专利名称：液体流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体流量计，它包括能提供直观显示液体流量的，由电池供电的电路。本发明的特点在于可适合按若干测量单位中的任何一种来提供流量示值读数。
一般通用的液体流量计包括封焊在液体流通通道里的转子或涡轮，其中，转子或涡轮的转数提供所通过的液体流量的量度。一些液体流量计采用机械齿轮连结耦合到可旋转部件和耦合到一个或数个可旋转刻度盘上，以提供流量显示。另一种液体流量计则设置用来测定转子或涡轮转速的电路，其中，典型的方法是，把磁铁元件接合到旋转轴上，并在贴近磁铁之处提供一线圈或感应电路，当旋转磁铁引起磁场变化时，感应与传感器连接的电路，并由此产生表示轴旋转的电信号。接着，该电信号被放大，转换成驱动信号，用于激励某些形态的指示仪表。
1981年12月22日颁布的美国专利№4，306，457列举了一种流量计，其中，磁铁固定在旋转的轮子轴上。在这种铁磁电阻性电路里，将磁场传感器放在切实贴近旋转磁铁之处，于是磁场在传感器里感应出电信号，该信号被放大，然后驱动一个适当的逻辑网络，该逻辑网络既可用来为检测到的信号计数，又可用来计算相应的流量显示值，并驱动一个适当的指示器，该指示器显示所述计算出的流量。
1981年6月23日颁发的另一美国专利№4，257，291里，公开了另一种采用磁铁的流量计。该专利公开了固定在旋转轴上的第一磁铁和贴近于第一磁铁，但安装在液体流动腔外面的第二磁铁。第二磁铁的旋转是由第一磁铁的旋转磁场所感应的，并且，第二磁铁产生的旋转磁场由感应传感器检测到，而产生一个表示轴旋转的电信号。接着，该电信号被用来驱动一个指示电路，以提供由该装置测定的流量读出数据。
1985年11月19日颁发的另一美国专利№4，553，433中，列举了再一种采用安装在轴上的磁铁的流体流量计。该专利公开的气体流量计具有附加在旋转轴上的第一磁铁和附加在指示器轴上的第二磁铁，第二磁铁可旋转地与第一磁铁磁耦合，以便当转子轴由于液体流过流量计腔而转动时，形成指示器轴的相应的转动。因此，可以由耦合到流量计转轴的磁力来驱动机械指示器的运转。
本发明包含旋转涡轮或转子型的液体流量计，其中，液体流经流量计时，使由非磁性材料制成的轴产生可旋转的正位移。永久磁铁嵌入轴的一端，而转子端轴可旋转地安装在非磁性材料制成的外壳里。磁动簧片开关配置在外壳外面，接近嵌有永久磁铁的轴端。该轴每旋转一周，引起簧片开关磁感应闭合二次。磁动簧片开关接通由电池供电的逻辑电路，它包括若干计数器和一个电的直观显示器，以便簧片开关的闭合次数转变成流量显示数字。
对可旋转的转子和流量计腔的内部设计加以控制，以便提供预定的容积排量特征。其中，使转子的每一次转动与逻辑电路匹配，以便在轴转动与相应测量单位之间提供一个预定的百分比关系，也就是说，轴每转动一周时流过的液体流量与逻辑电路的测量单位之间相匹配的关系，并适应计数和测量单位进行显示。因此，在直观显示仪表里表示的测量单位只需要改变旋转涡轮或转子的一个线度就可以调整。
本发明的特征在于提供了带有电子数字显示的容积式液体流量计，该流量计许可按若干不同的测量单位中的任一种单位直观读出。
本发明的另一特征在于容积式液体流量计使用了用机械操纵的磁性传感器，以减少外界电干扰的不利影响。
本发明的主要目的是提供容积式液体流量计，由电池供电，并可容易地从一种测量单位转换成另一种。
本发明的上述特征及目的，从下列参照附图的说明和权利要求中将更清楚
图1是本发明的等角视图;
图2是本发明的垂直剖视图;
图3是图2中沿3-3线的剖视图;
图4是图2中沿4-4线的剖视图;
图5A是上部外壳的底视图;
图5B是图5A沿5B-5B线的剖视图;
图6是本发明电路的功能方框图;
图7是本发明控制逻辑的功能方框图。
首先参考图1，在等角视图中示出了液体流量计10。流量计壳盖12可拆卸地装在上部壳体、中间壳体和下部壳体26上，下部壳体26具有一进口14和出口16，它们是可逆的，并适合于与液体流动管道连接。流量计表盘构成上部壳体的一部分，其上有二个压力开关20和21，还有一直观的显示指示器22。压力开关20和21可以通过操作者触摸控制，下文中将更详细地加以说明。
图2表示液体流量计10的垂直剖面图。下部壳体26和中间壳体25最好是由非磁性金属材料构成，例如铝或不锈钢。上部壳体24最好是由塑料材料制成，而上部壳体24的一些部分可制成半透明的，以便操作者能清楚地观察显示器22。
中间壳体25用若干螺栓28密封地固定到下部壳体26上。轴30可旋转地安装在适当的轴承上，轴30的一端保持在中间壳体25上的孔洞里，另一端保持在下部壳体26上的孔洞里。转子32由键33固定在轴30上，转子32是定好尺寸的，以便可旋转地安装在下部壳体26里的凹槽里面。可自由旋转的定子34也安装在下部壳体26的凹槽里，正如下文将更详细加以说明的。
电路板40固定在上部壳体24上，所有涉及本发明的电气部件都包含在电路板40里。簧片开关42通过导线47和48，与电路板40连接，以便能将簧片开关42离开电路板而放置在中间壳体25里的凹槽23内。永久磁铁27嵌入轴30中接近其上端之处，永久磁铁27和簧片开关42之间的间隔加以控制，以便使簧片开关42的开关元件置于永久磁铁27产生的磁场影响之下。永久磁铁27在轴里旋转时，簧片开关42的开关元件在轴30每旋转一圈期间就闭合二次。
图3是图2沿3-3线的剖视图。在下部壳体26上，有一定好尺寸以便接受定子34的圆柱形凹槽。定子34加工成一定尺寸以便可以在圆柱凹槽内自由旋转，使液体流过流量计10时，没有任何值得注意的泄漏通道。定子34对称于中心点36安装，而轴30则相对中心点28安装，稍微偏离中心点36。转子32用键33固定在轴30上，从而围绕中心38旋转。
进入流量计的液体通过进口14，注进腔35的选定部分，使定子34和转子32按箭头41所指方向旋转，而在腔35部分内所收集的液体，最终经出口16排出。在最佳实施例中，旋子32设计成具有四个交点的曲面形结构，因此当轴30每转四分之一圈时，这些交点的任意二个交点之间所规定的液体容积从进口14通往出口16。
这种液体传送的最大容积可以根据图3，特别是参考腔35a容易地计算出来。腔35是如下定义的，即，由二相邻交点之间转子的边界及跨连这些交点的定子34的内表面，以及旋子32和定子34的长度所规定的。上述容积的计算如下首先，腔35a的截面面积可以通过计算构成转子32两交点之间外表面的线段32a，及构成转子32相邻交点之间腔35a的内表面的曲线35b所包围的面积来决定。这种计算得出腔35a的横截面积。接着参考图2，测量构成转子32的长度尺寸的线32b的长度。最后，线32b的长度与上述计算得出的面积，就确定了腔35a的容积。显然，腔35a的容积可以通过增加或减少转子32的长度，和定子34相应长度而改变。因此，流量计10每转一圈所传递的容积可以预先设定，以适应任何一种测量单位的需要，例如品脱、套脱，加仑或升。
图4表示图2沿4-4线的剖视图，该图表示包括密封0型环37的中间壳体25的下部表面。当中间壳体25和下部壳体26安装成一整体时，O型环37在它们之间形成密封。在壳体25的下表面，设置有一对曲形凹槽43和44，以便当流量计10运行时，使得在相应各腔范围内液体压力均等。
图5A表示上部壳体24的底部视图，它包括电路板40，该电路板40是用紧固件39固定到上部壳体24上的。电路板40包含本发明运行所要求安装的电气元件，有电池45和逻辑电路46。如图5B所示，簧片开关42安装诘缏钒 0上，它们之间留有间隙。图5B表示图5A中沿5B-5B线的剖视图。逻辑电路46与显示器22连接，并提供必要的电信号以驱动直观的数字显示器。另一电路与压力开关20和21连接，并沿电路板40的顶部表面安装。
图6表示与本发明有关的电子电路的功能方框图。电池45最好是3.6伏的锂电池，型号为QTC85，由Electrochem制造。电池45提供本发明里所有电路的运行电压。由于本发明的电路能耗非常低，所以，电池45可以在流量计整个使用期里为这些电路提供足够的运行功率。
簧片42连接一个电阻电容电路，以便当簧片开关动作时，提供规定的信号。簧片开关42每一次闭合所产生的信号都耦合到控制逻辑102上，作为一种输入驱动信号;该逻辑电路有一个固定延迟电路，它使簧片开关闭合的触点回弹200微秒。
电路104采用了一块时钟晶体和一些相关元件，与放大器114连接，形成皮尔斯振荡器。来自电路104和放大器114的信号用来控制本发明所有逻辑电路的计时。晶体振荡器频率最好选在30千赫(KHz)左右，以满足电路的运行。
开关20和21是键盘100的一部分。键盘100断定开关闭合并产生与断定开关闭合相符的输出信号。由于有两个开关20和21，所以，键盘是这样设计的，如果开关21被压下和复位，键盘触发输出线“total”。控制逻辑102具有一固定时间延迟电路，在开关20和21中任一开关首次断定被闭合以后，不计这两开关的跳动复位，每一循环25微秒。
控制逻辑电路102接收从振荡放大器114、簧片开关42和键盘100来的输入控制信号，作为这些输入信号的结果，产生所有必要的逻辑控制信号。如果“reset”线由键盘100触发，控制逻辑102发出“reset1”信号给计数器106，从而清除预存储在这个计数器里的数据。如果“tolal”线由键盘100触发，控制逻辑102将选通保持在BCD计数器108中的计数进入LCD驱动电路120。如果“total”线没有被触发，于是控制逻辑102将选通保持在BCD计数器106的计数进入LCD驱动电路120。
控制逻辑102还预定解释关于开关20和21动作的特定数列，以便从控制逻辑102触发特定的输出线。例如，控制逻辑102检测按下“reset”开关的时间长短，如果该时间超过两秒，控制逻辑102触发输出“blink”线。这条线与LCD驱动器112连接，并使信号装置以预定频率闪示on和off。如果“reset”开关至少保持二秒钟，然后，“total”开关压下并复位，控制逻辑102将依次地触发三个信号输出线“GAL”“QTS”和“PTS”中的一个。控制逻辑102设计成能按顺序选择三条输出线的每一条，键按上述顺序压下的每次时间出现增量。三条输出线“GAL”、“QTS”和“PTS”各自连接到LCD驱动电路112，它们依次耦合到数字显示器22。这些线的每一条将触发一预定的信号显示符号，例如，“PTS”、“QTS”或“GAL”。这些显示指示为操作者提供一个直观的显示，以便表明在直观的显示器22上所显示的十进小数涉及品脱、套脱或加仑中任一种测量单位。
显示器22最好是液晶显示装置，例如，用类似于海曼里(Hamlin)制造的Type3938型显示器。本显示器改进为加入信号显示能力的广延。
图7表示控制逻辑102符号方框图。控制逻辑102可根据实际上众所周知的技术，完全由定制的门阵列逻辑电路组成。在制造时，所有的计数器和逻辑电路都设置初始值，计数器置零，把电路置于工作方式。来自键盘100的信号线“reset”和“total”接入键盘输入电路50，该电路采用25微秒延时，滤出开关接点反弹信号。来自簧片开关42的信号定为“inpuls”信号，该信号连接到输入电路51。电路51采用200微秒迟时滤出来自簧片开关42的所有开关接点反弹信号。来自振荡放大器114的信号定为“OSC”信号，该信号连接到定时分配电路53。分配电路53采用一计数器电路分隔振荡器信号，最好供提一个1赫兹(Hz)的输出定时信号和一个64赫兹(Hz)的输出定时信号。所述64Hz的定时信号在图6中标记为“BP”信号。1Hz信号在控制逻辑102里，被用作定时和选通信号。
标志为“inpuls”信号的簧片开关信号连接到三个分配电路128、130和132。分配电路128是一计数器，它允许每隔一个“inpuls”信号通过一个信号;分配电路130也是一计数器，它允许每隔七个“inpuls”信号通过一个信号;分配电路132也是一计数器，它允许每隔799个“inpuls”信号通过一个信号。“inpuls”信号还连接到“与”门134;来自分配电路128的输出连接到“与”门135;来自分配电路130的输出连接到“与”门136。这些“与”门中的每一个被从“方式选择”电路129引出的第二信号线所支配。“方式选择”电路129有三个输出，如上面所述，它们依次可由“total”和“reset”开关触发。如果“PTS”输出信号线被触发，于是“与”门134将允许来自电路51的每一个“inpul”信号选通进入“或”门电路140，以产生标记为“Clock1”的信号。“Clock1”信号用来使BCD计数器106增量，因此，记录每一“inpuls”信号，作为以“品脱”为测量单位的增量部分。
如果来自方式选择电路129的“QTS”信号线被触发，它将导致“与”门135动作，从而允许每隔一个“inpuls”信号选通进入“或”门140，产生“Clock1”信号。由于“Clock1”信号使BCD电路160增量，在这个实例中，该计数器成为记录有关以夸脱为测量单位的增量部分。换句话说，BCD计数器106以“PTS”信号线被触发时计数频率的一半来累计“inpuls”信号。
当来自方式选择电路129的“GAL”信号线被触发时，该信号连接到“与”门136，从而使“与”门136通过来自分配电路130的信号。在这个实例中，来自分配电路130的信号是来自簧片开关42的每隔七个出现一次的“inpuls”信号，因此，每隔七个信号有一个“inpuls”信号被选通到“或”门140，以产生一个“Clock1”信号。在这个实例中，BCD计数器106记录以加仑来表示的测量单位的增量部分。
来自输入电路51的另一信号线也连接到分配电路132，后者每当从簧片开关42接收到799个“inpuls”信号以后，产生一输出信号。这个来自分配电路132的输出被标记为“Clock2”信号，该信号用来使BCD计数器108增量。因此，BCD计数器108存储了代表总的加仑数的计数值。BCD计数器108连续地累积通过流量计的加仑数值，并且，该计数器在整个流量计的使用期间从不进行重新调整。
BCD计数器106中或计数器108中的贮存数通过“total”信号的存在与否被选通到数据选择器逻辑电路110。如果不存在“total”信号，BCD计数器106的存储数被选通到数据选择器逻辑电路110。如存在“total”信号，BCD108计数器的存储数被选通到数字选择器逻辑电路110。在这两种情况下，数字选择器110的输出都被选通到LCD驱动电路120，在那里依次被接通以驱动数字显示器22。数字显示器22被安排成如下形式无论选通哪一个BCD计数器的存储信息，它都能提供其数字显示指示。然而，在不存在“total”信号的情况下，进入LCD驱动器112的信号线“DP”被触发。并接入数字显示器22，那时，在数字显示器22中，出现了小数点表示法。小数点放在最右边的二位十进数字的左面，由此可依照测量单位在数字显示器22里显示流体的容量，而最右边的二位小数则表示测量单位的百分数。如果“total”信号存在，“DP”信号中断，在显示器22上的二位小数指示取消。在这种情况下，数字显示器22用加仑单位显示，不用小数位置控制器。
再参考图7，无论什么时候将“reset”键开关压下至少2秒钟，则″2秒延迟电路138触发。电路138触发一输出信号给“与”门139。“与”门139还有来自“reset”信号线的第二输入，并有来自定时分配电路53是第三输入。来自定时分配电路53的第三输入是具有1Hz重复率的信号，并且，所有三个输入进入“与”门139，产生一标志为“blink”信号的输出信号。该“blink”输出信号接到LCD驱动电路112上，使驱动电路以1Hz频率激励和去激励。这引起数字显示器22的信号器以同样的频率闪烁，正如已在前文中说明过的。
在运行中，操作者必须首先选择数字显示器22里应予显示测量单位，这项工作可以通过按下“reset”开关，并至少保持2秒钟，然后，依次按下和释放“total”开关，使符号“PTS”QAL”依次显示。当数字显示器指明适合的测量单位时，放松“reset”开关。接着，BCD计数器106清除以前保留在里面的任何数据，仪器准备开始计算来自簧片开关42的信号。只要簧片开关由通过装置的流动液体触发，BCD计数器106累加用所选测量单位表示的计数，而BCD计数器108则将累加以加仑为单位的计数。当来自簧片开关42的信号间断以后，如果“reset”开关在任何一次按下时间超过1秒钟时，则BCD计数器106的数值将被清除，但BCD计数器108的数字仍将保留不动。BCD计数器106里的计数值可依次再起动，而BCD计数器108的存数则将连续地累加成总数。因此，BCD计数器108起加法计数器的作用，用于累计通过流量计的全部液体流量，而BCD计数器106则可用来测量流过流量计的间断流量。
很明显，本发明易于转换成以其它测量单位提供流体的测量值并显示出来，例如，用升表示。为了实现这种改变，必要的措施只是改变转子32的线性长度尺寸32b，和相应地改变定子34的线性长度尺寸，以提供适合要求的有关测量单位的流量增量。唯一要求的其它改变是选择相应于分配器128，130和132的适当的分配电路，以提供与选择的测量单位相当的计数值。当然，显示器22的信号显示也应加以选择，使其与选择的测量单位一致。
本发明在未离开其精神和主要特征性的情况下还可以其它特定的形式予以实施，因此，希望把现有的实施例在各方面都看做是作为说明性的而不是限制性的。本发明的范围应参照所附的权利要求书，而不是前面的说明。
权利要求
1.一种具有装在轴上的、将液体流量转换成轴转速的、有正位移旋转部件的液体流量计，其特征在于包括a)用来容纳所述旋转部件的非磁性外壳，它包括所述轴的接近相应二端上的用于使该轴可保持在所述壳体上旋转的第一和第二轴承，所述轴是由非磁性材料制成的，b)完全嵌装在所述轴的接近其端点处的永久磁铁，c)磁动簧片开关，它安装在上述壳体外面，并紧靠着嵌装在永久磁铁的所述轴端，d)第一电路装置，它用来将所述簧片开关的动作转换成液体流量的电数字表示，e)第二电路装置，它连接到所述第一电路装置用来计算和累积所述数字表示，f)用来显示所述数字表示的装置。
2.权利要求1的液体流量计，其特征在于所述第一电路装置至少还包括一个分配电路，该电路用来接收簧片开关动作的信号，并产生表示所述接收到的信号的至少一个倍数的输出信号。
3.权利要求2的液体流量计，其特征在于所述第二电路装置另外包括一个用来计算和累加上述第一电路输出信号的第一计数器，由此累积代表第一种测量单位的计数，和一个用来计算和累加所述第一电路输出信号的第二计数器，由此累积代表第二种测量单位的计数。
4.权利要求3的液体流量计，其特征在于它另外包括与所述第一计数器以及所述显示装置连接的第一操作员启动开关，以便显示第一计数器计数。
5.权利要求4的液体流量计，其特征在于另外包括连接到所述第一计数器的第二操作员启动开关，以便清除第一计数器计数。
6.权利要求2的液体流量计，其特征在于所述至少一个分配电路另外包括其输出与上述第一计数器连接的第一分配电路和其输出与所述第二计数器连接的第二分配电路。
7.权利要求2的液体流量计，其特征在于所述至少一个分配电路里另外包括用于产生代表所述接收到的信号的第一倍数的输出信号的第一分配电路;和用于产生代表所述接收到的信号的第二倍数的输出信号的第二分配电路，以及与所述第一和第二分配电路连接的选通装置，用来有选择地选通所述各输出信号至所述第一计数器。
8.权利要求7的液体流量计，其特征在于所述至少一个分配电路另外包括用于产生代表所述接收到的信号的第三倍数的输出信号的第三分配电路，所述第三分配电路输出信号与所述第二计数器连接。
9.一种具有装在轴上的、将液体流量转换成轴转速的、有正位移旋转部件的液体流量计，其特征在于包括a)用来容纳所述旋转部件的非磁性外壳，它包括所述轴的接近相应二端上的用于使该轴可保持在所述的壳体上旋转的第一、第二轴承，所述轴是由非磁性材料制成的，b)完全嵌装在所述轴的接近其端部的永久磁铁，c)安装在所述壳体外面、并紧靠着嵌装有所述永久磁铁的所述轴端的磁动簧片开关，d)用来将所述簧片开关的动作转换成电信号的第一电路装置，e)与上述第一电路装置连接的用来转换、计数和累加上述电信号的第二电路装置，f)用于显示表示所述计数和累加的电信号的数值显示装置，g)附加在所述非磁性第一外壳外面的第二外壳和安装在所述第二外壳上的电路板，所述电路板具有固定于其上的所述的簧片开关，用于转换的所述第一电路装置，所述第二电路装置及所述显示装置，以及h)包含在所述第二外壳上的电池供电装置，所述电池供电装置连接到所述簧片开关，所述第一电路装置，所述第二电路装置及所述显示装置。
10.权利要求9的液体流量计，其特征在于所述第二外壳另外包括与所述显示装置对准的透明窗孔。
11.权利要求10的液体流量计，其特征在于所述第二电路另外包括用来计数和累加所述电信号的第一计数器，以形成代表第一种测量单位的第一计数，及用来计数和累加所述电信号的第二计器，以形成代表第二种测量单位的第二计数。
12.权利要求11的液体流量计，其特征在于它另外包括与所述第一计数器和所述显示装置连接的第一操作员启动开关，显示第一计数器计数。
13.权利要求12的液体流量计，其特征在于所述第一操作员启动开关装在所述第二外壳上。
14.权利要求13的液体流量计，其特征在于另外包括与所述第一计数器连接的第二操作员启动开关，以便清除第一计数器。
15.权利要求14的液体流量计，其特征在于所述第二操作员启动开关装在所述第二外壳上。
16.权利要求15的液体流量计，其特征在于所述第一电路装置另外至少包括一个分配电路，用来接收表示簧片开关动作的信号，并产生表示所述接收到的信号的至少一个倍数的输出信号。
17.权利要求16的液体流量计，其特征在于所述至少一个分配电路另外包括第一分配电路，用来产生代表所述接收到的信号的第一倍数的输出信号，和包括第二分配电路，用来产生代表所述接收到的信号的第二倍数的输出信号，还包括与所述第一和第二分配电路连接的选通装置，用来有选择地选通所述各输出信号至所述第一计数器。
18.权利要求17的液体流量计，其特征在于所述至少一个分配电路另外包括第三分配电路，用来产生代表所述接收到的信号的第三倍数的输出信号，所述第三分配器输出信号耦合到所述第二计数器。
全文摘要
一种对液体流入起反应而驱动旋转构件的容积式液体流量计。该流量计有一固定在旋转构件上的永久磁铁。磁动簧片开关装在液体流量计外壳的外面，靠近永久磁铁之处，电池供电电路累加簧片开关闭合的次数，并用表示液体流动体积的单位来显示该计数。
文档编号C12M1/26GK1038348SQ8810927
公开日1989年12月27日 申请日期1988年12月18日 优先权日1987年12月18日
发明者弗农·夸夫, 丹尼斯·麦考密克, 罗伯特·A·金伯 申请人:格雷科有限公司