專利名稱：監(jiān)控通過(guò)流量計(jì)的流體流量當(dāng)前值變化的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)通過(guò)流量計(jì)的流體流量的當(dāng)前值變化進(jìn)行監(jiān)控的方法，也涉及一種包括采用了此方法的裝置的流量計(jì)。
已知的主要有兩種流量計(jì)(渦輪式流量計(jì)和具有膜片的容積式流量計(jì))，它們的共同特點(diǎn)是都包括一個(gè)測(cè)量單元或“測(cè)量塊”，一定量的流體流過(guò)此測(cè)量單元或“測(cè)量塊”，一轉(zhuǎn)軸同其相連，轉(zhuǎn)軸受流過(guò)所述測(cè)量單元的流體的驅(qū)動(dòng)繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)軸可以和測(cè)量單元直接相連，如渦輪式流量計(jì)，或者和測(cè)量單元間接相連，如具有膜片的容積式流量計(jì)。
轉(zhuǎn)軸的每次轉(zhuǎn)動(dòng)表示流過(guò)一給定量的流體，這就是流量計(jì)的作用。
這樣，它完全能夠精確地隨時(shí)間檢測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以確定通過(guò)流量計(jì)的流體流量的當(dāng)前值。
然而，遺憾地是，精確地檢測(cè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是很困難的。例如，由于流量計(jì)中各種運(yùn)動(dòng)元件和所述流量計(jì)的測(cè)量機(jī)構(gòu)之間的摩擦，會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的紊亂，從而使轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度變化呈不連續(xù)性。
另外，轉(zhuǎn)軸會(huì)有輕微的振顫。
所有這些現(xiàn)象都使得不能充分地測(cè)量被采樣的轉(zhuǎn)軸在某一確定時(shí)刻的位置，因此難以進(jìn)行后續(xù)的電子處理來(lái)確定流體的流量。
再者，當(dāng)此種流量計(jì)自帶電源時(shí)，如電池組，應(yīng)能盡可能地降低流量計(jì)的能耗，以延長(zhǎng)電源的壽命。
然而，流量計(jì)不僅需要精確地且以低電源成本來(lái)確定流體流量的當(dāng)前值，而且它還需要監(jiān)控所述值隨時(shí)間的變化、在一流量的連續(xù)值譜(Continuum)內(nèi)的變化以及相對(duì)于此連續(xù)值譜中一預(yù)定流量值的變化。
例如，當(dāng)流體流量達(dá)到了流量計(jì)量程的預(yù)定最大值時(shí)，出于安全原因，需要迅速作出反應(yīng)，關(guān)掉處于流量計(jì)上游位置的閥門。
為此，就必須在直至預(yù)定最大值的整個(gè)量程范圍內(nèi)精確地知道流體流量的當(dāng)前值。
例如，民用氣體流量計(jì)，要求確定的最大值精度為2％-5％。
另外，當(dāng)流量計(jì)工作時(shí)，流量會(huì)突然變化大于預(yù)定最大值，即，它要承受一“過(guò)剩流量”。
這樣，重要的是首先要迅速觀察到當(dāng)前流量值的增加，然后是能夠立即對(duì)閥門采取措施。
例如，對(duì)一個(gè)最大流量值為6m3/h的民用氣體流量計(jì)，其過(guò)剩流量可以在100ms內(nèi)達(dá)到50m3/h的量級(jí)，并可以持續(xù)15秒，以便在這段時(shí)間內(nèi)關(guān)掉閥門。
如此看來(lái)，監(jiān)控流體相對(duì)于所述最大流量值的流量變化以及相對(duì)于所述過(guò)剩流量值的流量變化十分重要，在整個(gè)流量連續(xù)值譜內(nèi)跟蹤這種變化也是必須的，即，應(yīng)避免對(duì)轉(zhuǎn)軸位置的漏檢，此位置量表示轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的增量，亦即流量的增量。
用磁敏元件來(lái)檢測(cè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是眾所周知的。在這種機(jī)構(gòu)中，一磁敏元件被固定在轉(zhuǎn)軸上，另一個(gè)磁敏元件被固定在靜止的支架上，在轉(zhuǎn)軸的每次轉(zhuǎn)動(dòng)中，當(dāng)兩個(gè)磁敏元件面對(duì)時(shí)，靜止的那個(gè)磁敏元件就發(fā)出一個(gè)相應(yīng)于給定流量的脈沖。但是，為了抵御外部磁場(chǎng)的干擾，這種具有磁敏元件的流量計(jì)必須安裝在如磁屏的特殊保護(hù)下。
使用共振檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也是熟知的，但是這樣的系統(tǒng)不適合解決存在的問(wèn)題。
為克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種監(jiān)控通過(guò)流量計(jì)的流體流量的當(dāng)前值變化的方法，以及提出一種包括應(yīng)用了所述方法的裝置的流量計(jì)。此裝置特別用于檢測(cè)最大流量和連續(xù)流量值譜中的過(guò)剩流量，還可以盡可能地減小電能消耗。
本發(fā)明提供的這種監(jiān)控通過(guò)流量計(jì)的流體流量的當(dāng)前值變化的方法，其中流量計(jì)包括一測(cè)量單元和一同所述測(cè)量單元相連的轉(zhuǎn)軸，當(dāng)一定量流體流過(guò)測(cè)量單元時(shí)，轉(zhuǎn)軸可以繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。這種方法的特征在于它是檢測(cè)轉(zhuǎn)軸在一采樣頻率下的轉(zhuǎn)動(dòng)位移而不是轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，此采樣率在預(yù)定的采樣關(guān)系中是變化的且被定義為至少一個(gè)預(yù)定流體流量值的函數(shù)，而且它還用電子方法處理相應(yīng)于轉(zhuǎn)軸在所述采樣頻率下的轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼，以便確定在一連續(xù)流量值譜中相對(duì)于其中的預(yù)定流體流量值的流量當(dāng)前值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征·在至少兩個(gè)由采樣關(guān)系預(yù)定的采樣頻率值f1和f2下，檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移而不是轉(zhuǎn)速。方法如下首先是f1被定義為某一個(gè)預(yù)定的流體流量值Q1的函數(shù)，f2被定義為Q1和第二個(gè)預(yù)定流體流量值Q2的函數(shù)，這里，f1＜f2且Q1＜Q2。于是頻率f1和f2定義了兩個(gè)連續(xù)流量值譜范圍，這兩個(gè)范圍部分地重合，一個(gè)是擴(kuò)展到由頻率f1所定義的流量值Q1′，這里Q1＜Q1′＜Q2，另一個(gè)從由所述頻率f2所定義的流量值Q2′擴(kuò)展到Q2值，這里Q1＜Q2′＜Q1′，為確定相對(duì)于所述流量范圍的流體流量當(dāng)前值，用電子方法處理頻率f1和f2的函數(shù)的二進(jìn)制碼。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)就是能夠確定流體流量的當(dāng)前值所在的流量范圍，這種流量范圍部分重合并由具體選擇采樣關(guān)系決定的特性使得可在一個(gè)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以緊緊地跟蹤轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，即在整個(gè)流量連續(xù)譜內(nèi)監(jiān)控流量當(dāng)前值的變化。
根據(jù)本發(fā)明的其它特性·在用電子方法處理二進(jìn)制碼之前，所述方法主要包括如下步驟1)在采樣頻率下，產(chǎn)生大量的相繼的電子信號(hào)，采樣頻率在預(yù)定的采樣關(guān)系中是可變的；2)用每個(gè)所述電子信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)敏感元件，所述敏感元件面對(duì)至少一個(gè)同轉(zhuǎn)軸相聯(lián)的標(biāo)記(mark)的軌跡放置，用于依敏感元件相對(duì)所述標(biāo)記的位置而發(fā)出二進(jìn)制輸出狀態(tài)；以及3)所述二進(jìn)制輸出狀態(tài)用來(lái)形成表示有二進(jìn)制碼時(shí)序的輸出信號(hào)，這些二進(jìn)制碼與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相對(duì)應(yīng)，每一檢測(cè)都表示一定量的流體；·在步驟1)當(dāng)中a)在第一個(gè)時(shí)間間隔Δt1內(nèi)，在頻率f1下至少產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)；b)在緊接Δt1的第二個(gè)時(shí)間間隔Δt2內(nèi)，在頻率f2下至少產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)；c)重復(fù)上述步驟。
在本發(fā)明的方法中a)對(duì)來(lái)自輸出信號(hào)并表示轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼在采樣頻率f1下連續(xù)地進(jìn)行電子處理；b)在時(shí)間間隔Δt1結(jié)束時(shí)，來(lái)自輸出信號(hào)并表示轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼同時(shí)在采樣頻率f2下被進(jìn)行電子處理，而在時(shí)間間隔Δt1內(nèi)，對(duì)二進(jìn)制碼是在所述頻率f1下進(jìn)行電子處理；c)重復(fù)上面二個(gè)步驟·頻率f2依賴于頻率f1；·頻率f2大于或等于[Q2/2Q2′]f1，這里[X]表示大于或等于X的第一個(gè)整數(shù)；以及·采樣頻率f1大于在流體流量當(dāng)前值等于Q1時(shí)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率值的二倍。
根據(jù)本發(fā)明的其它特征·許多標(biāo)記同轉(zhuǎn)軸相聯(lián)；·在采樣頻率f3下而不是在頻率f1和f2下連續(xù)地產(chǎn)生大量的相繼的信號(hào)，f3要比f(wàn)2大，且為一預(yù)定流體流量Q3的函數(shù)，這里，Q3＜Q1，f3為f2的函數(shù)以及標(biāo)記數(shù)的函數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而確定相對(duì)于預(yù)定值Q1和Q3的當(dāng)前流體流量值；·同時(shí)，在采樣頻率f1和f2下，對(duì)輸出信號(hào)的二進(jìn)制碼連續(xù)地進(jìn)行電子處理，以確定相對(duì)于預(yù)定值Q1和Q2，更確切地說(shuō)，是相對(duì)于兩個(gè)流量范圍的當(dāng)前值；·頻率f3大于標(biāo)記數(shù)同頻率f2的乘積；·對(duì)采樣頻率f1下的二進(jìn)制碼的電子處理中，在采樣頻率f1下在時(shí)間間隔I1/f1內(nèi)二進(jìn)制碼數(shù)I1被儲(chǔ)存并被選定，為了按由I1和f1所決定的精度來(lái)確定直至預(yù)定值Q2′的當(dāng)前流量值，在I1個(gè)二進(jìn)制碼被存貯的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行累加；·在對(duì)I1個(gè)二進(jìn)制碼進(jìn)行累加之前，對(duì)每一位都給定一個(gè)加權(quán)系數(shù)以便提高當(dāng)前流體流量值的確定精度；·I1個(gè)二進(jìn)制碼數(shù)被存貯在具有I1個(gè)位單元的移位寄存器中，對(duì)每個(gè)中央位單元都給定一個(gè)相同的且最大的加權(quán)系數(shù)，同時(shí)相應(yīng)于最后和第一個(gè)所存貯的二進(jìn)制碼，分別給定遞增和遞減的系數(shù)；·對(duì)采樣頻率f2下的二進(jìn)制碼的電子處理中，選定一預(yù)定的輸出信號(hào)二進(jìn)制碼數(shù)I2，且對(duì)所述二進(jìn)制碼數(shù)I2的值和表示轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的檢測(cè)數(shù)值進(jìn)行識(shí)別，如果所識(shí)別的數(shù)不小于預(yù)定數(shù)I3，則當(dāng)前流體流量值就在預(yù)定流體流量值Q2′和Q2之間，否則，所述當(dāng)前值就小于Q2′；·預(yù)定的二進(jìn)制碼數(shù)I2依賴于f2、Q2和標(biāo)記數(shù)；·I3依賴于Q1和標(biāo)記數(shù)；·在重構(gòu)信號(hào)之前，需要確定轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是振顫運(yùn)動(dòng)，這是通過(guò)交替驅(qū)動(dòng)另一個(gè)敏感元件以及識(shí)別和選擇敏感元件的二進(jìn)制輸出狀態(tài)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
·敏感元件是一光敏元件。
本發(fā)明還提供了一種流量計(jì)。它包括測(cè)量流量的測(cè)量單元，其測(cè)量單元同轉(zhuǎn)軸相連，而轉(zhuǎn)軸的每次轉(zhuǎn)動(dòng)都表示一定量的流體流過(guò)所述測(cè)量單元，它還包括一些裝置，它們根據(jù)所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)采用本發(fā)明的方法來(lái)監(jiān)控流體流量的當(dāng)前值變化。所述裝置包括·至少一個(gè)敏感元件，它面對(duì)與轉(zhuǎn)軸相聯(lián)的至少一個(gè)標(biāo)記的軌跡放置且被用來(lái)根據(jù)所述標(biāo)記相對(duì)敏感元件的位置而發(fā)出輸出的二進(jìn)制碼；·在一采樣頻率下產(chǎn)生相繼的電信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述光敏元件的裝置，采樣頻率在所使用的預(yù)定采樣關(guān)系中是可變的，且每個(gè)頻率值被定義為至少一個(gè)預(yù)定的流體流量值的函數(shù)·基于敏感元件發(fā)出的二進(jìn)制輸出狀態(tài)而形成輸出信號(hào)的裝置，所述輸出信號(hào)表示了二進(jìn)制碼的時(shí)間序列，而此二進(jìn)制碼同轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相關(guān)；以及·二進(jìn)制碼的電子處理裝置，它用來(lái)處理由所述采樣頻率決定的二進(jìn)制碼，以便確定一連續(xù)流量值譜中相對(duì)于預(yù)定的流體流量值的流體流量當(dāng)前值，采樣頻率依賴于此預(yù)定流量值。
根據(jù)本發(fā)明的其它特征·二進(jìn)制碼的電子處理裝置，具體地說(shuō)，它包括用來(lái)選擇一預(yù)定義的輸出信號(hào)的二進(jìn)制碼數(shù)的裝置，其中對(duì)每一采樣頻率所取的值，二進(jìn)制碼數(shù)是不同的；·二進(jìn)制碼的電子處理裝置包括在一采樣頻率值f1下選擇一預(yù)定義的輸出信號(hào)二進(jìn)制碼數(shù)I1的裝置，采樣頻率被選作為一預(yù)定流體流量值Q1的函數(shù)，所述裝置為一存貯裝置，同累加裝置一起用于在一個(gè)擴(kuò)展到大于Q1值且由f1所選定的值定義的連續(xù)流量值范圍內(nèi)確定流體流量的當(dāng)前值，累加裝置用來(lái)累加被存貯的二進(jìn)制碼數(shù)I1，所確定的值的精度依賴于I1和f1；
·二進(jìn)制碼存貯裝置包括至少一個(gè)由I1個(gè)位單元構(gòu)成的移位寄存器，在采樣頻率f1下每個(gè)位單元接收一個(gè)二進(jìn)制碼；·電子處理裝置還包括加權(quán)裝置，它用于在應(yīng)用的關(guān)系中給二進(jìn)制碼數(shù)I1加權(quán)，此關(guān)系就是給每個(gè)中央位單元一個(gè)相同的且最大的加權(quán)系數(shù)，以及分別地給相應(yīng)于最后和第一個(gè)所存貯的二進(jìn)制碼遞增的和遞減的加權(quán)系數(shù)，所述加權(quán)關(guān)系用于提高所確定的當(dāng)前流量值的精度；·二進(jìn)制碼的電子處理裝置包括用來(lái)在采樣頻率值f2下選擇一預(yù)定義的輸出信號(hào)的二制碼數(shù)I2的裝置，f2依賴于f1、Q1以及第二個(gè)預(yù)定的流體流量值Q2，這里f1＜f2、Q1＜Q2、I2依賴于f2、Q2、及標(biāo)記數(shù)，并且還包括用來(lái)在I2個(gè)二進(jìn)制碼中識(shí)別表示轉(zhuǎn)軸位移檢測(cè)量的二進(jìn)制碼的個(gè)數(shù)的裝置，此數(shù)用來(lái)確定流體流量當(dāng)前值是否在直到大于Q1的流量值范圍內(nèi)或是否該流量在直到Q2的范圍內(nèi)；以及·敏感元件是一光敏元件，標(biāo)記是可見(jiàn)的標(biāo)記。
根據(jù)本發(fā)明其它特征·用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值變化的裝置包括一輪子，它同轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)并具有D1個(gè)輪齒或可見(jiàn)標(biāo)記；·用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值變化的裝置包括另外一個(gè)輪子，它同轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)并具有D2個(gè)輪齒或可見(jiàn)標(biāo)記，這里D2＞D1；·用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值變化的裝置包括用于確定轉(zhuǎn)軸的位移是轉(zhuǎn)動(dòng)位移還是振顫位移的裝置；·用于確定轉(zhuǎn)軸的位移是轉(zhuǎn)動(dòng)位移還是振顫位移的裝置包括每個(gè)輪子的第二光敏元件。此光敏元件處于相對(duì)于第一光敏元件來(lái)說(shuō)半個(gè)輪齒寬的角度的位置，且該裝置是同用于識(shí)別和選擇光敏元件的序列輸出狀態(tài)的裝置連在一起的；以及·每個(gè)光敏元件都由一發(fā)射器和接收器所構(gòu)成，發(fā)射器和接收器分別在輪齒的軌跡兩邊相對(duì)的位置上。
下面通過(guò)非限定性的實(shí)施例并參照附圖，將對(duì)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)作全面的描述，在附圖中·

圖1示出了氣體流量當(dāng)前值的變化，所采樣的當(dāng)前值是真實(shí)氣體流量的函數(shù)；·圖2示出了通過(guò)本發(fā)明的方法所監(jiān)控的流量變化范圍。
·圖3是本發(fā)明的裝置中齒狀輪和光敏元件的平面視圖；·圖4是圖3所述裝置的齒狀輪和光敏元件的側(cè)視圖；·圖5是表示該裝置各種電子功能塊的方框圖；·圖6表示如何產(chǎn)生脈沖序列VA和VB來(lái)驅(qū)動(dòng)光敏元件A和B；·圖7是本發(fā)明裝置中所用的各種信號(hào)的波形圖；·圖8是本發(fā)明裝置中電子功能塊60的詳細(xì)圖；·圖9是本發(fā)明裝置中電子功能塊80的詳細(xì)圖。
本發(fā)明特別應(yīng)用于那種具有膜片的民用氣體流量計(jì)，此膜片是廣為人知的，因而下面將不再描述。這種民用流量計(jì)，在歐洲專利No.0128838中作了描述，但在圖中未示出。它包括一個(gè)又被稱作測(cè)量塊的氣體量測(cè)量單元，它通過(guò)一機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)同轉(zhuǎn)軸1的一端相連。轉(zhuǎn)軸的每次轉(zhuǎn)動(dòng)都表示一定量氣體通過(guò)流量計(jì)的測(cè)量單元。氣體流量計(jì)還包括裝置10，它用來(lái)監(jiān)控氣體流量當(dāng)前值的變化，還包括采樣系統(tǒng)，即，一種檢測(cè)在不同時(shí)刻轉(zhuǎn)軸1的位置的裝置，下面將描述此系統(tǒng)。
在上述的這種同其自身電源相配的氣體流量計(jì)中，最通常的問(wèn)題是要監(jiān)控在一連續(xù)流量值譜中的流量當(dāng)前值的變化，該連續(xù)流量值譜從一可以為0的預(yù)定值Q0擴(kuò)展到包含在所述連續(xù)流量值譜內(nèi)的一預(yù)定值Q1＝Qmax，過(guò)剩流量為Q2，這里Q0＜Q1＜Q2。
本發(fā)明的氣體流量計(jì)必須能夠確定相對(duì)預(yù)定值Q1和Q2的流體流量當(dāng)前值，從而確定流量計(jì)是否處于過(guò)剩流量的條件下(此條件可在100ms內(nèi)形成)，或流量計(jì)是否在正常情況下工作，此時(shí)其流量測(cè)量范圍為Q0到Q1(Qmax)，且消耗盡可能少的電能。更具體地說(shuō)，本發(fā)明還能夠從Q0到Q1甚至超過(guò)此范圍以足夠的精度來(lái)確定氣體流量的當(dāng)前值。
概括地講，本發(fā)明的方法首先是在被稱為“采樣”頻率的頻率下檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移而不是轉(zhuǎn)速，該頻率在所用的預(yù)定的采樣關(guān)系中是可變的；其次是用電子方法處理與所述采樣頻率下的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)或非檢測(cè)量相關(guān)的二進(jìn)制碼。
采樣頻率被定義為至少一個(gè)預(yù)定的氣體流量值的函數(shù)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，以兩個(gè)采樣頻率f1和f2來(lái)建立采樣關(guān)系以確定相對(duì)預(yù)定值Q1和Q2的氣體流量當(dāng)前值。于是頻率f1被定義為Q1值的函數(shù)，而比f(wàn)1大的f2被定義為Q1和Q2的函數(shù)。
選擇頻率時(shí)，最好定義兩個(gè)流量范圍，這兩個(gè)范圍合在一起能覆蓋連續(xù)流量值譜且部分地重合，以免出現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的漏檢，從而避免了連續(xù)值譜中無(wú)流量值。
當(dāng)前流量值為Q1(Qmax)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行采樣的采樣頻率，最好大于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率值f的二倍，由此可定義流量范圍a為從Q0至Q2′，這里Q1＜Q2′＜Q2。通過(guò)選擇這些頻率值，就可以精確地確定當(dāng)前流量值，更具體地說(shuō)，可以不僅從Q0到Qmax而且從Q0直到Q2′都可檢測(cè)流量值Qmax。例如，f1＝2.5f(Qmax)Q2′取值為1.25Qmax。
如果頻率f1值選為2f(Qmax)，則就不可能在從Q0到Qmax的范圍以外來(lái)精確地確定流量當(dāng)前值。其結(jié)果是，在確定當(dāng)前值時(shí)在Qmax附近的流量范圍不可能得到更好的精度。
圖1示出了利用上述的系統(tǒng)所采樣氣體流量當(dāng)前值在采樣頻率值為f1和f2時(shí)隨氣體實(shí)際流量的函數(shù)變化，圖中由字母a所表示的直線，即方程Y＝X可看出，當(dāng)氣體的實(shí)際流量從增加到Q2′＝1.25Qmax時(shí)，采樣流量也從Q0增加到Q2′，因此可在范圍a內(nèi)精確地確定。
圖2示出了由本發(fā)明方法所定義的流量范圍在流量連續(xù)譜(Q0到Q2)中的分布和部分重合的情況。圖2還示出了上面所定義的范圍a。另外，從圖1中在實(shí)際流量Q1和Q1′和采樣流量Q1和Q2′(＝1.25Qmax)之間用三角形所表示的部分可看出，當(dāng)實(shí)際流量從Q1增加到Q1′，采樣流量沿直線部分Y＝X增加到Q2′，然后沿直線部分Y＝-X減少到Q1′，這種現(xiàn)象稱為Q2′值的譜“混迭”(aliasing)或“折疊”(folding)，它使得當(dāng)檢測(cè)到Qmax且采樣流量先增加然后下降，同時(shí)保持大于Qmax時(shí)，可以在范圍b內(nèi)確定當(dāng)前流量值，此范圍由構(gòu)成上述三角形底部的水平直線部分表示。圖2清楚地表明，因譜混迭現(xiàn)象所得出的范圍b使得流量檢測(cè)范圍a可以擴(kuò)展到Q1′＝1.5Qmax，于是定義了流量的范圍為從Q0到Q1′。
如圖1和2所示，如果需要在兩個(gè)預(yù)定流量Q1和Q2之間檢測(cè)一過(guò)剩流量，那么應(yīng)選擇一個(gè)依賴于頻率f1的頻率f2，更確切地說(shuō)，應(yīng)選擇一個(gè)大于或等于表達(dá)式[Q2/2Q2′]f1的f2，這里，[Q2/2Q2′]表示大于或等于Q2/2Q2′的第一個(gè)整數(shù)，由此定義一個(gè)流量范圍從Q2′＝1.25Qmax延伸到5Qmax。例如，對(duì)f2＝4f1，Q1＝6m3/h以及Q2＝50m3/h。該頻率f2用于當(dāng)實(shí)際流量從1.25Qmax增加到5Qmax時(shí)來(lái)精確地確定流量當(dāng)前值。但是由于譜的混迭現(xiàn)象，當(dāng)實(shí)際流量從5Qmax增加到Q2＝8.75Qmax時(shí)，用該方法不能確定當(dāng)前流量值。遺憾的是如果需要在整個(gè)范圍c內(nèi)精確地確定流量當(dāng)前值，那么就必需增大采樣頻率值，這樣勢(shì)必會(huì)增加了氣體流量計(jì)的電能消耗。
然而，通過(guò)利用5Qmax處的譜混迭以及檢測(cè)何時(shí)當(dāng)前流量值經(jīng)過(guò)一個(gè)等于Q2′的預(yù)定閾值，在所述閾值被檢測(cè)到后，本發(fā)明的方法就可以確定當(dāng)前流量值在Q2′到Q2的范圍內(nèi)(范圍c)，此時(shí)就達(dá)到了過(guò)剩流量的條件。如果c包括了很寬的范圍而當(dāng)前流量值的確定精度要求不高，這一特性有其很大的優(yōu)點(diǎn)。另外，頻率的選擇是適當(dāng)?shù)?，因?yàn)樗沟脧腝0到Q1′以及從Q2′到Q2兩個(gè)流量范圍部分地重合從而不會(huì)在兩個(gè)流量范圍之間漏掉流量值。于是本發(fā)明通過(guò)利用適當(dāng)?shù)牟蓸雨P(guān)系，從而可在流量連續(xù)值譜內(nèi)監(jiān)控當(dāng)前流體流量值的變化。
如果不是在由本專利申請(qǐng)人所確定的頻率下進(jìn)行采樣，則會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)并列的流量范圍。此時(shí)，如果是紊亂的轉(zhuǎn)動(dòng)，就可能漏掉轉(zhuǎn)軸的某些轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)，在兩個(gè)范圍的邊界處就會(huì)漏掉某些流量值，而且也會(huì)增加電能消耗。如圖3所示，裝置10有一機(jī)械部分12，一中心孔穿過(guò)其中并在一較大的表面12a的上有一齒輪16同另一齒輪18嚙合，齒輪18是固定在轉(zhuǎn)軸1的末端，此末端遠(yuǎn)離和流量計(jì)的測(cè)量單元間接相連的另一端，機(jī)械部分12的大平面12a和12b是同轉(zhuǎn)軸1相垂直，該部分在不帶齒輪的大平面12b上包括兩條沿與轉(zhuǎn)軸平行方向延伸的可見(jiàn)系列標(biāo)記或齒，數(shù)目為D1和D2，標(biāo)記20和22處于兩個(gè)不同半徑的圓周上，以形成兩個(gè)齒狀輪24、26，它們同所述機(jī)械部分12形成一體。
如圖4所示，第一個(gè)輪24例如可以僅由一個(gè)齒(D1＝1)所構(gòu)成，它占據(jù)了半徑為R1的圓周的一半，第二個(gè)輪26例如可以由32個(gè)齒(D2＝32)所構(gòu)成，它們均勻地沿半徑R2的圓周分布，這里，R2大約為R1的兩倍，且和機(jī)械部分12的半徑相等。
機(jī)械部分12被裝在一個(gè)樞軸28上可轉(zhuǎn)動(dòng)，其中樞軸被設(shè)計(jì)成與中心孔14配合，樞軸固定于一靜止支撐座30上，在本實(shí)施例中，該支撐座是一個(gè)電子板。
裝置10包括至少一個(gè)光敏元件32，它由一發(fā)射器32a如一紅外二極管，以及一接收器如光敏三極管所構(gòu)成。此光敏元件構(gòu)成U形叉狀，其中一分支由發(fā)射器構(gòu)成，另一分支由接收器構(gòu)成。U型光敏元件的基座固定于支撐座30上，光敏元件32的發(fā)射器和接收器分別相對(duì)設(shè)在輪24的齒20的軌跡兩邊而固定，見(jiàn)圖3和4。在本實(shí)施例中，兩光敏元件32和34同齒狀輪24相聯(lián)，兩光敏元件36和38同齒狀輪26相聯(lián)。對(duì)每個(gè)齒狀輪來(lái)說(shuō)，每個(gè)光敏元件都處于相對(duì)于另一光敏元件為半個(gè)齒寬的角度的位置上。這樣，對(duì)于小輪24，兩個(gè)光敏元件相偏離成90°，對(duì)于大輪26，兩光敏元件相偏離成31°。一固定于電子板30的平板40被用來(lái)確定上述各種光敏元件之間的相對(duì)幾何位置，也可以采用同標(biāo)記相聯(lián)的非光敏元件，而不必用和軸轉(zhuǎn)動(dòng)相聯(lián)的光敏元件。
圖5是裝置10的主要功能塊的總體圖，在本發(fā)明中，裝置10用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值的變化，這是本發(fā)明方法中的必要步驟。除去光敏元件和齒狀輪，這些功能塊形成了安裝在上述電子板30上的專用集成電路(ASIC)的一部分。該集成電路用于控制光敏元件并對(duì)來(lái)自光敏元件的電子信息進(jìn)行處理，電子板還帶有一微控制器，用于按程序?qū)饷粼膮?shù)(采樣頻率，預(yù)定流量值等)進(jìn)行控制，并輸入集成電路所提供的信號(hào)。該板還帶有一電池，用于給本發(fā)明裝置的各部件進(jìn)行供電。這些都未在圖中示出。
如圖5所示，一個(gè)主時(shí)鐘50發(fā)出一例如32KHz的基頻，響應(yīng)于該頻率，電子分頻器塊52向裝置10的各種功能塊發(fā)送脈沖形式的信號(hào)，該脈沖頻率在預(yù)定的采樣關(guān)系中是隨時(shí)間變化的。
正如前面所描述的，為了精確地確定在Q0到Qmax范圍內(nèi)的氣體流量，選擇一頻率，使得可以在直至Q1′＝1.25Qmax的范圍內(nèi)都可確定當(dāng)前流量值。按照實(shí)施例的方法，當(dāng)氣體流量當(dāng)前值等于Qmax時(shí)，頻率f1等于轉(zhuǎn)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的2.5倍，例如，選擇頻率f2等于表達(dá)式[Q2/2Q2′]f1是有利的，這里[X]指大于或等于X的第一個(gè)整數(shù)。例如，對(duì)Q1＝6m3/h，Q2＝50m3/h，f2可以等于4f1，Q0選為零，當(dāng)f2為14Hz時(shí)，f1為3.5Hz。
通過(guò)利用在一組適當(dāng)頻率下所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，可以明顯地減低電能消耗，因而同直流電源信號(hào)相比，或同高頻采樣相比，增加了電池的壽命。同時(shí)，仍然能監(jiān)控氣體流量的當(dāng)前值，特別是能夠以所需的精度確定Qmax并檢測(cè)過(guò)剩流量。
在氣體流量計(jì)正常的工作情況下，一開(kāi)關(guān)塊54從四個(gè)光敏元件32、34、36、38中選擇小齒輪24的標(biāo)示為A、B的光敏元件32和34，這里光敏元件36和38分別標(biāo)示為C和D。分頻器塊52利用主時(shí)鐘信號(hào)50，并以常規(guī)方式產(chǎn)生稱為時(shí)鐘信號(hào)H的電信號(hào)序列，該電信號(hào)是按時(shí)間順序的一個(gè)個(gè)脈沖，它包括在頻率2f1下產(chǎn)生的第一列脈沖和在頻率2f2即8f1下產(chǎn)生的第二列脈沖。如果在所述實(shí)施例中每個(gè)輪采用兩個(gè)光敏元件，每個(gè)光敏元件的二極管隨時(shí)間被交替驅(qū)動(dòng)，這樣就需要從主時(shí)鐘50產(chǎn)生兩個(gè)脈沖序列。于是，為了給光敏元件A的二極管供電，以時(shí)鐘序列H的偶脈沖來(lái)產(chǎn)生一脈沖序列VA，見(jiàn)圖6。這樣得到第一列20個(gè)大間隔的脈沖(頻率f1)，接著是第二列13個(gè)小間隔的脈沖(頻率f2＝4f1)。同樣地，為了驅(qū)動(dòng)光敏元件B的二極管，從時(shí)鐘序列H的奇脈沖來(lái)產(chǎn)生一脈沖序列VB，由此得到第一列21個(gè)大間隔脈沖(頻率f1)，接著是第二列12個(gè)小間隔的脈沖(頻率f2)，圖7示出了在時(shí)間上交錯(cuò)的二個(gè)序列VA和VB。
每一列在頻率f1下所產(chǎn)生的脈沖持續(xù)時(shí)間為Δt1，每一列在頻率f2下所產(chǎn)生的脈沖持續(xù)時(shí)間為Δt2。
每個(gè)以這種方式驅(qū)動(dòng)的光敏元件A和B按相對(duì)于輪24的齒20的位置發(fā)出的一個(gè)二進(jìn)制輸出狀態(tài)。因?yàn)楣饷粼嗀和B相偏離成90°，所以光敏元件被不停地驅(qū)動(dòng)而識(shí)別輪齒。圖7的信號(hào)RA和RB表示了輪24的齒20的分布。光敏元件A和B的輸出是以“線或”(wired-OR)而連接在一起并作為電子塊60的信號(hào)輸入。電子塊60用于確定轉(zhuǎn)軸的位移是轉(zhuǎn)動(dòng)位移還是振顫位移，以及用于重構(gòu)對(duì)應(yīng)于作為光敏元件A和B所采集的時(shí)間的函數(shù)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的信號(hào)P(圖7)。圖7中塊60的輸入信號(hào)以VAB所示。
光敏元件A和B的二進(jìn)制輸出狀態(tài)用于形成一輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)表示所述光敏元件所采集的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的檢測(cè)量和非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼時(shí)間序列。在開(kāi)始時(shí)，在用于驅(qū)動(dòng)光敏元件A和B的序列VA和VB的各自脈沖的下降沿上，通過(guò)在雙穩(wěn)態(tài)QA和QB中的采樣信號(hào)VAB將信號(hào)VA和VB分離出來(lái)。圖7示出了雙穩(wěn)態(tài)QA和QB的輸出。因此，形成電子塊60的一部分的且反相器、與非門(NAND)和一個(gè)R/S雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的電路62通過(guò)識(shí)別和選擇光敏元件A和B所提供的二進(jìn)制輸入狀態(tài)序列來(lái)區(qū)分振顫和轉(zhuǎn)動(dòng)。
因而R/S的雙穩(wěn)態(tài)的輸出通過(guò)下面的方式被加強(qiáng)·通過(guò)“置位”輸入“QA和QB”的邏輯乘積值。
·通過(guò)“復(fù)位”輸入“QB和QA”的邏輯乘積值。電路62用于檢測(cè)同下面狀態(tài)序列相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)QA＝0、QB＝1、QA＝1、QB＝0、QA＝0。
通過(guò)在每個(gè)輪采用至少兩個(gè)光敏元件，有利于細(xì)化獲得的轉(zhuǎn)軸位移位息。
在這種結(jié)構(gòu)中，一個(gè)光敏元件，例如光敏元件A，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，同時(shí)光敏元件B用于校驗(yàn)它的確是轉(zhuǎn)動(dòng)而不是振顫。在電路62的輸出時(shí)，得到一個(gè)重構(gòu)的信號(hào)P，該信號(hào)同光敏元件A和B所采集的轉(zhuǎn)軸隨時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)位移相對(duì)應(yīng)。這種在圖7底部所示的信號(hào)P是由邏輯0和1的序列所構(gòu)成的。該邏輯0-1狀態(tài)的0到1或1到0翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于上升沿和下降沿，每次翻轉(zhuǎn)表示對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)位移作一次檢測(cè)。每個(gè)給定位移相應(yīng)于一給定氣體量。
相應(yīng)于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量或非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼從重構(gòu)信號(hào)P中被提取，以便產(chǎn)生一輸出信號(hào)I(圖7)，該輸出信號(hào)以光敏元件A和B所采集的檢測(cè)脈沖的形式來(lái)直接表示檢測(cè)量和非檢測(cè)量二進(jìn)制碼隨時(shí)間的狀態(tài)。這個(gè)輸出信號(hào)通過(guò)塊60中的電路64(圖8)由重構(gòu)信號(hào)P產(chǎn)生，其中該電路是由D型雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，一異門(XOR)和一與非門組成。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，這種將重構(gòu)信號(hào)P轉(zhuǎn)換成信號(hào)I的步驟不是必需的，所述信號(hào)P可以直接進(jìn)行電子處理，這里，信號(hào)P在本發(fā)明方法的其它部分里的電子處理中作為輸出信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)變形中，每個(gè)輪可以只用一個(gè)光敏元件，在此情況下，對(duì)光敏元件來(lái)說(shuō)只產(chǎn)生一個(gè)電源信號(hào)序列，該序列是由在時(shí)間間隔Δt1內(nèi)和頻率f1下所產(chǎn)生的一列脈沖，以及在時(shí)間間隔Δt2內(nèi)和頻率f2下所產(chǎn)生的一列脈沖而構(gòu)成的。
塊70用于對(duì)來(lái)自信號(hào)I的檢測(cè)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)且僅僅對(duì)那些邏輯值為1的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這就可對(duì)流經(jīng)流量計(jì)測(cè)量單元的氣體量進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，在實(shí)施例中，塊70可以由一四位電子計(jì)數(shù)器所構(gòu)成，于是為確定在Q0到Q2(50m3/h)的流量連續(xù)值譜的范圍內(nèi)的流量當(dāng)前值，對(duì)相應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量或非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼進(jìn)行電子處理，此當(dāng)前值相對(duì)于預(yù)定值Q1和Q2而定。
更確切地說(shuō)，本發(fā)明方法用來(lái)確定相對(duì)于流量范圍Q0到Q1′和Q2′到Q2的流量當(dāng)前值，因而可以確定氣體流量計(jì)是否在流量測(cè)量范圍內(nèi)(0到Qmax)的測(cè)量模式或者氣體流量計(jì)是否在范圍C(Q2′到Q2)的過(guò)剩流量狀態(tài)下工作。
第一個(gè)處理步驟是在輸出信號(hào)I中選擇一預(yù)定義的檢測(cè)和非檢測(cè)二進(jìn)制碼數(shù)，其中所選的數(shù)對(duì)每個(gè)頻率f1和f2是不同的，在氣體流量計(jì)正常的工作情況下，光敏元件A和B是在采樣頻率f1下被驅(qū)動(dòng)，且，在所述采樣頻率f1下，通過(guò)將預(yù)定二進(jìn)制碼數(shù)存入一個(gè)I1位的移位寄存器72的方式來(lái)選定該預(yù)定數(shù)，在正常工作情況期間內(nèi)都持續(xù)進(jìn)行。在頻率f1下每個(gè)二進(jìn)制碼都為“1”或“0”的形式根據(jù)它是表示檢測(cè)量或非檢測(cè)量而被存貯。
為了確定氣體流量的當(dāng)前值，在選定了每個(gè)所述二進(jìn)制碼并將其存在寄存器中時(shí)，一電子塊對(duì)I1個(gè)二進(jìn)制碼進(jìn)行累加，該電子塊由一個(gè)半加法器的陣列(array of half-adders)74所構(gòu)成。盡管如此，為了得到更好的精度，需要對(duì)I1個(gè)二進(jìn)制碼中的每個(gè)都給以加權(quán)系數(shù)。下面所描述的實(shí)施例更清楚地說(shuō)明了為什么在寄存器72中給二進(jìn)制碼加權(quán)是有利的。假定第一個(gè)檢測(cè)碼(“1”)被存于寄存器中并得到非常好的精度，即幾乎在翻轉(zhuǎn)發(fā)生的同時(shí)而檢測(cè)到該翻轉(zhuǎn)(檢測(cè))。其后，其它二進(jìn)制碼(“0”或“1”)被存于寄存器中，這些二進(jìn)制碼的時(shí)間精度很差，緊跟其后的最后一位二進(jìn)制碼能得到很好的時(shí)間精度，它記錄在所述的移位寄存器72的第一個(gè)位單元中。在這特定的情況下，第一個(gè)記錄位是在寄存器的最后一個(gè)位單元中，并且在兩個(gè)端位之間，因而時(shí)間間隔精確，所得到的精確給定的二進(jìn)制碼是和氣體量是相關(guān)的，所以，可以得到一個(gè)正確的平均流量值。此時(shí)，移位寄存器所記錄的下一位，例如一個(gè)具有很差時(shí)間精度的二進(jìn)制碼使第一個(gè)記錄位離開(kāi)寄存器72的最后位單元，從而使整個(gè)寄存器的精度變差，因而使測(cè)得的平均流量值精度下降，因此，通過(guò)在所應(yīng)用特殊加權(quán)關(guān)系中對(duì)寄存器的位單元給以加權(quán)系數(shù)，可以將二進(jìn)制碼進(jìn)入和離開(kāi)寄存器所造成的影響降低到最小。
最好的方法是，對(duì)中間的位都給出一個(gè)相同且最大的加權(quán)系數(shù)，同時(shí)，對(duì)進(jìn)入寄存器的最后一個(gè)和第一個(gè)二進(jìn)制碼相應(yīng)的位分別給出遞增和遞減的系數(shù)。例如，I1等于20，f1＝3.5Hz。則I1/f1等于5.7S。每個(gè)和一次翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼表示一個(gè)流量Qmax/16，即0.6l/h。作為寄存器中位單元的函數(shù)的加權(quán)關(guān)系如下·對(duì)前面4個(gè)單元，加權(quán)值從1至4線性增加；·對(duì)中間12個(gè)單元，加權(quán)值不變，等于5。
·對(duì)最后4個(gè)單元，加權(quán)值從4到1線性減小。
電子塊74也可以常規(guī)方式進(jìn)行加權(quán)。
當(dāng)對(duì)二進(jìn)制碼進(jìn)行記錄和加權(quán)時(shí)，電子塊74不對(duì)所加權(quán)的二進(jìn)制碼進(jìn)行累加，通過(guò)識(shí)別一個(gè)比64大的累加值來(lái)檢測(cè)Qmax，該累加值和寄存器72中所存的16個(gè)檢測(cè)二進(jìn)制碼或翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)。檢測(cè)到時(shí)，一報(bào)警信號(hào)被觸發(fā)指示微處理器必須立即發(fā)出一個(gè)指令來(lái)關(guān)掉處于流量計(jì)上游的閥門。
當(dāng)和值為80時(shí)，那就意味著當(dāng)前流量值為1.25Qmax(Q2′)。經(jīng)過(guò)存貯16次檢測(cè)相應(yīng)的時(shí)間后，就得到一個(gè)高精度的平均流量值，如1.8％。一般來(lái)講，所得到的平均流量值的精度依賴于二進(jìn)制碼數(shù)I1和頻率f10時(shí)間間隔I1/f1可以滿足所需要的精度且可消除轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的紊亂現(xiàn)象。
在采樣頻率f1下以及在正常工作時(shí)間內(nèi)，對(duì)二進(jìn)制碼連續(xù)地進(jìn)行電子處理以便能夠在任何時(shí)刻確定流量計(jì)量程內(nèi)的流體流量當(dāng)前值。在Δt1的時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)的同轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼在時(shí)間間隔Δt2內(nèi)在采樣頻率f2下進(jìn)行電子處理，即在所述采樣頻率下同時(shí)驅(qū)動(dòng)光敏元件A和B時(shí)進(jìn)行電子處理。例如，Δt1＝6S及Δt2＝0.9S。
塊80用于選擇一個(gè)預(yù)定義的二進(jìn)制碼數(shù)，并在I2個(gè)二進(jìn)制碼中識(shí)別出現(xiàn)的檢測(cè)(翻轉(zhuǎn))數(shù)。數(shù)I2依賴于頻率f2和預(yù)定的流量值Q1，還依賴于齒數(shù)D10如果檢測(cè)數(shù)大于依賴Q1和齒狀輪齒數(shù)D1的預(yù)定數(shù)I3，那么就可確定流體流量的當(dāng)前值是在流量范圍c內(nèi)，即，在預(yù)定值Q2′和Q2之間。
為了在頻率4f1下采用單齒輪24來(lái)檢測(cè)大于預(yù)定值Q2′＝1.25Qmax的值，只要知道在所述頻率4f1下的7個(gè)周期內(nèi)，在轉(zhuǎn)動(dòng)整整一周中光敏元件A和B檢測(cè)了多少次實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)，這意味著要檢測(cè)閾值，就要知道光敏元件A和B是否在8位的范圍內(nèi)即七個(gè)連續(xù)周期內(nèi)檢測(cè)到多于三次的翻轉(zhuǎn)，因此在本例中I2＝8、I3＝3。不過(guò)，這些預(yù)定數(shù)會(huì)根據(jù)預(yù)定的流量值和所選的采樣頻率而變化。
如圖9所示，一個(gè)具有反相輸入的邏輯與門同一個(gè)二位計(jì)數(shù)器82和一計(jì)數(shù)器84一起置于塊80的輸入處，其中二位計(jì)數(shù)器82用來(lái)識(shí)別預(yù)定的翻轉(zhuǎn)次數(shù)I3，而計(jì)數(shù)器84用來(lái)選擇一個(gè)預(yù)定義的連續(xù)采樣的數(shù)I2，即時(shí)鐘4f1的七個(gè)周期數(shù)。這個(gè)簡(jiǎn)單電路還包括兩個(gè)與門。于是塊80通過(guò)在二位計(jì)數(shù)器82中記錄翻轉(zhuǎn)次數(shù)直到經(jīng)過(guò)時(shí)鐘Δf1的七個(gè)周期為止。一旦計(jì)數(shù)器檢測(cè)到三次翻轉(zhuǎn)，就不再記錄新的翻轉(zhuǎn)且產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)表明已檢測(cè)到一過(guò)剩流量，于是使處于流量計(jì)上游的閥門關(guān)掉。
因?yàn)橛傻诙€(gè)齒狀輪26可以得到很好的分辨率，用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值變化的裝置10還能夠檢測(cè)氣體的泄漏，這個(gè)輪可以檢測(cè)到5.6°的轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于0.018升的氣體量。
當(dāng)氣體流量計(jì)進(jìn)行泄漏檢測(cè)時(shí)，當(dāng)上游的閥門打開(kāi)后，可在例如50S的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出5l/h的泄漏流量。開(kāi)關(guān)塊54選擇第二齒狀輪的光敏元件C和D，分頻器塊在頻率f3下將一列脈沖形式的電子信號(hào)在時(shí)間上交替地饋送給每個(gè)光敏元件，其中頻率f3大于齒數(shù)D2和頻率f2的乘積，即，大于采樣頻率f2＝1.4Hz的32倍，例如該頻率值可以為512Hz。頻率f3為齒狀輪26的齒數(shù)D2及頻率f2的函數(shù)。
和上述方法類似，光敏元件C和D發(fā)出由塊60的D型和R/S雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器所存貯和使用的二進(jìn)制碼輸出，以形成由光敏元件C和D所采集的脈沖形式的輸出信號(hào)I，該信號(hào)表示二進(jìn)制碼的檢測(cè)碼和非檢測(cè)碼隨時(shí)間的出現(xiàn)。四位計(jì)數(shù)器70于是在上述的時(shí)間區(qū)間(50S)內(nèi)對(duì)同轉(zhuǎn)軸的位移相應(yīng)的脈沖數(shù)開(kāi)始計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果送到微控制器，一旦記錄了一給定的脈沖數(shù)，微控制器就觸發(fā)一關(guān)閉閥門的信號(hào)。此脈沖數(shù)意味著已達(dá)到了流體流量的預(yù)定值Q3，該流量被稱為泄漏流量，這里Q3＜Q1，Q3＝5l/h。
在本發(fā)明的一個(gè)變化形式中，微控制器從塊60的雙穩(wěn)態(tài)QA和QB的輸出中直接讀出相應(yīng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)的二進(jìn)制碼。同時(shí)，隨著在輸出信號(hào)I中對(duì)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)二進(jìn)制碼的計(jì)數(shù)，分頻器塊86將所述信號(hào)的頻率分成32份，這與大輪26的齒數(shù)32是對(duì)應(yīng)的，從而使相同的功能塊72、74和80能被重復(fù)使用，在整個(gè)泄漏檢測(cè)過(guò)程中分別在采樣頻率f1和f2下同時(shí)對(duì)輸出信號(hào)所提供的信息進(jìn)行電子處理，其中所采用的方式和功能塊72、74和80一樣，這種同時(shí)處理的優(yōu)點(diǎn)是，可以在泄漏檢測(cè)條件下，在包括了預(yù)定值Q1和Q2的流量范圍內(nèi)監(jiān)控流量的變化。
較有利的是，由于采樣頻率的可變性，可改變采樣頻率值f1、f2、f3以適應(yīng)給定流量計(jì)的單位流量，從而不必須修正采樣流量即可標(biāo)定流量計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控通過(guò)一流量計(jì)的流體流量當(dāng)前值變化的方法，該流量計(jì)包括一測(cè)量單元和同所述測(cè)量單元相連且當(dāng)一定量流體經(jīng)過(guò)測(cè)量單元時(shí)轉(zhuǎn)軸可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)轉(zhuǎn)軸(1)，該方法的特征在于，它是在采樣頻率下檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移而不是轉(zhuǎn)速，該采樣頻率在所用的預(yù)定采樣關(guān)系中是可變的，所述頻率被定義為至少一個(gè)預(yù)定的流體流量值的函數(shù)，為了在一連續(xù)流量值譜內(nèi)相對(duì)于包括在所述流量連續(xù)值譜內(nèi)的預(yù)定的流體流量確定流體流量的當(dāng)前值，在所述采樣頻率下對(duì)同轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相應(yīng)的二進(jìn)制碼進(jìn)行電子處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在至少兩個(gè)由采樣關(guān)系所預(yù)定的頻率值f1和f2下，檢測(cè)的是轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移而不是轉(zhuǎn)速，采樣關(guān)系按如下方式，f1被定義為第一預(yù)定的流體流量值Q1的函數(shù)，f2被定義為Q1和第二預(yù)定的流體流量值Q2的函數(shù)，這里f1＜f2以及Q1＜Q2，由頻率f1和f2定義兩個(gè)流量連續(xù)值范圍，這兩個(gè)范圍部分地重合，一個(gè)是一直擴(kuò)展到由頻率f1所定義的流量值Q1′的范圍，這里Q1＜Q1′＜Q2，另一個(gè)是從所述頻率f2所定義的流量值Q2′擴(kuò)展到值Q2的范圍，這里Q1＜Q2′＜Q1′。以及為了確定相對(duì)于所述流量范圍的流量當(dāng)前值，二進(jìn)制碼被作為所述頻率f1和f2的函數(shù)來(lái)進(jìn)行電子處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的方法，其特征在于，在對(duì)二進(jìn)制碼進(jìn)行電子處理之前，所述方法包括如下的步驟1)在采樣頻率下產(chǎn)生大量的相繼的電子信號(hào)，該采樣頻率在所用的預(yù)定的采樣關(guān)系中是可變的；2)用每個(gè)所述電子信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)敏感元件(32，36)，所述敏感元件面對(duì)和轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)系的至少一個(gè)標(biāo)記(20，22)的軌跡放置，用于根據(jù)所述敏感元件同所述標(biāo)記的相對(duì)位置發(fā)出一個(gè)二進(jìn)制輸出狀態(tài)；以及3)所述二進(jìn)制輸出狀態(tài)被用來(lái)形成表示同轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼時(shí)序的輸出信號(hào)，每個(gè)檢測(cè)表示一給定量流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，步驟1)中a)在第一個(gè)時(shí)間間隔Δt1內(nèi)，在頻率f1下至少產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)；b)在Δt1隨后的第二個(gè)時(shí)間間隔Δt2內(nèi)，在頻率f2下至少產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)；以及c)重復(fù)上述步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于a)在采樣頻率f1下，來(lái)自輸出信號(hào)并表示轉(zhuǎn)軸(1)轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量的二進(jìn)制碼被連續(xù)地進(jìn)行電子處理；b)在時(shí)間間隔Δt1結(jié)束時(shí)，來(lái)自輸出信號(hào)并表示轉(zhuǎn)軸(1)轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)和非檢測(cè)的二進(jìn)制碼同時(shí)在頻率f2下被進(jìn)行電子處理，而在Δt1內(nèi)二進(jìn)制碼是在所述頻率f1下被進(jìn)行電子處理；c)重復(fù)上述步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、4和5中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，頻率f2依賴于頻率f1。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、4、5和6中任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，頻率f2大于或等于[Q2/2Q2′]f1，其中[X]表示大于或等于X的第一個(gè)整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，采樣頻率f1大于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率值的兩倍，此時(shí)流體流量的當(dāng)前值為Q1。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，多個(gè)標(biāo)記(22)同轉(zhuǎn)軸(1)相聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、4和9所述的方法，其特征在于，不是分別在頻率f1和f2下產(chǎn)生大量相繼的信號(hào)，而是在大于頻率f2的頻率f3下不斷地產(chǎn)生大量相繼的信號(hào)，頻率f3為預(yù)定流體流量值Q3的函數(shù)，這里Q3＜Q1，也為f2的函數(shù)以及標(biāo)記數(shù)的函數(shù)，為了確定相對(duì)于預(yù)定值Q1和Q3的流體流量當(dāng)前值，對(duì)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在采樣頻率f1和f2下同時(shí)地對(duì)輸出信號(hào)的二進(jìn)制碼連續(xù)地進(jìn)行電子處理，以確定相對(duì)于預(yù)定值Q1和Q2，更確切地說(shuō)是相對(duì)于兩個(gè)流量范圍的流量當(dāng)前值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，頻率f3大于標(biāo)記(22)數(shù)和頻率f2的乘積。
13.根據(jù)權(quán)利要求5或11所述的方法，其特征在于，在采樣頻率f1下的二進(jìn)制碼的電子處理過(guò)程中，通過(guò)在采樣頻率f1下在時(shí)間間隔I1/f1內(nèi)進(jìn)行存貯來(lái)選擇一個(gè)二進(jìn)制碼數(shù)I1，在I1個(gè)二進(jìn)制碼被存貯時(shí)，同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行累加，以便以依賴于I1和f1的精度來(lái)確定直到預(yù)定值Q2′的流體流量當(dāng)前值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在對(duì)I1個(gè)二進(jìn)制碼累加之前，對(duì)其中每一個(gè)二進(jìn)制碼都給定一個(gè)加權(quán)系數(shù)，以便提高確定流體流量當(dāng)前值的精度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14所述的方法，其特征在于，I1個(gè)二進(jìn)制碼被存在一具有I1個(gè)位單元的移位寄存器(72)中，并對(duì)每個(gè)中央位單元都給定一個(gè)相同的也是最大的加權(quán)系數(shù)，同時(shí)對(duì)與所存貯的最后一個(gè)和第一個(gè)二進(jìn)制碼相應(yīng)的位單元分別給以遞增的和遞減的加權(quán)系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求5或11所述的方法，其特征在于，在采樣頻率f2下的二進(jìn)制碼的電子處理過(guò)程中，選擇一個(gè)預(yù)定義的輸出信號(hào)二進(jìn)制碼數(shù)I2并識(shí)別在所述I2個(gè)二進(jìn)制碼中且表示轉(zhuǎn)軸位移的檢測(cè)量的二進(jìn)制碼數(shù)，如果所識(shí)別的數(shù)不小于一預(yù)定數(shù)I3，則流體流量當(dāng)前值位于預(yù)定流體流量值Q2′和Q2之間，否則所述當(dāng)前值小于Q2′。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，預(yù)定義的二進(jìn)制碼數(shù)I2依賴于f2、Q1和標(biāo)記(20)數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，共特征在于，數(shù)I3依賴于Q1和標(biāo)記(20)數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在重構(gòu)信號(hào)之前，通過(guò)交替地驅(qū)動(dòng)另一敏感元件(34，38)以及通過(guò)識(shí)別和選擇敏感元件的有序的二進(jìn)制輸出狀態(tài)來(lái)確定轉(zhuǎn)軸(1)的位移是轉(zhuǎn)動(dòng)位移還是振顫位移。
20.根據(jù)權(quán)利要求2或19所述的方法，其特征在于，敏感元件是一光敏元件(32、34、36、38)。
21.一種流量計(jì)，包括一個(gè)用于測(cè)量流體量的測(cè)量單元，其中測(cè)量單元同一個(gè)轉(zhuǎn)軸(1)相連，每次轉(zhuǎn)動(dòng)都表示一定量流體經(jīng)過(guò)所述測(cè)量單元，以及包括用于通過(guò)采用根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一權(quán)利要求所述的方法由轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)監(jiān)控流體流量當(dāng)前值變化的裝置(10)，該流量計(jì)特征在于，所述裝置(10)包括·至少一個(gè)敏感元件(32、36)它面對(duì)同轉(zhuǎn)軸(1)相聯(lián)的至少一個(gè)標(biāo)記(20、22)的軌跡放置，用于根據(jù)所述敏感元件同所述標(biāo)記的相對(duì)位置發(fā)出一個(gè)輸出二進(jìn)制碼；·用于在一采樣頻率下產(chǎn)生相繼的電子信號(hào)以驅(qū)動(dòng)光敏元件的裝置(50、52)，該采樣頻率在所用的預(yù)定的采樣關(guān)系中是可變的，每個(gè)頻率值被定義為至少一個(gè)預(yù)定的流體流量值的函數(shù)；·用于根據(jù)敏感元件(32、36)所發(fā)出的二進(jìn)制輸出狀態(tài)產(chǎn)生輸出信號(hào)的裝置(60、62)，所述輸出信號(hào)表示同轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼時(shí)間序列；以及·二進(jìn)制碼的電子處理裝置(72、74、78)，其用于根據(jù)所述采樣頻率對(duì)所述二進(jìn)制碼進(jìn)行處理，以便在連續(xù)值譜內(nèi)相對(duì)于預(yù)定的流體流量值確定流體流量當(dāng)前值，預(yù)定流量值決定了采樣頻率值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的流量計(jì)，其特征在于，二進(jìn)制碼的電子處理裝置具體包括用于選擇輸出信號(hào)的一個(gè)預(yù)定義的二進(jìn)制碼數(shù)的裝置，該數(shù)對(duì)于不同采樣頻率所取的值來(lái)說(shuō)是不同的。
23.根據(jù)權(quán)利要求21和22所述的流量計(jì)，其特征在于，二進(jìn)制碼的電子處理裝置包括用于在采樣頻率f1下選擇輸出信號(hào)預(yù)定二進(jìn)制碼數(shù)I1的裝置(22)，其中采樣頻率f1為預(yù)定流體流量值Q1的函數(shù)，所述裝置為存貯裝置，和用于累加所存貯的I1個(gè)二進(jìn)制碼的加法裝置(74)一起來(lái)確定一個(gè)連續(xù)流量值譜范圍內(nèi)的流體流量當(dāng)前值，該范圍一直擴(kuò)展到一個(gè)比Q1大且由在f1下所選的值定義的值，所確定的值的精度依賴于I1和f1。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的流量計(jì)，其特征在于，二進(jìn)制碼存貯裝置包括至少一個(gè)移位寄存器(72)，該移位寄存器由I1個(gè)位單元所構(gòu)成，且每個(gè)位單元用于接收在采樣頻率f1下的一個(gè)二進(jìn)制碼。
25.根據(jù)權(quán)利要求23和24所述的流量計(jì)，其特征在于，電子處理裝置還包括應(yīng)用某關(guān)系中給I1個(gè)二進(jìn)制碼加權(quán)的加權(quán)裝置(74)，該關(guān)系就是對(duì)每個(gè)中央位單元采用一個(gè)相同的也是最大的加權(quán)系數(shù)，且對(duì)相應(yīng)于最后一個(gè)和第一個(gè)所存的二進(jìn)制碼的位單元，分別采用遞增的和遞減的加權(quán)系數(shù)，所述加權(quán)關(guān)系用于提高所確定的當(dāng)前流量值的精度。
26.根據(jù)權(quán)利要求21和22以及權(quán)利要求23到25中任何一個(gè)所述的流量計(jì)，其特征在于，二進(jìn)制碼的電子處理裝置(80)包括用于在采樣頻率值f2下來(lái)選擇輸出信號(hào)的預(yù)定的二進(jìn)制碼數(shù)I2的裝置(84)，f2依賴于f1、Q1和第二預(yù)定的流體流量值Q2，這里f1＜f2以及Q1＜Q2，I2依賴于f2、Q1以及標(biāo)記(20)數(shù)，并且還包括用于在所述I2個(gè)二進(jìn)制碼中識(shí)別表示轉(zhuǎn)軸位移檢測(cè)量的二進(jìn)制碼數(shù)的裝置(82)，所述的數(shù)用于確定當(dāng)前流體流量值是在直至大于Q1值的流量范圍內(nèi)還是在從所述值擴(kuò)展到Q2的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的流量計(jì)，其特征在于，敏感元件是一光敏元件(32、36)，且標(biāo)記是可見(jiàn)的標(biāo)記(20、22)。
28.根據(jù)權(quán)利要求21和27所述的流量計(jì)，其特征在于，用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值變化的裝置(10)包括輪(24)，該輪隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，齒(22)數(shù)或可見(jiàn)標(biāo)記數(shù)為D1。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的流量計(jì)，其特征在于，用于監(jiān)控該流量當(dāng)前值變化的裝置(10)包括另一個(gè)輪(26)，該輪隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，齒(22)數(shù)或可見(jiàn)標(biāo)記數(shù)為D2，這里D2＞D1。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的流量計(jì)，其特征在于，用于監(jiān)控流體流量當(dāng)前值的裝置(10)包括裝置(34、38、62)，以確定軸的運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)還是振顫。
31.根據(jù)權(quán)利要求27到30所述的流量計(jì)，其特征在于，用于確定轉(zhuǎn)軸的位移是轉(zhuǎn)動(dòng)位移還是振顫位移的裝置包括每個(gè)輪(24、26)的第二光敏元件(34、38)，該第二光敏元件處于相對(duì)第一光敏元件半個(gè)齒(20、22)寬的角度的位置，該裝置同電子處理裝置(62)一起用于識(shí)別和選擇光敏元件的連續(xù)輸出狀態(tài)。
32.根據(jù)權(quán)利要求28、29和31中任一個(gè)所述的流量計(jì)，其特征在于，每個(gè)光敏元件(32、34、36、38)是由一個(gè)發(fā)射器(32a、34a、36a、38a)和一個(gè)接收器(32b、34b、36b、38b)所構(gòu)成，它們?cè)谳?24、26)的齒(20、22)軌跡兩邊相對(duì)配置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種監(jiān)控通過(guò)流量計(jì)的流體流量當(dāng)前值變化的方法，流量計(jì)包括一測(cè)量單元和與其相連的轉(zhuǎn)軸(1)，當(dāng)一定量流體流過(guò)測(cè)量單元時(shí)，轉(zhuǎn)軸(1)繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，該方法特征是它是在采樣頻率下檢測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移而不是轉(zhuǎn)速，該采樣頻率在一預(yù)定的采樣關(guān)系中是可變的，所述頻率被定義為至少一個(gè)預(yù)定流體流量值的函數(shù)，以及在采樣頻率下對(duì)與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)位移的檢測(cè)量和非檢測(cè)量相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼進(jìn)行電子處理，以便在連續(xù)流量值譜內(nèi)確定相對(duì)于預(yù)定流體流量值的流量當(dāng)前值。
文檔編號(hào)G01F15/00GK1141077SQ9419474
公開(kāi)日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1994年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月7日
發(fā)明者弗朗西斯·普利森, 菲利普·珍妮特, 弗雷德里克·普伊巴瑞特 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格工業(yè)公司