專利名稱：機(jī)電一體化計數(shù)器的電子數(shù)值變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用機(jī)械、電力、電子計數(shù)器的計數(shù)系統(tǒng)，具體是一種識別機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器的方法及數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)的機(jī)電存儲及顯示方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器廣泛應(yīng)用于水表、電表、燃?xì)獗砑捌渌塾嬍接嬃績x表上，由于本人的發(fā)明專利“機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器的電子數(shù)字化讀取方法”(專利號ZL00105255.1、美國專利號US6,712,263B2)的具體應(yīng)用，近年來已形成一種新產(chǎn)品(包括大量的盜版產(chǎn)品)即所謂的代碼式直讀表已大量地應(yīng)用于水、電、燃?xì)忸I(lǐng)域，并已開始取代脈沖表成為新一代遠(yuǎn)傳通訊表。
機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器在計量領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，但也存在一些缺點1.受機(jī)加工精度的影響及計量儀表尺寸的限制，其位數(shù)不可能太多，一般而言，到8位便已接近極限。這影響了其在計量大數(shù)額計量儀表(如大管道流量計)上的應(yīng)用。
2.受摩擦力的影響，對小信號事件的計量(如水表的小流量，電表的小電流)誤差偏大。這對于象水利部門中低流速、大截面積的流量計量中的誤差影響尤其大。
3.在低轉(zhuǎn)速時(對應(yīng)的是小信號事件)和高轉(zhuǎn)速時(對應(yīng)的是高速流體，如水流，氣流或大電流時)由于摩擦力的作用產(chǎn)生的非線性誤差限制了儀表的量程及其可信度。
4.由于機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器是嚴(yán)格的機(jī)械計量，對于不同規(guī)格，不同品種的儀表在接入計數(shù)器時均必須設(shè)計有不同傳動比的齒輪系，以保證計量的準(zhǔn)確性。這樣，在制作一個系列的儀表，需要諸多不同的齒輪系，所必須制作的模具和加工量大幅度增加，這既增加了投入和成本，也延長了開發(fā)周期。
5.在現(xiàn)實應(yīng)用中，一些大型管道的流體計量，由于其尺寸的非標(biāo)準(zhǔn)性，不可能預(yù)先有相符合傳動比的機(jī)械計量儀表。從而使得機(jī)械計數(shù)器原型的計量儀表無法在該領(lǐng)域得以應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點，提供一種電子數(shù)值的變換方法，并用這種數(shù)字變換簡化機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，將對儀表的校準(zhǔn)方式變成電子校準(zhǔn)方式，提高精度，拓展量程，使機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器有著更廣泛、更便利、更經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是首先是在本人的發(fā)明專利“機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器的電子數(shù)字化讀取方法”(專利號ZL00105255.1、美國專利號US6,712,263B2)的基礎(chǔ)上延伸和拓展。
以機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計算器的電子數(shù)字讀取方法所構(gòu)成的計數(shù)器作為累計式計量儀表的機(jī)械式數(shù)據(jù)存儲器，存儲計量的中間結(jié)果，經(jīng)電子數(shù)據(jù)變換后才能得到最終正確結(jié)果。
存儲的數(shù)據(jù)僅為中間結(jié)果，須要經(jīng)過映射變換Y＝f(X)才能得到最終結(jié)果，其中X為存儲器讀出數(shù)，Y為最終結(jié)果，其最直接的應(yīng)用是線性變換Y＝kX，其中k是根據(jù)每一個具體的儀表的用途、量程、制作工藝所決定的，經(jīng)實際測試比對確定的系數(shù)；計量過程的數(shù)據(jù)存儲不用電，僅在讀出時用電。
數(shù)據(jù)采用機(jī)電混合存儲方式，即計量的中間結(jié)果的若干位由轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器存儲，若干位由電子方法存儲，由兩者按一定規(guī)律組合而成完整的計量值；也即低位數(shù)(計量過程中經(jīng)常變動)的用機(jī)械式存儲，高位數(shù)(很少變動的)用電子存儲。
利用電子數(shù)值k取代齒輪系制作系列產(chǎn)品不需因量程或使用范圍的不同而作機(jī)械上的尤其是傳動比上的變化，而只須改動k值加以實現(xiàn)。
利用局部量程推定k值，達(dá)到提高計量精度，拓廣相對量程，即對每一個具體的計量儀表，僅對其具體的所必須的量程范圍進(jìn)行k值推定，推定的方法可用最小二乘法或其它數(shù)學(xué)模型，經(jīng)人工確定后，通過儀表的數(shù)據(jù)接口寫入儀表內(nèi)，供儀表在計算最終結(jié)果時使用。
根據(jù)本發(fā)明制作的儀表有下述特點
1.制造工藝簡單化，不同規(guī)格的儀表，不再需要不同的齒輪組合，而只需一個標(biāo)準(zhǔn)齒輪系便足夠了，不同規(guī)格的儀表，只需改變一個k值便能準(zhǔn)確地實現(xiàn)計量。
2.儀表校準(zhǔn)不需使用機(jī)械手段，如更換齒輪或變動某一影響計量的部件的物理位置等手段進(jìn)行。而僅僅是改動k值便可，這無論在生產(chǎn)線上或是在現(xiàn)場比對調(diào)試中都提供了很大的便利。
3.仍保留了不需要帶電計量這一最大優(yōu)點，在這一點上遠(yuǎn)優(yōu)于像超聲波流量計，電磁流量計這一類的依靠電能進(jìn)行計量的儀表。
4.同一個儀表，根據(jù)其具體應(yīng)用場合的需要，僅對可能出現(xiàn)的計量范圍的k值進(jìn)行最佳推定，使計量誤差變得最小。例如將流量計安裝在水泵管上進(jìn)行取水計量時只需對流速較高的流量點進(jìn)行k值推定。而無需考慮低流速點的誤差，反之在自流式管道中則只需對低流速點進(jìn)行k值推定。使用這種方法可望使這類儀表的計量精度在具體的計量范圍中獲得較大幅度的提高。
5.采用機(jī)械電子混合存儲累計數(shù)字的方式，使得大數(shù)額累計數(shù)字得到永久性可靠地保存。


圖1為機(jī)電混合存儲累計數(shù)字的邏輯原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實現(xiàn)方法是按下列構(gòu)思進(jìn)行的1.一個系列的儀表，只需設(shè)定一個固定的齒輪傳動系與計數(shù)器聯(lián)動，計數(shù)器的計量數(shù)字并非作為計量的最終結(jié)果。
2.利用本人的專利ZL00105255.1中的方法將計數(shù)器中累計數(shù)讀出。設(shè)為X則，最終計量結(jié)果為Y符合Y＝f(X)才能得到最終結(jié)果。其中X為計數(shù)器讀出數(shù)，Y為最終結(jié)果，Y作為X的函數(shù)。其最直接的應(yīng)用是線性變換Y＝kX。其中k值稱為映射系數(shù)。其作用在于將計數(shù)器的累計結(jié)果轉(zhuǎn)換成最終計量結(jié)果。最終計量結(jié)果Y值通過電子方式(如數(shù)碼管或液晶片)加以顯示。
k值的推定，可通過校準(zhǔn)比對并利用最小二乘法等數(shù)學(xué)手段獲得最優(yōu)化推定。
Y值的計算，可利用用于識別計數(shù)器讀數(shù)的同一單片機(jī)進(jìn)行(當(dāng)然也可以用專用單片機(jī)進(jìn)行)而k值的缺省值為1.要修改k值，可通過該儀表的通訊接口由外部電腦發(fā)指令直接寫入儀表的電子存儲器如E2PROM中進(jìn)行永久性保存，供隨時調(diào)用。
3.采用機(jī)械電子混合存儲累計數(shù)字的方式機(jī)械計數(shù)器以及其電子讀出裝置(即專利ZL00105255.1中的結(jié)構(gòu))形成了一個機(jī)械式存儲器，這個存儲器的特點在于在數(shù)字存儲過程中(即在計量過程中)不需要用電，僅由被計量介質(zhì)如水流，氣流當(dāng)然也包括電流的流動帶動計數(shù)器的轉(zhuǎn)動便自然完成。
僅在將計數(shù)器讀出時才需用電。當(dāng)機(jī)械計數(shù)器滿格后(以4位計數(shù)器為例走到9999后)便周期性地回到0000，這需將前后兩次讀出數(shù)字進(jìn)行比較便可判斷出是否產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出。例如，一次讀出數(shù)為Y，經(jīng)若干時間后，讀出數(shù)為X。若滿足Y＞＞X。則最新讀數(shù)應(yīng)為10000+X。所溢出的高位數(shù)1應(yīng)在電子存儲器中指定專門地址進(jìn)行存儲。就一般性而言，若計數(shù)器位數(shù)為N位，電子存儲的高位數(shù)為M(初始值M＝0)當(dāng)從機(jī)械計數(shù)器讀出為X時，則整個機(jī)電存儲器的讀數(shù)X＝M*10N+X。
若Y是上次的讀數(shù)，且滿足Y＞＞X 則可判定為機(jī)械計數(shù)器已溢出。M需進(jìn)位。整個邏輯過程見附圖1。
例用最小二乘法推定k值道具待推定k值MD流量計一臺，參照用便攜式超聲波流量計一臺。
MD流量計已安裝在待測管道上，k值缺省值為1依次對n個不同流量點a1......an進(jìn)行實際測試比對，兩臺流量計分別得出的記錄為x1......xn和x11......xn1設(shè)y＝kx 滿足α2=Σi=1n(yi-xi1)2=Σi=1n(kxi-xi1)2]]>α2最小對k求導(dǎo)
da2dk=2Σi=1n(dxi-xi1)=0]]>得k=Σxi1Σxi]]>由此法推定的k值可保MD流量計的計量性能與參照流量計有最佳擬合。只要參照系流量計足夠準(zhǔn)，MD流量計通過k值的改變得到最佳的逼近，并通過α2的計算，可得出該流量計的離散性的評估。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)電一體化計數(shù)器的電子數(shù)值變換方法，以機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計算器的電子數(shù)字讀取方法所構(gòu)成的計數(shù)器作為累計式計量儀表的機(jī)械式數(shù)據(jù)存儲器，其特征是a、存儲計量的數(shù)據(jù)僅為中間結(jié)果，須要經(jīng)過電子數(shù)據(jù)變換后即映射變換Y＝f(X)才能得到最終結(jié)果，其中X為存儲器讀出數(shù)，Y為最終結(jié)果，其最直接的應(yīng)用是線性變換Y＝kX，其中k是根據(jù)每一個具體的儀表的用途、量程、制作工藝所決定的，經(jīng)實際測試比對確定的系數(shù)；b、計量過程的數(shù)據(jù)存儲不用電，僅在讀出時用電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化計數(shù)器的電子數(shù)值變換方法，其特征是數(shù)據(jù)采用機(jī)電混合存儲方式，即計量的中間結(jié)果的若干位由轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器存儲，若干位由電子方法存儲，由兩者按一定規(guī)律組合而成完整的計量值；也即低位數(shù)用機(jī)械式存儲，高位數(shù)用電子存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化計數(shù)器的電子數(shù)值變換方法，其特征是利用電子數(shù)值k取代齒輪系制作系列產(chǎn)品不需因量程或使用范圍的不同而作機(jī)械上的尤其是傳動比上的變化，而只須改動k值加以實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化計數(shù)器的電子數(shù)值變換方法，其特征是利用局部量程推定k值，達(dá)到提高計量精度，拓廣相對量程，即對每一個具體的計量儀表，僅對其具體的所必須的量程范圍進(jìn)行k值推定，推定的方法可用最小二乘法或其它數(shù)學(xué)模型，經(jīng)人工確定后，通過儀表的數(shù)據(jù)接口寫入儀表內(nèi)，供儀表在計算最終結(jié)果時使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)電一體化計數(shù)器的電子數(shù)值變換方法，首先是在“機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計數(shù)器的電子數(shù)字化讀取方法”的基礎(chǔ)上延伸和拓展。以機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計算器的電子數(shù)字讀取方法所構(gòu)成的計數(shù)器作為累計式計量儀表的機(jī)械式數(shù)據(jù)存儲器，存儲計量的中間結(jié)果，再進(jìn)行Y＝f(X)的變換，特別是Y＝kX的線性變換，經(jīng)電子數(shù)據(jù)變換后才能得到最終正確結(jié)果。用這樣一種數(shù)字變換簡化機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，將對儀表的機(jī)械校準(zhǔn)方式變成電子校準(zhǔn)方式，并能達(dá)到簡化加工工藝，提高計量精度，相對拓展量程的效果。
文檔編號G06M1/00GK101013478SQ20071005141
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者孫小唐 申請人:孫小唐