基于磁隔離的新型漏水監測終端結構設計

李航宇 李健楠

摘 要：該文提出了一種基于磁隔離的新型管道漏水監測終端，提供了自來水管網供水終端異常用水信息收集。該文參照現有機械式水表的結構設計了水流監測終端的機械部分，與水流監測終端電路部分配合，達到小水流監測的設計目標。水流經過監測終端后，水流的部分動能轉化為電能，供電路部分使用。考慮施工的可操作性等要求，又進行了一系列針對性設計。實際應用表明，該設計方案便于安裝，免維護，運行穩定。

關鍵詞：智能監測 漏水判斷 免維護

中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0008-03

Abstract：This article introduces a new type of water leakage pipeline monitoring terminal based on magnetic isolation， which provides the collection of abnormal water information from the pipe network water supply terminal. In this paper， we design the mechanical part of the flow monitoring terminal， a reference to the structure of existing mechanical water meter， which cooperates with the circuit of flow monitoring terminal， in order to monitor small water flow. The water produces kinetic energy when flowing through the monitoring terminal， and part of the kinetic energy transfers into electric energy for circuit use. Considering the operability in construction， a series of targeted design is done. According to practical application， this design is easy to install， maintenance-free and working steadily.

Key Words：Intelligent monitoring； Leakage estimate； Maintenance-free

據測定，“滴水”在1 h里可以集到3.6 kg水；1個月里可集到2.6 t水。這些水量，足可以供給一個人的生活所需。可見，一點一滴的浪費都是不應該有的。至于連續成線的小水流，每小時可集水17 kg，每月可集水12 t；嘩嘩響的“大流水”，每小時可集水670 kg，每月可集水482 t[1]。所以，漏水監測終端對節水的意義是極為重要的。

1 整體設計要求

漏水監測終端安裝于被監測管路上，利用強水流下收集電能，合理分配這部分能量用于判斷并發出報警信號。弱水流下采用線性霍爾傳感器，對旋槳旋轉引起的磁場變化進行測量。

2 結構設計

2.1 結構設計要求

由于水中雜質對監測終端長期作用會使檢測終端計量不準，所以閥體部分設計為四通結構，上端與發電機相連接，下端有清淤口，方便維修與維護。能夠測量最小水流流量設計要求，能夠有效對終端電路提供流速信息。在不影響用戶正常用水的情況下實現以上功能。

2.2 理論計算

采用目前ICE推薦的流量監測方法，采用類流速儀的流速面積法測量水流速度。采用旋槳式葉輪，早期的轉槳式流速儀工作采用計轉測速法[2]，其原理如下：當把旋槳放入水中時，旋槳受到水流速度的沖擊而轉動，在一定的流速范圍內，旋槳轉速與流速呈線性關系（圖1），其關系如下：

式中：為水流速度，；為旋槳起動流速，；為旋槳在一定測量時間內的轉速；為測量時間，；為比例系數，由旋槳結構決定的常數。

由于旋槳起動流速和旋槳在一定測量時間內的轉速的值可通過率定獲得，因此只要測出轉速及時間即可根據上式計算出流速值。采用計轉測速法的旋槳式流速儀必須精確地記錄一定測量時間內的轉動脈沖數。但是，由于計時的始末會有一個信號脈沖的丟失，這就會造成測量誤差。測量時間越短或流速越低時，其測量誤差越大。為解決上述問題，現在通常采用旋槳式流速儀計周期測速法，基本表達式如下：

由此可知，計周期測速法的精確度主要取決于度量流速信號脈沖周期的“時間標尺”，即時標周期，時標周期選擇越短，其測量精確度越高。這就從原理上解決了計轉測速法的精確度依賴于外部測量時間的弊病[2]。

進水點的壓力值參照中華人民共和國國家標準GB/T 778.1-1996冷水水表最大最大允許工作壓力（MAP）等于或略大于1 MPa和最大允許溫度（MAT）為30°C。本體所能承受的壓力為：Pa =1.2 MAP=1.2 MPa。

2.3 具體設計

采用四通結構設計如圖1所示。左右兩端標準化設計，螺紋及口徑尺寸可與1寸活接口相配套[3]。旋翼式旋槳通過轉軸與本體內的磁鐵固定片相連，當水流經本體后帶動磁鐵固定片轉動。304不銹鋼隔離蓋可以起到密封本體內腔的同時，提高內外釹鐵硼強磁鐵的透磁性能。在滿足本體內腔壓力設計要求下，讓本體內釹鐵硼強磁鐵轉動后在磁作用力下，本體外釹鐵硼強磁鐵隨著轉動，當流經本體內旋翼式旋槳產生的扭矩傳遞至本體外。

3 結語

發電機與本體外磁鐵固定片相連，當水流經本體內旋翼式旋槳產生的動能轉換為電能。需要滿足裝配要求，方便本體內部零件裝配，同時滿足工藝要求本體可以與標準DN25活接相連接，方便駁接不同尺寸的水管。該設計通過了小區域試驗，并且效果良好，由于電路部分的能源由管道內水流動能轉換得到，故本設計具有免維護的特點。

參考文獻

[1] 張宏斌.從節約一滴水做起[J].城鎮供水，2004（6）：40-42.

[2] 黃天成，胡哲.基于FPGA的水輪機流量測量同步性研究[J].人民長江，2005，36（4）：66-68.

[3] 三浦洪文，楊曉輝.機電一體化實用手冊[M].北京：科學出版社，2010.

[4] 應啟，趙學瑞.流量監測與儀表[M].上海：上海交通大學出版社，1987.

[5] 邱成悌，趙惇殳，蔣全興.電子設備結構設計原理[M].南京：東南大學出版社，2015.