专利名称：机电一体化计数器的电子数值变换方法
技术领域：
本发明涉及一种应用机械、电力、电子计数器的计数系统，具体是一种识别机械转轮式计数器的方法及数据变换、数据的机电存储及显示方法。
背景技术：
机械转轮式计数器广泛应用于水表、电表、燃气表及其它累计式计量仪表上，由于本人的发明专利“机械转轮式计数器的电子数字化读取方法”(专利号ZL00105255.1、美国专利号US6,712,263B2)的具体应用，近年来已形成一种新产品(包括大量的盗版产品)即所谓的代码式直读表已大量地应用于水、电、燃气领域，并已开始取代脉冲表成为新一代远传通讯表。
机械转轮式计数器在计量领域有着非常广泛的应用，但也存在一些缺点1.受机加工精度的影响及计量仪表尺寸的限制，其位数不可能太多，一般而言，到8位便已接近极限。这影响了其在计量大数额计量仪表(如大管道流量计)上的应用。
2.受摩擦力的影响，对小信号事件的计量(如水表的小流量，电表的小电流)误差偏大。这对于象水利部门中低流速、大截面积的流量计量中的误差影响尤其大。
3.在低转速时(对应的是小信号事件)和高转速时(对应的是高速流体，如水流，气流或大电流时)由于摩擦力的作用产生的非线性误差限制了仪表的量程及其可信度。
4.由于机械转轮式计数器是严格的机械计量，对于不同规格，不同品种的仪表在接入计数器时均必须设计有不同传动比的齿轮系，以保证计量的准确性。这样，在制作一个系列的仪表，需要诸多不同的齿轮系，所必须制作的模具和加工量大幅度增加，这既增加了投入和成本，也延长了开发周期。
5.在现实应用中，一些大型管道的流体计量，由于其尺寸的非标准性，不可能预先有相符合传动比的机械计量仪表。从而使得机械计数器原型的计量仪表无法在该领域得以应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种电子数值的变换方法，并用这种数字变换简化机械传动机构，将对仪表的校准方式变成电子校准方式，提高精度，拓展量程，使机械转轮式计数器有着更广泛、更便利、更经济的应用。
本发明所采取的技术方案是首先是在本人的发明专利“机械转轮式计数器的电子数字化读取方法”(专利号ZL00105255.1、美国专利号US6,712,263B2)的基础上延伸和拓展。
以机械转轮式计算器的电子数字读取方法所构成的计数器作为累计式计量仪表的机械式数据存储器，存储计量的中间结果，经电子数据变换后才能得到最终正确结果。
存储的数据仅为中间结果，须要经过映射变换Y＝f(X)才能得到最终结果，其中X为存储器读出数，Y为最终结果，其最直接的应用是线性变换Y＝kX，其中k是根据每一个具体的仪表的用途、量程、制作工艺所决定的，经实际测试比对确定的系数；计量过程的数据存储不用电，仅在读出时用电。
数据采用机电混合存储方式，即计量的中间结果的若干位由转轮式计数器存储，若干位由电子方法存储，由两者按一定规律组合而成完整的计量值；也即低位数(计量过程中经常变动)的用机械式存储，高位数(很少变动的)用电子存储。
利用电子数值k取代齿轮系制作系列产品不需因量程或使用范围的不同而作机械上的尤其是传动比上的变化，而只须改动k值加以实现。
利用局部量程推定k值，达到提高计量精度，拓广相对量程，即对每一个具体的计量仪表，仅对其具体的所必须的量程范围进行k值推定，推定的方法可用最小二乘法或其它数学模型，经人工确定后，通过仪表的数据接口写入仪表内，供仪表在计算最终结果时使用。
根据本发明制作的仪表有下述特点
1.制造工艺简单化，不同规格的仪表，不再需要不同的齿轮组合，而只需一个标准齿轮系便足够了，不同规格的仪表，只需改变一个k值便能准确地实现计量。
2.仪表校准不需使用机械手段，如更换齿轮或变动某一影响计量的部件的物理位置等手段进行。而仅仅是改动k值便可，这无论在生产线上或是在现场比对调试中都提供了很大的便利。
3.仍保留了不需要带电计量这一最大优点，在这一点上远优于像超声波流量计，电磁流量计这一类的依靠电能进行计量的仪表。
4.同一个仪表，根据其具体应用场合的需要，仅对可能出现的计量范围的k值进行最佳推定，使计量误差变得最小。例如将流量计安装在水泵管上进行取水计量时只需对流速较高的流量点进行k值推定。而无需考虑低流速点的误差，反之在自流式管道中则只需对低流速点进行k值推定。使用这种方法可望使这类仪表的计量精度在具体的计量范围中获得较大幅度的提高。
5.采用机械电子混合存储累计数字的方式，使得大数额累计数字得到永久性可靠地保存。
图1为机电混合存储累计数字的逻辑原理图。
具体实施例方式
本发明的实现方法是按下列构思进行的1.一个系列的仪表，只需设定一个固定的齿轮传动系与计数器联动，计数器的计量数字并非作为计量的最终结果。
2.利用本人的专利ZL00105255.1中的方法将计数器中累计数读出。设为X则，最终计量结果为Y符合Y＝f(X)才能得到最终结果。其中X为计数器读出数，Y为最终结果，Y作为X的函数。其最直接的应用是线性变换Y＝kX。其中k值称为映射系数。其作用在于将计数器的累计结果转换成最终计量结果。最终计量结果Y值通过电子方式(如数码管或液晶片)加以显示。
k值的推定，可通过校准比对并利用最小二乘法等数学手段获得最优化推定。
Y值的计算，可利用用于识别计数器读数的同一单片机进行(当然也可以用专用单片机进行)而k值的缺省值为1.要修改k值，可通过该仪表的通讯接口由外部电脑发指令直接写入仪表的电子存储器如E2PROM中进行永久性保存，供随时调用。
3.采用机械电子混合存储累计数字的方式机械计数器以及其电子读出装置(即专利ZL00105255.1中的结构)形成了一个机械式存储器，这个存储器的特点在于在数字存储过程中(即在计量过程中)不需要用电，仅由被计量介质如水流，气流当然也包括电流的流动带动计数器的转动便自然完成。
仅在将计数器读出时才需用电。当机械计数器满格后(以4位计数器为例走到9999后)便周期性地回到0000，这需将前后两次读出数字进行比较便可判断出是否产生数据溢出。例如，一次读出数为Y，经若干时间后，读出数为X。若满足Y＞＞X。则最新读数应为10000+X。所溢出的高位数1应在电子存储器中指定专门地址进行存储。就一般性而言，若计数器位数为N位，电子存储的高位数为M(初始值M＝0)当从机械计数器读出为X时，则整个机电存储器的读数X＝M*10N+X。
若Y是上次的读数，且满足Y＞＞X 则可判定为机械计数器已溢出。M需进位。整个逻辑过程见附图1。
例用最小二乘法推定k值道具待推定k值MD流量计一台，参照用便携式超声波流量计一台。
MD流量计已安装在待测管道上，k值缺省值为1依次对n个不同流量点a1......an进行实际测试比对，两台流量计分别得出的记录为x1......xn和x11......xn1设y＝kx 满足α2=Σi=1n(yi-xi1)2=Σi=1n(kxi-xi1)2]]>α2最小对k求导
da2dk=2Σi=1n(dxi-xi1)=0]]>得k=Σxi1Σxi]]>由此法推定的k值可保MD流量计的计量性能与参照流量计有最佳拟合。只要参照系流量计足够准，MD流量计通过k值的改变得到最佳的逼近，并通过α2的计算，可得出该流量计的离散性的评估。
权利要求
1.一种机电一体化计数器的电子数值变换方法，以机械转轮式计算器的电子数字读取方法所构成的计数器作为累计式计量仪表的机械式数据存储器，其特征是a、存储计量的数据仅为中间结果，须要经过电子数据变换后即映射变换Y＝f(X)才能得到最终结果，其中X为存储器读出数，Y为最终结果，其最直接的应用是线性变换Y＝kX，其中k是根据每一个具体的仪表的用途、量程、制作工艺所决定的，经实际测试比对确定的系数；b、计量过程的数据存储不用电，仅在读出时用电。
2.根据权利要求1所述的机电一体化计数器的电子数值变换方法，其特征是数据采用机电混合存储方式，即计量的中间结果的若干位由转轮式计数器存储，若干位由电子方法存储，由两者按一定规律组合而成完整的计量值；也即低位数用机械式存储，高位数用电子存储。
3.根据权利要求1所述的机电一体化计数器的电子数值变换方法，其特征是利用电子数值k取代齿轮系制作系列产品不需因量程或使用范围的不同而作机械上的尤其是传动比上的变化，而只须改动k值加以实现。
4.根据权利要求1所述的机电一体化计数器的电子数值变换方法，其特征是利用局部量程推定k值，达到提高计量精度，拓广相对量程，即对每一个具体的计量仪表，仅对其具体的所必须的量程范围进行k值推定，推定的方法可用最小二乘法或其它数学模型，经人工确定后，通过仪表的数据接口写入仪表内，供仪表在计算最终结果时使用。
全文摘要
本发明公开了一种机电一体化计数器的电子数值变换方法，首先是在“机械转轮式计数器的电子数字化读取方法”的基础上延伸和拓展。以机械转轮式计算器的电子数字读取方法所构成的计数器作为累计式计量仪表的机械式数据存储器，存储计量的中间结果，再进行Y＝f(X)的变换，特别是Y＝kX的线性变换，经电子数据变换后才能得到最终正确结果。用这样一种数字变换简化机械传动机构，将对仪表的机械校准方式变成电子校准方式，并能达到简化加工工艺，提高计量精度，相对拓展量程的效果。
文档编号G06M1/00GK101013478SQ20071005141
公开日2007年8月8日 申请日期2007年1月25日 优先权日2007年1月25日
发明者孙小唐 申请人:孙小唐