容量显示器或由容量显示器替代。 [0091] 前述结果是，该设备包括允许消耗电力以被优化的装置，使得喷头是自动的且优选地不需要诸如电池的额外电源。 [0092] 根据一个变型实施例，发光警告装置可以配备有声警告装置或者由声警告装置替代。 [0093] 根据图3中还示出的一个变型实施例，传送脉冲Ir的线路31连接到用于使ROM类型的永久性存储器58增值的电路57，以便对连续脉冲Ir数进行统计从而即使在没有电力供应的情况下仍然保留该统计。 [0094] 永久性存储器58可连接到显示器电路59，该显示器电路的显示器(未示出)可由喷头1的主体2承载且从外部可见。因此，用户可直观地读取用水量。 [0096] 根据一个变型实施例，电能蓄电池42可由电池替代，该电池未连接到共享点43，但被布置为当涡轮17静止时为电子电路的组G1供电。 [0097] 根据图6示出的一个变型实施例，单元包括中空管状主体61，该中空管状主体配置有用于流体输入的连接器62和用于流体输出的连接器63，连接器62和连接器63例如定位为沿着管状主体61的轴线彼此相对。例如，该单元可安装在水管或管线上，潜在地安装在配置有用于提供水的水龙头的管道上。 [0098] 以等同于参照图1和图2所描述的示例的方式，在中空主体61的内部安装有防水中空盒64，该中空盒在水输入连接器62侧的外部上承载配置有翼片66的涡轮65，使得经由输入连接器62引入的水流驱动涡轮65旋转，并在盒64的外围和中空主体61的外围壁之间流动，然后通过输出连接器63排出。 [0100] 如上，电子设备70位于盒64的内部。 [0101] 根据一个变型实施例，电子设备70可等同于以上所述的电子设备25。在这种情况下，发光信号装置28要么位于中空主体61的外部，要么如果信号装置28已如上所述被放置在中空主体61的内部，则中空主体61的壁至少部分地由透明或半透明材料制成。 [0102] 根据图7示出的一个变型实施例，电子设备70包括如上描述的电子设备25的一部分。 [0103] 例如，如图7所示，电子设备70可包括等同于比较器29的比较器71，每当定子69输出的基本正弦电流值超过阈值Sc时，也就是说每当涡轮65经过一个确定的角位置时，比较器71提供一个脉冲Ir。 [0104] 将比较器29输出的脉冲Ir提供给电路57，以使ROM类型的永久性存储器58增值。 [0105] 永久性存储器58可连接到显示器电路59，该显示器电路的显示器(未示出)可由主体61承载且可从外部可见。因此，用户可以直观地读取用水量。 [0106] 永久性存储器58可连接到用于发送/接收无线电信号的电路60，或连接到包括这种发送/接收电路的调制解调器，从而允许远程读取用水量。 [0107] 电流发生器67提供的电流经由整流器76和电压调节器77为电子设备70供电。 [0108] 当为电子设备70供电时，也就是说当流过中空主体61的水流驱动涡轮转动时，可读取用水量。然而，当涡轮65静止时可提供电池，以便为电子设备70供电。 [0109] 本发明不限于上面所述示例。尤其是，安装在流体流中的防水中空盒可具有不同的形状和结构。涡轮可以以不同的方式安装在流体流中。在不脱本发明范围的情况下其他变型实施例是可能的。 |
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