物联网智能燃气表机电阀到位检测技术

邵泽华

(成都秦川物联网科技股份有限公司，四川 成都 610100)

1 概述

机电阀(即切断阀)是物联网智能燃气表的核心控制单元，主要功能为：①保障计量的公平性。机电阀在预购气量用完、电池无电、强磁场干扰等异常状态下可有效切断天然气供应，防止异常账单的产生，保证计量的公平性，保护燃气公司和燃气用户双方利益。②保障燃气使用的安全性。通过在物联网智能燃气表中内置机电阀，配合软硬件设计，在识别出流量、压力、泄漏等异常状态时，可通过机电阀立即切断燃气供应。本文对物联网智能燃气表机电阀到位检测技术进行探讨。

2 燃气表机电阀到位检测存在的问题

目前，市场上的燃气表机电阀主要采用螺杆传动、蜗杆传动、齿轮传动等方式执行开关阀操作[1]，并利用到位检测装置对燃气表机电阀是否开关到位进行检测，从而判断燃气表机电阀开关阀动作是否正确、准确完成，也对机电阀的状态实现感知。

传统燃气表机电阀到位检测装置通常采用微动开关，即接触式开关，具有机械结构简单、装配精度要求不高的优点。但由于燃气表机电阀只有在燃气泄漏、欠费等少数情况下才会有开关阀行为，微动开关的动作频率较低，平均频率通常低于每月1次，容易造成微动开关的触点氧化，可靠性得不到保证。燃气表正常使用过程中，微动开关长期处于按下状态，加快了元件的劣化速率以及特性改变速率，造成微动开关的使用寿命低于燃气表使用寿命，不利于燃气表的长期安全使用。

3 物联网智能燃气表机电阀到位检测技术

3.1 到位检测装置原理

开阀、关阀状态下的物联网智能燃气表机电阀分别见图1、2。物联网智能燃气表机电阀到位检测装置采用非接触传感器，借助光电元件将光信号转换成电信号，实现对机电阀状态的感知。非接触传感器不存在物理触点，因此不存在易氧化、可靠性低的问题，减少维修成本，延长机电阀的使用寿命。

由图1可知，开阀状态下，机电阀阀瓣处于打开状态，燃气从阀门进气口进入机电阀内部后，从阀门出气口流出。遮挡部件位于非接触传感器凹槽外。由图2可知，关阀状态下，机电阀阀瓣处于关闭状态，燃气从阀门进气口进入机电阀后，无法从阀门出气口流出，实现燃气切断。遮挡部件位于非接触传感器凹槽内。

图1 开阀状态下的物联网智能燃气表机电阀

图2 关阀状态下的物联网智能燃气表机电阀

3.2 到位检测电路

阀瓣驱动电路、到位检测电路见图3。图中蓝色线表示阀瓣驱动电路，其他表示到位检测电路。主控芯片通过信号接收端实现对非接触传感器的反馈信号的接收，判断燃气表机电阀是否正常开关。

图3 阀瓣驱动电路、到位检测电路

阀瓣驱动电路接收主控芯片的开关阀信号，控制电动机工作，实现燃气表机电阀的开阀与关阀。到位检测电路的开关组件包括三极管Q1、电阻R1。三极管Q1的基极与主控芯片的信号输出端连接，发射极接地，集电极与电阻R1连接。发光二极管的正极与外接电源(电压为3 V)连接，负极与电阻R1连接。受光三极管的集电极与电阻R2(上拉电阻)连接，发射极接地。主控芯片信号接收端与电阻R2连接，电阻R2同时连接有外接电源。电阻R3与主控芯片的信号输出端以及三极管Q1的基极连接，实现稳压效果。

3.3 工作流程

当物联网智能燃气表机电阀需要开启或关闭时，由主控芯片向阀瓣驱动电路发送开关阀信号，电动机转动从而带动推动件运动。推动件的运动带动传动件动作，实现机电阀的开阀与关阀。

在燃气正常使用过程中，物联网智能燃气表机电阀多处于开启状态。当完成开阀到位检测后，发光二极管熄灭，在接收到下一道开关阀指令前，到位检测电路始终处于休眠状态。此时，受光三极管由于无法接收到光线处于不导通状态，主控芯片的信号接收端接收到的是电阻R2的高电平信号。

① 关阀

处于开阀状态的燃气表机电阀见图1，此时到位检测电路处于休眠状态。当遇到流量、压力、泄漏等异常情况及用户欠费时[2]，主控芯片向阀瓣驱动电路发送关阀信号，由电动机执行关阀动作。在电动机执行关阀动作后，主控芯片向开关组件发送高电平，使开关组件导通(即向三极管Q1发送高电平，使三极管Q1导通)。此时，发光二极管导通并发光。

若关阀到位，遮挡部件将插入非接触传感器的凹槽内(见图2)，发光二极管发出的光不能被受光三极管接收，受光三极管不能导通，主控芯片信号接收端接收的信号为电阻R2的高电平信号。若此时主控芯片信号接收端接收的信号依旧是低电平信号，则说明受光三极管导通(受光三极管接收到发光二极管的发光信号)，机电阀未能正常关阀，机电阀出现故障。故障信息将在燃气表显示屏上显示，还可发出声音提醒燃气用户，同时将故障信息上传给燃气公司。

② 开阀

处于关阀状态的燃气表机电阀见图2，此时到位检测电路处于休眠状态。当物联网智能燃气表故障解除或燃气用户充值后，先由燃气公司向物联网智能燃气表远程发送开阀指令，然后再由人工在现场按下表端复位按钮。主控芯片向阀瓣驱动电路发送开阀信号，由电动机执行开阀动作。在电动机执行开阀动作后，主控芯片向开关组件发送高电平，使开关组件导通(即向三极管Q1发送高电平，使三极管Q1导通)。此时，发光二极管导通并发光。

若开阀到位，此时遮挡部件位于非接触传感器的凹槽外，发光二极管发出的光线能够被受光三极管接收，使受光三极管导通。受光三极管导通后，会将主控芯片信号接收端的信号下拉至低电平，主控芯片信号接收端接收到低电平信号。若此时主控芯片信号接收端依旧检测到高电平信号，则说明受光三极管未导通(未接收到光线)，遮挡部件仍位于非接触传感器的凹槽内，机电阀未能正常开阀，机电阀出现故障。故障信息将在显示屏上显示，还可发出声音以提醒燃气用户，同时将故障信息上传给燃气公司。

4 结语

物联网智能燃气表机电阀到位检测装置为非接触式传感器，采用光电原理检测燃气表机电阀是否开关到位。与采用接触式传感器的传统到位检测装置相比，由于没有机械触点，具有工作稳定、寿命长、功耗低等优势。可有效降低因燃气表机电阀故障而产生的维修成本，提高物联网智能燃气表的工作稳定性，为安全、公平用气提供有力保障。