專利名稱：液體分配器裝置的脈沖編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖編碼器，用于裝配在液體分配器裝置的表上，發(fā)出表示分配液體的流的信號(hào)。
本發(fā)明具特別優(yōu)勢(shì)的用途是在分配燃料的領(lǐng)域。
在下文中，一般術(shù)語“表”不加區(qū)分地既用于流量表也用于流速表，應(yīng)當(dāng)理解，在前者情況下，表示被分配的液體流的信號(hào)是體積信號(hào)，通過累加這些脈沖能計(jì)算被分配的液體體積，在后者的情況下，表示被分配的液體流的所述信號(hào)是一流速信號(hào)，通過脈沖頻率的積分，可計(jì)算被分配的液體體積。
作為例子，在一燃料分配站中的燃料泵表通常包括一個(gè)泵，它使燃料通過一個(gè)流量表或測(cè)量器由一個(gè)儲(chǔ)罐來到一輸送點(diǎn)，在此例中是一車輛的油箱， 這個(gè)流量表或測(cè)量器的功能一般來說是由于燃料的流動(dòng)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其方式是使得一個(gè)完整的轉(zhuǎn)動(dòng)與通過該表的一已知給定的燃料體積相應(yīng)。
與流量表配套的與所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)耦合的一編碼系統(tǒng)，構(gòu)成適宜于形成一表示已分配出的燃料流量信號(hào)的測(cè)量裝置，一計(jì)算機(jī)由編碼系統(tǒng)接收這體積信號(hào)進(jìn)行累加處理，以便能確定由這燃料泵表分配的燃料體積，和根據(jù)每升燃料的價(jià)錢計(jì)算應(yīng)付的錢數(shù)。
這個(gè)信息然后在相應(yīng)的燃料泵表中包括的顯示器上向顧客顯示。
最普遍應(yīng)用的編碼系統(tǒng)是脈沖編碼器，它可輸出一由一系列脈沖構(gòu)成的電信號(hào)，每個(gè)脈沖與一測(cè)量到的分配的燃料的體積增量相應(yīng)，即1厘升。
原則上，一個(gè)脈中編碼器包括一編碼輪，它與表機(jī)械耦合，被表以一個(gè)與液體流速大體成比例的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動(dòng)。所述編碼輪帶有一系列的分度，如設(shè)在它的外圓周上，比如說，在一個(gè)特別的實(shí)施例中它可僅由角度間隔P的槽構(gòu)成，所述角度間隔P相應(yīng)于所述的測(cè)量體積增量。
當(dāng)編碼輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，一單一的傳感器，如光學(xué)傳感器，設(shè)置的能測(cè)定所述槽的通過，然后形成表示被分配液體的流動(dòng)體積的一個(gè)脈沖信號(hào)。
這個(gè)信號(hào)被送到計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)然后通過將接收的脈沖總數(shù)乘以測(cè)量體積增量，確定分配的液體體積。
然而，已知類型的脈沖編碼有幾個(gè)缺點(diǎn)。
第一，它不能將流量表的旋轉(zhuǎn)方向加以限定。因此當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向顛倒時(shí)不能察覺，比如由于液壓錘，其結(jié)果是，當(dāng)編碼輪的旋轉(zhuǎn)是在反向和沒有液體體積流動(dòng)時(shí)編碼輪繼續(xù)發(fā)出脈沖。因?yàn)檫@些干擾脈沖被計(jì)算機(jī)與其余的脈沖一起計(jì)算在內(nèi)，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)分配的液體的體積過高的計(jì)算結(jié)果。
而且，當(dāng)表在小振幅波動(dòng)時(shí)，可能發(fā)生由傳感器形成的信號(hào)的電平仍保持固定，也就是說，如果傳感器是保持與一個(gè)槽對(duì)齊則在高的電平上，傳感器是保持與一個(gè)在兩個(gè)順序的槽之間的部分對(duì)齊則在低的電平上。但低的電平也可能是由于在傳感器中的故障造成，這樣用這種類型的編碼器便不能分辯小振幅波動(dòng)現(xiàn)象和傳感器不工作的情況。然而，在任何時(shí)間都能測(cè)到傳感器不工作的情況是必須的。
為了克服這些缺點(diǎn)，曾建議對(duì)現(xiàn)有的傳感器添加一個(gè)第二傳感器，第二傳感器與第一傳感器一樣可測(cè)定編碼輪的相同的分度，但與它偏移四分之一的角度間隔，即P/4，P是模數(shù)。在這樣的情況下，可以證明，通過比較由這兩個(gè)傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)，能確定輪的旋轉(zhuǎn)方向，因此消除大振幅波動(dòng)的影響。然而，用這兩個(gè)傳感器仍是不能確定地測(cè)定到一個(gè)傳感器不工作的情況，因?yàn)樵谶@樣的情況下，提供的信號(hào)可能與小振幅波動(dòng)的某些情況得到的信號(hào)相混淆。
為了消除在解釋信號(hào)中的模糊情況，可通過編碼輪穿一個(gè)孔，在孔中裝一個(gè)第三傳感器。在這樣的結(jié)構(gòu)中，能夠可靠地判斷任何傳感器不工作的情況。但是這個(gè)判斷僅在編碼輪旋轉(zhuǎn)完一個(gè)完整轉(zhuǎn)后進(jìn)行，即在被認(rèn)為是過多的延遲之后。
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一脈沖編碼器，用于裝配在液體分配裝置的表上，提供表示被分配的液體流的信號(hào)，所述編碼器包括一編碼輪，由所述表驅(qū)動(dòng)，它的旋轉(zhuǎn)速度基本與所述液體流速成正比，所述輪帶有角度間隔P的一第一分度系列，并被稱為主分度；兩個(gè)主傳感器，可測(cè)定所述主分度，并彼此偏移角度間隔的四分之一，即P/4，P是模數(shù)，以致形成兩個(gè)主脈沖信號(hào)，這兩個(gè)主脈沖信號(hào)同樣偏移四分之一周期；當(dāng)所述傳感器中一個(gè)不工作時(shí)，所述編碼器能迅速的多地測(cè)定出。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)提出的技術(shù)問題的解決方案是
所述編碼輪也帶有一第二系列分度，被稱為次級(jí)分度，它的角度間隔P’等于所述主分度角度間隔P的兩倍，一個(gè)次級(jí)傳感器可測(cè)定所述次級(jí)分度，以輸出一個(gè)次級(jí)脈沖信號(hào)，它的周期是所述主脈沖信號(hào)的周期的兩倍；所述編碼器包括處理器裝置，所述裝置，根據(jù)所述主和次脈沖信號(hào)，可輸出表示被分配的液體流的所述信號(hào)。
因此，如下面詳細(xì)解釋的，本發(fā)明的所述脈沖編碼器能夠在編碼輪旋轉(zhuǎn)通過2P，即次級(jí)分度系列的角度間隔后，測(cè)定到它的傳感器的一個(gè)的不工作情況，因此能更快地測(cè)定到不工作，如與上述具有一附加孔的編碼器比較，快25倍。
在第一實(shí)施例中，所述分度是沿所述編碼輪兩個(gè)同心環(huán)上形成的槽，所述傳感器是光學(xué)傳感器。
在第二實(shí)施例中，所述分度是相對(duì)的磁極對(duì)，這些磁極圍繞所述編碼輪兩同心環(huán)交替設(shè)置，所述傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器。
參照附圖通過以下非限定例的介紹，可更好的理解本發(fā)明所包含的內(nèi)容及其實(shí)施方法。
附圖

圖1a是裝有本發(fā)明的脈沖編碼器的流速表的平面圖；圖1b是圖1a中C-C線的剖面圖；圖2a是具有磁極的編碼輪和配套的霍爾效應(yīng)傳感器的平面圖；圖2b是具有槽的編碼器和配套的光學(xué)傳感器的平面圖；圖3a，3b，3c是由圖2a的編碼器的傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)的時(shí)序圖；圖4a是圖2b的編碼器的傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)的時(shí)序圖；圖4b是圖4a主脈沖信號(hào)在脈沖整形后的時(shí)序圖；圖5是處理圖3a脈沖信號(hào)裝置的框圖。
圖1a和1b是例如一流量計(jì)的表10的平面圖和剖面圖。其屬于一種分配液體，如燃料的裝置，并具有發(fā)出表示分配的液體流量的信號(hào)的功能。一未示出的已知類型的計(jì)算機(jī)接收這個(gè)信號(hào)，并以適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)它進(jìn)行處理，根據(jù)實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精確度和可靠性，確定分配的總液體流量。
圖1a和1b的流量表10是由一個(gè)部件，如一很常規(guī)的四活塞裝置構(gòu)成。此裝置可使軸11以一個(gè)角速度旋轉(zhuǎn)，這個(gè)角速度基本與通過該分配器裝置的液體流速成正比。
作為一個(gè)例子，表10是這樣制成的，軸11的360度的一個(gè)完整轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)于分配0.5升體積的液體。
流量表10的軸11耦接到一齒輪箱的第一齒輪110，齒輪箱驅(qū)動(dòng)一第二齒輪120，傳動(dòng)比為2.5∶1。與第二齒輪120的傳動(dòng)比為1∶1的第三齒輪130裝有編碼輪12，它的角速度是這樣，一個(gè)360度的轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)與0.2升體積的液體。
例如，為得到等于1厘升的分配液體的體積的測(cè)量的增量，編碼輪12帶有20個(gè)分度di(i＝1，...，20)，這些分度被稱為“主”分度，以360度/20＝18度為一周期。
在圖2a的實(shí)施例中，所述的主分度di是由20對(duì)相反的N和S磁極構(gòu)成，它們交替位于輪12的外環(huán)上。因此N或S磁極的角度寬度為9弧度。
編碼輪12可由填有磁粉如Flexam P的模制的聚酰胺PA6/6材料制成。磁極是在模制時(shí)用已知的，特別是在電機(jī)業(yè)中用的技術(shù)磁化。
在圖1b可見到，被稱為“主傳感器”的霍爾效應(yīng)型的兩個(gè)傳感器Ca和Cb，與一固定的托架13上的主分度di的外環(huán)對(duì)準(zhǔn)設(shè)置。如圖2a所示，在此例中，傳感器Ca和Cb以角度間隔的四分之一，即P/4＝4.5度偏移。因此，當(dāng)編碼輪12旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器Ca和Cb能測(cè)定由一個(gè)極性到另一極性的轉(zhuǎn)變，并提供相應(yīng)的脈沖信號(hào)Sa和Sb，在圖3a中可見，這些脈沖信號(hào)偏移四分之一周期。
自然地主傳感器Ca和Cb由它們?cè)趫D2a即刻順序的位置開始，彼此能相對(duì)偏移角度間隔P的整數(shù)倍。
圖3a示出在本發(fā)明的脈沖編碼器的正常工作中，分別由傳感器Ca和Cb發(fā)出的信號(hào)Sa和Sb。
圖3b示出在流量表10的軸11大振幅波動(dòng)編碼輪12的旋轉(zhuǎn)方向顛倒時(shí)，這些信號(hào)是如何改變的。由圖3b清楚可見，在瞬間t0運(yùn)動(dòng)方向顛倒，引起信號(hào)Sa和Sb的相位顛倒，或一個(gè)周期的相移。特別能看到，例如在方向顛倒前當(dāng)信號(hào)Sa是高的時(shí)信號(hào)Sb中出現(xiàn)的升高的邊，在顛倒后，當(dāng)信號(hào)Sb是低的時(shí)出現(xiàn)。因此，如下面詳盡說明的，僅比較信號(hào)Sa和Sb，就能測(cè)定流量表旋轉(zhuǎn)方向的顛倒，并在產(chǎn)生最終發(fā)到計(jì)算機(jī)的對(duì)分配的液體的體積進(jìn)行測(cè)量的信號(hào)時(shí)考慮到這點(diǎn)。
圖3c示出在瞬間t1開始的小的振幅波動(dòng)時(shí)由傳感器Ca和Cb發(fā)出的主信號(hào)Sa和Sb?？梢砸姷叫盘?hào)Sa保持代表編碼輪12通常旋轉(zhuǎn)的信號(hào)的一般形態(tài)，而信號(hào)Sb仍在一固定的電平，在這例子中是低的，因?yàn)椴▌?dòng)的振幅太小不能產(chǎn)生N-S的轉(zhuǎn)變。
相似地，圖3d示出當(dāng)主傳感器Sb在瞬間t1不工作時(shí)的同一信號(hào)Sa，Sb。自然地信號(hào)Sa與圖3a相比保持不變，而信號(hào)Sb保持在一固定電平，在此例中是低的。
因此，由這些例子可清楚地見到在低的振幅波動(dòng)和一個(gè)傳感器停止工作的情況之間很難分辯。
為了解決這個(gè)困難，如圖2a所示，本發(fā)明的脈沖編碼器的編碼輪12，以角度間隔P’，裝有一被稱為次級(jí)分度的第二系列分度d’i，角度間隔P’是雙倍的P，等于主分度di的兩倍，即2P或36度。與主分度di同樣，次級(jí)分度d’也是由成對(duì)的N和S磁極形成的，它們交替地設(shè)置在編碼輪12的內(nèi)同心環(huán)上。因此在示出的本實(shí)施例中，有10對(duì)磁極，次級(jí)分度di的角寬度是36度，它的一個(gè)極是18度。
一個(gè)同樣是霍耳效應(yīng)的次級(jí)傳感器Cc，設(shè)置對(duì)準(zhǔn)次級(jí)分度內(nèi)環(huán)，發(fā)出圖3a所示的次級(jí)脈沖信號(hào)Sc，它的周期是主脈沖信號(hào)Sa和Sb的周期的兩倍。
從圖3c和圖3d可理解，對(duì)次級(jí)信號(hào)Sc的狀況的監(jiān)測(cè)可確定一主傳感器，特別是傳感器Cb的固定電平，在本例中是低，是由于編碼輪的小波動(dòng)，還是由于所述的主傳感器的停止工作所致。低的振幅波動(dòng)會(huì)引起次級(jí)信號(hào)Sc的一固定的電平，例如高，而主傳感器停止工作不會(huì)對(duì)正常繼續(xù)運(yùn)行的次級(jí)傳感器的狀態(tài)有影響。
因此在次級(jí)分度，即在本例中36度的一個(gè)周期P’的端上，可相當(dāng)可靠地判斷主傳感器的狀態(tài)。
可以看出這樣構(gòu)成的編碼系統(tǒng)也可能測(cè)定傳感器Cc不在工作，或?qū)嶋H上能測(cè)定這三個(gè)中任何兩個(gè)不工作。
圖2b示出本發(fā)明脈沖編碼器的編碼輪的另一實(shí)施例。
在此實(shí)施例中，編碼輪12’第一具有由槽fj限定的間距p的主分度di，槽f是圍繞輪12’的外環(huán)形成，第二具有次級(jí)分度d’j，它的間距p’＝2p是由槽f限定，槽f圍繞一內(nèi)環(huán)形成，它與具有所述主分度的外環(huán)同心。
兩個(gè)主光學(xué)傳感器C’a和C’b與主分度di對(duì)準(zhǔn)，它們相互偏離四分之一的周期，即p/4，p為模數(shù)。應(yīng)當(dāng)看到傳感器C’a和C’b是在徑向中延長(zhǎng)的矩形，此形狀是通過將所述的傳感器設(shè)置在被稱為“相”槽的固定的槽的后面獲得的。
以相似的方式，與次級(jí)分度d’對(duì)準(zhǔn)設(shè)置與主傳感器類似的一次級(jí)傳感器C’c，它不必與主傳感器有任何特殊的相位關(guān)系。
應(yīng)看到主槽fj是梯形的，這具有這樣的效果，如圖4a所示，即當(dāng)編碼輪12’旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的主信號(hào)S’a和S’b的形狀同樣是梯形的。次級(jí)信號(hào)S’c是同樣的情況。
具有梯形信號(hào)S’a和S’b的優(yōu)點(diǎn)如下。
在主傳感器C’a和C’b的輸出上，主信號(hào)S’a和S’b是通過在脈沖的上升沿高于門限值H處觸發(fā)一個(gè)電子觸發(fā)器，并在下降沿一低的門限值B處回零形成的。這引起如圖4b所示的矩形脈沖信號(hào)S”a和S”b。
可以理解，在這樣的情況下，編碼器將不會(huì)覺察小的機(jī)械振動(dòng)，如在高觸發(fā)點(diǎn)H附近，因?yàn)橹餍盘?hào)S”a和S”b的電平在整形后保持固定，在此例中是高，沒有可能向低電平的任何返回，因?yàn)檫@樣的返回要求通過低觸發(fā)點(diǎn)B。
下面作為例子，參照?qǐng)D5說明圖3a的脈沖信號(hào)Sa，Sb和Sc的處理過程。
如圖所示，來自編碼輪12的傳感器Ca，Cb和Cc的三個(gè)信號(hào)Sa，Sb和Sc先在一時(shí)鐘21的控制下通過一個(gè)電子雙穩(wěn)器20同步。
然后，同步的信號(hào)Sa、Sb依次加到一測(cè)定表的旋轉(zhuǎn)方向的測(cè)定器30上，和測(cè)定振動(dòng)的測(cè)定器40上，目的是由所述脈沖中除去由于旋轉(zhuǎn)方向顛倒或振動(dòng)造成的任何寄生脈沖。產(chǎn)生的信號(hào)S*a，S*b是同一的，但偏差四分之一的周期，在理論上它們現(xiàn)在只含有表示分配的液體的流量的脈沖。
信號(hào)S*a，S*b和次級(jí)信號(hào)Sc由一誤差測(cè)定器組件50處理，測(cè)定出這三個(gè)傳感器之中的一個(gè)或兩個(gè)是否不在工作。如果測(cè)定出沒有不工作的，組件50輸出兩個(gè)信號(hào)S1，S2，它們是整形為適合于傳送到所述計(jì)算機(jī)并適合被該計(jì)算機(jī)讀出的信號(hào)S*a，S*b。
信號(hào)S1，S2通常在一高電平上，帶有不同時(shí)在兩個(gè)通道上的低電平表示的脈沖。
如果誤差測(cè)定器組件50測(cè)到一個(gè)傳感器停止工作，那么信號(hào)S1，S2就被轉(zhuǎn)變成低電平，以便由計(jì)算機(jī)考慮，從而停止分配。
在圖5中可看到該誤差測(cè)定器組件50也監(jiān)控向處理系統(tǒng)供電的電源。如果電源不存在，信號(hào)S1，S2被轉(zhuǎn)變成低電平，因此與傳感器不工作時(shí)的結(jié)果一樣。
最后，必須提及在誤差測(cè)定器組件50的輸出上有一個(gè)電平監(jiān)測(cè)器60，它的功能是，通過其與信號(hào)S*a，S*b的相互關(guān)系，測(cè)定在向計(jì)算機(jī)傳送信號(hào)的線路上的短路的存在，這樣的短路會(huì)由于電路故障或欺騙行為造成。
權(quán)利要求
1.一種裝在液體分配器裝置的表(10)中的脈沖編碼器，用于輸出一個(gè)表示分配的液體流量的信號(hào)，所述編碼器包括一編碼輪(12；12’)，由所述表(10)驅(qū)動(dòng)，它的旋轉(zhuǎn)速度基本與所述液體的流速成正比，所述輪(12；12’)帶有角度間隔P的一第一分度系列(di；dj)，并被稱為“主”分度；兩個(gè)主傳感器(Ca，Cb；C’a，C’b)，可測(cè)定所述主分度(di；dj)，并彼此角偏移角度間隔的四分之一，即P/4，P是模數(shù)，以便形成兩個(gè)主脈沖信號(hào)(Sa，Sb；S’a，S’b)，這兩個(gè)主脈沖信號(hào)同樣偏移四分之一周期；其特征在于，所述編碼輪(12；12’)還帶有一第二系列分度(d’i；d’j)，被稱為“次級(jí)”分度，它的角度間隔P’等于所述主分度(di；dj)的角度間隔P的兩倍，一個(gè)次級(jí)傳感器(Cc；C’c)可測(cè)定所述次級(jí)分度(d’i；d’j)，以便輸出一個(gè)次級(jí)脈沖信號(hào)(Sc；S’c)，它的周期是所述主脈沖信號(hào)(Sa，Sb；S’a，S’b)的周期的兩倍；以及所述編碼器包括處理器裝置，其根據(jù)所述主和次脈沖信號(hào)，輸出表示被分配的液體流的所述信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，所述分度(di，d’i；di，d’j)是沿所述編碼輪(12’)的兩個(gè)同心圓上形成的槽(fj，f’j)，所述傳感器(C’a，C’b，C’c)是光學(xué)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，所述主分度是梯形槽(fi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，所述分度(di；d’i)是相對(duì)的磁極(N，S)，所述傳感器(Ca，Cb，Cc)是霍爾效應(yīng)傳感器。
全文摘要
一種裝在液體分配裝置的表(10)中的脈沖編碼器,用于輸出一個(gè)表示分配的液體流的信號(hào),所述編碼器包括:一編碼輪(12;12’),由所述表(10)驅(qū)動(dòng),其旋轉(zhuǎn)速度基本與所述液體流速成正比,所述輪(12;12’)帶有角度間隔P的一第一分度系列(d
文檔編號(hào)G01D5/244GK1188540SQ96194928
公開日1998年7月22日 申請(qǐng)日期1996年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月4日
發(fā)明者讓－皮埃爾·尼特基 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格工業(yè)公司