УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к устройствам для измерения расхода жидкости при ее протекании через измерительные устройства непрерывным потоком с помощью вращающихся лопаток с магнитной или электромагнитной связью с индикаторным прибором. Устройство для измерения расхода жидкости выполняет функцию счетчика воды (жидкости) или водомера, и может быть использовано, например, для определения производительности водопровода и для учета количества воды, расходуемой отдельными потребителями, а также для контроля работы водопроводных сооружений.
Известно устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус, имеющий входное и выходное отверстия, крыльчатку, установленную на расположенном в полости корпуса валу, продольная ось которого перпендикулярна потоку жидкости, и жестко укрепленный на нем по меньшей мере один магнит, счетный геркон, взаимодействующий с магнитом и связанный с вычислительным устройством, соединенным с жидкокристаллическим индикатором, а также источник электропитания, подключенный к вычислительному устройству и жидкокристаллическому индикатору, (см. патент РФ №2337320, опубл. 27.06.2000).
Основным недостатком такого устройства является необходимость периодического обслуживания, заключающегося в замене источника электропитания или его подзарядки от внешнего источника энергии.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является исключение необходимости периодического обслуживания устройства для измерения расхода жидкости, связанного с заменой источника электропитания или его подзарядкой от внешнего источника энергии,
Такой технический результат достигается тем, что устройство для измерения расхода жидкости, содержащее корпус, имеющий входное и выходное отверстия, крыльчатку, установленную на расположенном в полости корпуса валу, продольная ось которого перпендикулярна потоку жидкости, и жестко укрепленный на нем по меньшей мере один магнит, счетный геркон, взаимодействующий с магнитом и связанный с вычислительным устройством, соединенным с жидкокристаллическим индикатором, а также источник электропитания, подключенный к вычислительному устройству и жидкокристаллическому индикатору, дополнительно снабжено блоком управления и блоком подзарядки, содержащим антенну, колебательный контур, выпрямитель и стабилизатор напряжения, при этом блок управления подключен к выходу вычислительного устройства и к источнику электропитания, а антенна через колебательный контур подключена ко входу выпрямителя, выход которого через стабилизатор напряжения соединен с источником электропитания.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения расхода жидкости, а на фиг. 2 - пример принципиальной электрической схемы блока подзарядки.
Устройство для измерения расхода жидкости содержит корпус 1, имеющий входное отверстие 2 и выходное отверстие 3. В полости корпуса 1 расположен вал 4, продольная ось которого перпендикулярна потоку жидкости. На валу 4 жестко закреплены крыльчатка 5 и магнит 6 с возможностью вращения относительно продольной оси вала 4. В качестве магнита 6 может быть использован, например, постоянный магнит из композиционного материала .
Счетный геркон 7 (магнитоуправляемый контакт) установлен в зоне уверенного воздействия магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 6 (например, с зазором 0,8…2,0 мм от окружности, описываемой магнитом 6 при вращении вала 4). Счетный геркон 7 связан с вычислительным устройством 8, представляющим собой микросхему, реализующую функции суммирования импульсов. Выход вычислительного устройства 8 подключен к жидкокристаллическому индикатору 9 и блоку 10 управления. В качестве блока 10 управления использован каскад микросхем, реализующий функции хранения информации и формирования файлов для их периодической передачи в внешнюю информационную сеть.
Вычислительное устройство 8, жидкокристаллический индикатор 9 и блок 10 управления подключены к источнику 11 электропитания. В качестве источника 11 электропитания может быть использован, например, литииевый микроаккумулятор CR2032.
Блок 12 подзарядки содержит антенну 13, колебательный контур 14, выпрямитель 15 и стабилизатор 16 напряжения. Антенна 13 представляет собой сверхщирокополосный приемный элемент, в качестве которого может быть использован отрезок провода произвольного диаметра длиной 0,2…20 м. Антенна 13 через колебательный контур 14 подсоединена ко входу выпрямителя 15. Колебательный контур 14 образован совокупностью емкостей параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2 и индуктивности катушки L1. Выпрямитель 15 может быть собран по одно- или двухполупериодной схеме. В примере использована однополупериодная схема выпрямителя 15 на диодах Шотки VD1 и VD2.
Выход выпрямителя 15 через стабилизатор 16 напряжения соединен с источником электропитания 11. Стабилизатор 11 напряжения включает в себя стабилитрон VD3, компенсационную схему на полупроводниковых триодах VT1 и VT2 и сглаживающий конденсатор С5.
Номиналы емкостей конденсаторов C1, С2 и индуктивности катушки L1 подобраны таким образом, чтобы в образуемой ими цепи возникал резонанс на частоте превалирующего электромагнитного фона промышленного происхождения. Такой фон может создаваться несущей частотой ближайших радиостанций, телевизионных передатчиков, Wi-Fi-роутеров и другими излучателями радиоволн. При этом вид модуляции (амплитудная или фазовая) принципиального значения не имеет. В рассматриваемом примере использовался электромагнитный фон промышленного происхождения, создаваемый местной радиостанцией средневолнового диапазона (несущая частота 1370 МГц). При этом для достижения резонанса суммарная емкость конденсаторов C1 и С2 составляет 950 пФ, а индуктивность катушки L1 - 39 мкГн. Катушка индуктивности L1 намотана на каркасе диаметром 50 мм и содержит 60 витков провода диаметром 1,6 мм с длиной намотки - 250 мм (шаг - примерно 4 мм). Магнитопровод дросселя L2 - кольцевой Т-106-2 (27×14,5×11,1 мм) из карбонильного железа, обмотка состоит из 88 витков провода диаметром 0,4 мм.
Устройство для измерения расхода жидкости работает следующим образом.
Устройство для измерения расхода жидкости устанавливается в трубопроводе. При течении жидкости она попадает в корпус 1 через входное отверстие 2 и удаляется из него через выходное отверстие 3 (на фиг. 1 направление движения жидкости показано стрелками слева направо). Перемещаясь в полости корпуса 1, жидкость взаимодействует с лопастями крыльчатки 5 и приводит ее во вращательное движение. Одновременно с крыльчаткой 5 происходит вращение вала 4 и магнита 6. При каждом обороте магнита 6 вокруг продольной оси вала 4 происходит срабатывание счетного геркона 7. На выходе счетного геркона 7 формируются импульсы, которые поступают на вход вычислительного устройства 8. В вычислительном устройстве 8 осуществляется суммирование импульсов в течение заданного интервала времени. С выхода вычислительного устройства 8 результаты суммирования импульсов в двоичном коде подаются на входы жидкокристаллического индикатора 9 и блока 10 управления. В жидкокристаллическом индикаторе 9 происходит преобразование поступивших сигналов в десятеричную форму и их подача на жидкокристаллические элементы для визуального контроля текущего расхода жидкости. В блоке 10 управления осуществляется хранение информации, а также формирование файлов для их периодической передачи во внешнюю информационную сеть. Питание вычислительного устройства 8, блока 10 управления и жидкокристаллического индикатора 9 осуществляется от источника 11 электропитания.
Электромагнитный фон промышленного происхождения, являющийся суммой мощных сигналов местных радиостанций, телевизионных передатчиков, Wi-Fi-роутеров и других излучателей радиоволн, воспринимается антенной 13 блока 12 подзарядки. В колебательном контуре 14 возникает явление резонанса и на его выходе появляется переменное электрическое напряжение. Это электрическое напряжение поступает на выпрямитель 15, где происходит его выпрямление (детектирование).
п
m
Электрическое напряжение, образуемое в колебательном контуре 14, имеет некоторый постоянный уровень U, на который наложены колебания звуковой частоты с амплитудой U. Отношение  соответствует коэффициенту модуляции сигнала m. Известно, что мощность в цепи постоянного тока находится как , а мощность переменной составляющей - как . Поэтому мощность колебаний звуковой частоты составляет лишь  от мощности постоянного тока в нагрузке детектора. Это соответствует и отношению мощности боковых полос к мощности несущей в спектре амплитудной модуляции сигнала. Коэффициент модуляции в современных радиостанциях редко достигает единицы, а за счет тихих звуков и пауз он практически составляет существенно меньшую величину. Даже при среднем коэффициенте модуляции 30% (m=0,3), нормированном ГОСТ, мощность продетектированного сигнала звуковой частоты составляет всего 4,5% от мощности продетектированной несущей. Следовательно, при наличии электромагнитного фона промышленного происхождения (при работе мощных местных радиостанций, телевизионных передатчиков, Wi-Fi-роутеров и других излучателей радиоволн) на выходе выпрямителя 15 будет концентрироваться электрическая энергия, которую можно использовать для подзарядки источника 11 электропитания.
Постоянное напряжение с выхода выпрямителя 15 поступает на стабилизатор 16 напряжения, в котором осуществляется его поддержание на заданном уровне, защита источника 11 электропитания от перезарядки и защита диодов VD1 и VD2 при отключении источника 11 электропитания (из-за возможного их пробоя обратным напряжением). При напряжении на нагрузке (на входных клеммах источника 11 электропитания) установленного значения ток через стабилитрон VD3 не протекает, и поэтому полупроводниковые триоды VT1 и VT2 остаются в закрытом состоянии. При увеличении напряжения сверх установленного значения они открываются и резистор R4 шунтирует выход стабилизатора 16 напряжения.
С выхода стабилизатора 16 электрическая энергия подается на источник 11 электропитания, осуществляя его подзарядку.
За счет работы блока 12 подзарядки устройство для измерения расхода жидкости не требует обслуживания на протяжении всего срока службы источника 11 электропитания. Кроме того, при подключении блока 11 управления к внешнему контроллеру (или компьютеру) оказывается возможным извлечение информации о расходе жидкости в произвольный момент времени в период работы устройства, а также о количестве расходуемой жидкости за произвольный интервал времени. При подключении блока 11 управления во внешнюю информационную сеть, оказывается возможным использования устройства в системе коммерческого учета. При этом устройство измерения расхода жидкости выполняет функцию первичного преобразователя, а учет расхода осуществляется централизованно на удаленном сервере.
Полезная модель может быть использована, например, для учета количества потребленной воды отдельными потребителями или их группами, а также для контроля работы водопроводных систем.