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北京北信科遠(yuǎn)儀器有限責(zé)任公司
主營產(chǎn)品： 搖擺式脫色搖床,實(shí)驗(yàn)室電子分析天平,一體涂層測厚儀 |
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2016-3-14 閱讀(898)
迄今為止,，智能水表計(jì)量技術(shù)專注于通信網(wǎng)絡(luò)——將水表計(jì)數(shù)傳輸至供水公司,；同時(shí)，大多數(shù)水表的精度已經(jīng)引起高度質(zhì)疑,。目前用水計(jì)量精度不高,、代價(jià)昂貴，遠(yuǎn)未滿足涌現(xiàn)出的IoT技術(shù),，不能為水管理帶來任何利益,；遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能幫助人類真正了解凈水流向了哪里。
慶幸的是,，我們已經(jīng)做好變革準(zhǔn)備：有一種固態(tài)水表新技術(shù),，比傳統(tǒng)機(jī)械水表精度更高、更為可靠,。這就是超聲固態(tài)設(shè)計(jì),，現(xiàn)已準(zhǔn)備好迎接IoT時(shí)代的到來。
水計(jì)量的長期狀態(tài)
目前施行的水表標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)數(shù)十年未經(jīng)修訂,，允許系統(tǒng)中有大量的浪費(fèi),；不要求水表測量每天360加侖以下的損耗率。這是當(dāng)今機(jī)械水表的切實(shí)局限,。同時(shí)也難以保證這些水表在任意時(shí)間周期的精度,。想象一下每天360加侖實(shí)際上有多少水！按照這種“滴漏”速度,，不到兩個(gè)月就能灌滿一個(gè)20,000加侖的游泳池,，足夠400至700個(gè)成年男性每天的飲水量，夠每天沖60次馬桶,，或者每天洗澡4次,、每次10分鐘。
這是在散播恐慌嗎,？我們僅僅是盯緊*機(jī)構(gòu)的規(guī)范以及制造恐慌,、懷疑和不信任情緒嗎？非也,。漏泄造成凈水浪費(fèi)是不爭事實(shí),。在美國，每年因?yàn)槁┬乖斐傻乃Y源浪費(fèi)達(dá)到1萬億加侖,；有10%的家庭每天滴漏的水至少為90加侖,。基于嚴(yán)謹(jǐn)研究的估算數(shù)據(jù)表明,，“在發(fā)展中國家,，供水系統(tǒng)中接近一半的水量通過漏泄,、偷竊以及管理不善或污染等途徑被損耗”。范圍內(nèi),，有很大比例的凈水在達(dá)到目的地之前被損耗,。
真是悲劇,！如果我們不知道如此多的凈水都流向了哪里,，如何能夠想到更的供水方式？如果我們不能準(zhǔn)確判斷建筑物是否正在漏泄達(dá)到一個(gè)游泳池的水量,，如何做出明智的決策,？我們?yōu)槭裁磿硐萑绱饲樾危?nbsp;
利用機(jī)械表測量水量
不存在什么陰謀，流量測量確實(shí)很困難,。水量測量的zui簡單方式正是使用了數(shù)十年的方式——使用機(jī)械水表,。水表內(nèi)有一個(gè)渦輪，其旋轉(zhuǎn)與水表中通過的水量成比例,，從而確定水流量,。盡管這種方法使供水公司能夠針對每戶的大致用水量進(jìn)行收費(fèi)，但存在缺陷,。因此,，機(jī)械水表的不準(zhǔn)確限制了我們準(zhǔn)確判斷浪費(fèi)掉的水去了哪里，也限制了用水管理進(jìn)入現(xiàn)代化階段的能力,，包括IoT。
現(xiàn)在使用廣泛的傳統(tǒng)機(jī)械水表存在兩項(xiàng)嚴(yán)重缺陷,。*項(xiàng)是純物理方面：水表中的旋翼需要一個(gè)zui小流量才能旋轉(zhuǎn),。旋翼具有一定的基本阻力，必須克服該阻力才能保證在出現(xiàn)水流時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),。這是當(dāng)今水表測量標(biāo)準(zhǔn)背后的驅(qū)動力,，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上將精度底限限制到?加侖每分鐘(即360加侖每天)。
機(jī)械水表的第二項(xiàng)嚴(yán)重缺陷是污染,。想象一下廚房或浴缸水上的濾網(wǎng),。自從安裝以來，您曾經(jīng)看到濾網(wǎng)真正干凈過嗎,？濾網(wǎng)上很可能滿是令人惡心的雜質(zhì)沉淀?，F(xiàn)在想象一下采用機(jī)械旋翼的水表問題。水表通常的測試要求為在預(yù)期量程范圍內(nèi)的精度達(dá)到1%,。然而,，水中的雜質(zhì)沉淀及其它腐蝕元件將很快限制任何機(jī)械水表的精度。實(shí)際上,，zui近對機(jī)械水表的研究表明,，各種水表中有高達(dá)89%的比例是不準(zhǔn)確的,。機(jī)械水表在短短兩年內(nèi)即超出校準(zhǔn)范圍。機(jī)械水表發(fā)生故障時(shí),，通常表現(xiàn)為“變慢”,，意味著供水公司不能準(zhǔn)確測量得知水流向了何方。隨著時(shí)間推移,，供水公司就要承擔(dān)一定未能收費(fèi)的水損耗,；為保證盈利(我們以上所述的底限)，供水公司就必須分?jǐn)偫速M(fèi)的費(fèi)用,，即所有用戶分?jǐn)倱p失的水,。
利用固態(tài)水表提高測量精度
那么，既然機(jī)械水表存在這樣的缺陷,，有什么替代方案呢,？顯而易見，固態(tài)水表有助于解決污染問題?，F(xiàn)在的流量計(jì)量領(lǐng)域有兩種典型的固態(tài)方案,。
*種固態(tài)方案是電磁式。從本質(zhì)上講,，在傳導(dǎo)性液體中產(chǎn)生磁場并檢測,；磁場與液體流量成比例。實(shí)際應(yīng)用中,，電磁式水表的精度可以非常高,，但要求用高精度ADC以實(shí)現(xiàn)測量精度，而且功耗較大,、成本通常較高,。盡管這種精度(以及功耗和BOM成本)對于分布式水表或參考水表可能實(shí)用，但對于住宅水表或普通水表并不實(shí)際,。
第二種固態(tài)方案采用超聲脈沖測量水流量,。其基本原理就是水管中的兩個(gè)壓電元件通過水發(fā)送和接收超聲脈沖。通過水表的水流將提高或降低超聲脈沖的速度,。另一側(cè)的傳感器接收和分析脈沖,，確定壓電變送器上接收到的模擬信號的相位變化，據(jù)此計(jì)算水流量,。由于使用當(dāng)今的高精度,、高速ADC和DSP處理器接收超聲脈沖信號、轉(zhuǎn)換并確定水流量,，所以管理此類脈沖測量的傳統(tǒng)技術(shù)成本較高,、功耗較大。成本和功耗再次成為使用這種方法測量水流量的攔路虎,。
鑒于這種情況,，還有人奇怪為什么住宅水表幾乎全是機(jī)械式嗎,？所以，我們沒有看到水流量普適測量也就毫不奇怪,。此外,，我們也沒有看到基于例如熱水系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng),、淋雨,、天然氣、煤氣罐以及其它消費(fèi)設(shè)備的流量計(jì)量,，除非流量測量的功耗和成本降低,。
為大眾帶來高精度、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的水測量方案
既然固態(tài)水表功耗大,、成本高,，水流量測量停留在20世紀(jì)，無法支持IoT就毫不奇怪,。毫無疑問,，我們需要高性價(jià)比、高能源效率的固態(tài)技術(shù)來準(zhǔn)確測量液體流量,。
現(xiàn)在,，我們探討一下時(shí)間至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)。TDC是接收開始和停止信號并準(zhǔn)確測量時(shí)間差的電路,。聽起來很簡單,，但如果我告訴您要求高精度測量皮秒級的時(shí)間差并且不要求THz (1,000GHz)時(shí)鐘，又會如何,？并且耗流只有微安級呢,？
閥芯體包含壓電元件和反射鏡，產(chǎn)生,、吸收和反射超聲波
基于TDC的超聲流量計(jì)(圖1)仍然使用壓電元件在上行和下行方向發(fā)送信號,，并測量時(shí)間差(TDC電路的作用),。然而,，需要對“開始”和“停止”信號進(jìn)行大量調(diào)理，以獲得高精度測量,，例如壓電元件驅(qū)動器,、放大接收信號，以及溫度補(bǔ)償,。此外,，通過增加定制控制邏輯來執(zhí)行多種功能：發(fā)送和測量多個(gè)脈沖、在*個(gè)壓電元件信號時(shí)可靠觸發(fā),、記錄歷史數(shù)據(jù),、處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及在喚醒系統(tǒng)微控制器之前儲存多條記錄,，可顯著提高系統(tǒng)精度(圖2)。
MAX35101流量計(jì)片上系統(tǒng)(SoC)克服了固態(tài)流量計(jì)的功耗和成本問題,，有助于普及高精度流量計(jì)量,。器件集成TDC測量電路、模擬信號調(diào)理,，以及實(shí)現(xiàn)*精度計(jì)量所需的微型DSP和邏輯,；解決了迄今為止妨礙跟蹤水浪費(fèi)或加入21世紀(jì)IoT的所有問題。
該技術(shù)的現(xiàn)實(shí)利益有哪些,？很多,，很多...
- 提高精度。現(xiàn)行的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求精度達(dá)到?加侖每分鐘的低流量,。MAX35101在1/16加侖每分鐘的流量下可達(dá)到1%精度,，這也是現(xiàn)在提議的測量水平，可檢測低得多的流量(無需1%的精度即可檢測到漏泄),。
- 延長使用壽命,。超聲固態(tài)流量計(jì)沒有運(yùn)動部件，不容易受腐蝕或雜質(zhì)沉淀的影響,，而這些原因會造成機(jī)械式水表很快超出校準(zhǔn)范圍,。這些水表在現(xiàn)場的工作壽命長得多，同時(shí)保證精度,。
- 改善擁有成本,。使用機(jī)械式水表時(shí)，精度會逐漸變差,，或者您需要每幾年就更換水表,。固態(tài)水表的工作壽命長得多。供水公司將會發(fā)現(xiàn)其運(yùn)營成本直線下降,，節(jié)省了維護(hù)和更換水表的費(fèi)用,。
- 改善BOM成本。超聲流量計(jì)SoC只需很少的器件即可執(zhí)行高精度能源測量,；與其它需要DSP處理器和高精度ADC的固態(tài)計(jì)量技術(shù)相比,，這是非常明顯的優(yōu)勢。
- 低功耗,。流量計(jì)SoC僅給流量測量系統(tǒng)增加幾個(gè)毫安的功耗,，所以不會造成電池成本增加。供水公司還能減小電池尺寸——又能節(jié)省成本,。
擺脫傳統(tǒng)水計(jì)量方式
我很想知道我的淋浴器或洗碗機(jī)或洗衣機(jī)到底使用了多少水量,。我希望能夠檢測到噴灑系統(tǒng)中的漏泄或過多的流量。就在前幾天我剛剛更換了一個(gè)造成管道損壞的噴頭。在我發(fā)現(xiàn)并更換噴頭之前,，每天早上有多少水從該管道流出(浪費(fèi)水并且殺死植物),。
MAX35101流量計(jì)SoC*可以應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，器件功耗低,、使用壽命長,，所以部署起來很便宜。器件尺寸小巧,、高度集成,，精度足以滿足日益凸顯的低流量漏泄檢測要求。現(xiàn)在,，水可以加入IoT了,。
我們可以預(yù)見在不久將來實(shí)現(xiàn)普適計(jì)量嗎？我對此確信不疑,。歡迎來到21世紀(jì),。(end)北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。
