学期论文-新型传感器水表.doc

琼州学院本科生学年论文传感器在仪表精度中的作用及电子水表开发李东亮 （琼州学院电子信息工程学院 海南 三亚 572022） 内容摘要：通过对传感器的深入认识和学习，就传感器在测量领域所起到的重要作用及当前形式下国内外对测量仪器精确度的要求等问题做阐述。并对部分传感器的精度提高和改善做出科学合理的改进建议，希望这些提高能更高层次的为人民生产生活水平的提高做出贡献，同时给国民经济的快速增长注入新的活力。关键词：传感器 仪表精度 重要性 影响 电子水表 序言：仪器仪表技术涵盖传感技术、测量仪器、计量仪器、分析仪器、自动化仪表等等，广泛应用于国防、工业、民生、医疗等各个领域。可以这样认为，仪器仪表是物质世界信息测量与控制的重要设备，在当今社会信息化带动工业化和产业化的过程中发挥着举足轻重的作用，是科学研究的“先行官”、工业生产的“倍增器”、军事保障的“战斗力”、国民活动中的“物化法官”。我国著名科学家钱学森院士指出：“信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术。测量技术对信息进行采集和处理，是信息技术的源头，是关键中的关键。”1 用仪器仪表进行测量是人们从自然界获取信息的主要手段。随着国家经济和高新技术产业发展，现代高精度仪器仪表技术已经成为我国的战略需求，特别是我国深空探测、深海及地球深部探测、载人航天、大型石化以及医疗健康等国家重大工程，对现代仪器仪表技术提出了更迫切的需求。但是，目前我国的先进仪器仪表绝大多数依靠进口，而且国外最先进的仪器仪表一般都在实验室里自行研制，市场上无法买到。我国要进行第一流的科技创新活动不能只依靠进口商品仪器仪表，必须从现在就开始研制自己先进的仪器仪表的。争取经过多年努力，为我国的科技人员提供更先进的国产仪器仪表。1 传感器在仪器仪表中的重要地位 传感器是一种以一定精度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。它的组成结构如图一所示，它对于测量仪器的重要性如同心脏对我们自己的重要性。测量的过程就是通过一定的传感器获得信息，经过相关的转换和处理得到所需的结果的过程。如何获得信息、获得信息的质量好坏将直接影响测量结果的正确性和准确性。如果一个测量仪器系统中，传感器部分的误差很大，那么所获得的信息就不准确，如此即使后续转换装置再先进，处理数据的方法多么科学，都将不可能获得真正准确和高精度的结果。相反，传感器精度的提高为客观事物的实际反映提供了更加真实信息，为后续处理提供了可靠的数据信息，这样从根本上提高了整个仪器的精度及协调性，由此可见传感器在设备仪器中是非常重要的一部分。图一 传感器构成2 传统水表内部传感器设备精度解析自来水是人们生活中不可缺少的东西，多年以来自来水的测量一直使用的是传统的水表，其主要依靠机械带动式，其基本原理如下（图二、图三）：图二 传统水表结构示意图注： 1、入水管道 2、阀门 3、接口 4、铅封 5、说明 6、外盖螺帽 7（8）、表盘 9、外盖口 12、出水管道 13、水表主体其主要内部部件如下：图三 水表的传动装置由以上的结构我们可以很清楚地看出，水表在工作中肯定会遇到种种误差甚至是错误。就其原理而言，利用机械传动装置，让水流的压力推动其工作。因为水属于液体，由于物理性质的原因，它在促使水表工作的过程中，存在自身阻力，在加上齿轮之间的摩擦，齿轮传动装置及仪表的指针都是浸在水里的，这就使水流量无法准确的与转动量呈线性关系。至于日常生活中所用的水表，其实是经过多次统计然后改进的，尽可能的使测量值接近真实值，但是无论怎么改进有些问题还是很棘手，问题如下：2.1 常用水表基本上是金属工艺，因为与水接触，所以必须考虑它的生锈问题，如果换成不锈钢，成本肯定不允许。若使用防锈漆，事必会影响到其计量准确性，更何况水是用来给人们生活的，防锈漆无法在内部使用，因为会污染水源2.2 由于日常水表的表盘与入水管是连通的，如果水表的密封性不好，肯定会出现漏水的情况，表盘之上是玻璃封装，这样也很容易损坏，比如水管压力过大出现裂纹等2.3 读数很不方便，有很多指针，给抄表等工作带来很多麻烦，而且指针形式的读数本身就会存在误差，如此便给自来水公司和用户之间的利益带来影响3就此问题我们可以开发新式电子水表新式电子水表主要利用光电传感器技术，加上现在先进的电子技术与PC形成一体，从而更加精确地为自来水公司及用户提供依据，从根本上解决双方的利益争端，为社会的和谐美好再作贡献。3.1 脉冲式光电传感器原理“脉冲式光电传感器的作用原理是光电器件的输出仅有两个稳定状态，也就是通与断的开关状态，即光电器件受光照时，有电信号输出；光电器件不受光照时，无电信号输出。主要用来测量线位移、线速度、角位移、角速度（转速）等物理量”原理图如图四、图五。2图四 脉冲式数字转速表 图五 调制盘正面示意图3.2该电子水表的结构该种电子水表的构造主要有测量计数模块、信号分析处理模块、终端统计模块，各部分主要功能介绍：3.2.1测量计数模块 该模块是提高精度方面最重要的模块之一，主要由螺旋式旋转装置，有机玻璃腔（用于装螺旋转轮同时便于红外光线的穿过）计数电路，记录总转数，需要在不同的地方设置3组，测量之后取其平均值，以便结果更准确，原理图见图六 图六 测量计数模块 3.2.2信号分析处理模块 此模块主要用于对测量到的数据进行加工，得到更加直观的显示值，由于有3组螺旋叶片，所以必须对数据进行计算，因为每个螺旋上有3个可以通过光线的孔，所以对每一组螺旋叶片来讲，其计算过程如下：r1=(n1-1)/3 (一天24小时内，r1螺旋叶片转过的圈数，n1表示螺旋叶片1计数器测出的计量次数，其初始值为0)同理可得r2、r3 则，一天24小时内3组螺旋转过的平均总圈数r为r=(r1+r2+r3)/3 若在当前工艺下该螺旋叶片转动80000圈为1吨水，那么每天所用的水的吨数为t=r/80000 (吨)将每日计算的结果存储于存储器中，并在当日凌晨0点自动清零计数模块，在每月的月末的固定时间将该月的用水信息发送给统计终端，由终端进一步计算从而为每个用户提供准确的用水依据。整个设计模块分布如图七所示 图七 信号分析处理模块示意图3.2.3终端统计模块 该模块功能的实现依赖于无线发送端的准确发送以及计算模块的正常工作，在小范围内实现无线传输同样要重视干扰，通常将发送时间设置在凌晨0点，这样从环境方面降低了干扰的可能性。在终端由操作人员对传来的数据进行统计计算，最终计算出该区域内各个用户使用水的费用，并打印各个用户的使用详情（以日为最小统计单位）作为收费依据图八 终端统计模块示意图4结论与思考由改进的水表实例，我们可以看出，光电传感器在仪器精度提高方面有自己的优势。科学研究的目的就是为了提高和改善现代生活水平，同时为社会发展做出贡献。就光电传感器的本身性质而言，具有反应灵敏、结构简单、适应性强，如果能将其广泛使用与日常之中，必将给人们带来更多实惠方便！参考文献1徐科军 传感器与检测技术 M.北京：电子工业出版社，2008年第二版2百度图库 传统水表结构示意图3 曾光宇、杨湖、李博、王浩全M.现代传感器技术与应用基础北京理工大学出版社 (2006-03出版)Sensors in the accuracy of the role and the development of electronic water-meter Li Dongliang(Department of Physics, Qiongzhou University, Sanya, Hainan 572022,China)Abstract:The sensors into knowledge and learning, sensors to measure up in the field of the important role and the form of accuracy and measuring instruments for such problems do this. And some of the sensor and the improvement made to improve the accuracy of scientific reasonable suggestions, and hope that these can increase thehigher level for the production of the living standard of the contribution, the economic growth to inject new vitality.Key words: Sensor; Accuracy of Instrument ; Importance ; Effect ; Electronic Water-meter琼州学院本科生学年论文指导教师评定表姓 名李 东 亮性 别男学 号08406053025学