流量计装置及操作方法

专利名称：流量计装置及操作方法
技术领域：
本发明涉及流量计装置，在具体实施方式
中，涉及一种用于测量和控制流量的流
量计装置。
背景技术：
通常，流量计为测量通过例如管道的液体、气体或蒸汽的量的装置。可通过多种方式测量流量。例如，可通过体积流率(flow rate)或质量流率对气体和液体进行测量。例如，体积流率为单位时间内流过给定表面的液体体积，例如，立方米每秒。流量计通常为一种装置，其由数个部件构成。已知的电子计数流量计包括一个或多个传感器、光或电子传感器接口、微控制器和在大多数情况下使用的某些种类的显示器和通信。例如，为了控制流量，流量计也能够控制阀门。已知的电子计数流量计中的微控制器通常执行传感器采样，接收并处理测量信号。通过接口，微控制器可访问显示器以便向用户显示测量结果。例如，如果微控制器检测到流动过快或过慢，可通过打开或关闭阀门来控制和调节流量。为了对要测量的流保持跟踪，传感器必须以固定间隔进行采样。因此，微控制器需处于活动状态(active state)。在不执行采样的间隔期间，微控制器可转变为休眠模式以减少能量消耗。流量计通常用电池供电。因此，期望实现低能量消耗，以便允许流量计至少运行20年而无需更换电池。

发明内容
本发明披露了 一种流量计装置。根据本发明的一个实例，流量计装置被耦接至至少一个传感器，该至少一个传感器测量流速并提供可确定该流速的状态信号。至少一个传感器在规定的时刻被使能规定的间隔时间。在每次传感器被使能时从该传感器接收至少一个状态信号。如果出现特定状况，则处理该状态信号并产生触发事件。当流量计装置产生触发事件时，耦接至状态信号的处理单元从休眠模式唤醒。此外，披露了 一种流量计装置。根据本发明的另一实例，所述流量计装置包括至少一个传感器，其被配置为测量流速并且提供能够确定该流速的状态信号。流量计装置耦接至至少一个传感器。所述流量计装置被配置为在规定的时刻使能至少一个传感器规定的间隔时间，以便在每次传感器被使能时从传感器处接收至少一个状态信号。如果出现特定状况，则处理该状态信号并产生触发事件。处理单元被耦接至流量计装置，并被配置为检测流量计装置产生的触发事件，并在检测到触发事件时从休眠模式唤醒。


参考附图，现将对实例进行解释。附图用于阐明基本原理，因此仅阐明理解基本原理所必须的方面。附图并非都按比例绘制。在附图中相同的参考字母表示相似的特性。
图1以方框图示出现有技术的容积式传感器装置的基本原理；图2示出具有两个传感器的采样原理；图3示出在时间轴上现有技术的容积式传感器装置的CPU的活动；图4以方框图示出本发明的基本原理；图5示出在时间轴上导致CPU活动的事件顺序；图6示出在时间轴上根据本发明的传感器装置的CPU的活动；以及图7以方框图示出根据本发明的容积式传感器装置的实例。
具体实施例方式在以下详细描述中，将参考构成描述的一部分的附图，其中附图以阐明可实践本发明的具体实施方式
的方式示出。具体而言，参考描述附图，使用方向术语，例如“上”，“下”，“前”，“后”，“头”，“尾”等。由于实施方式的部件可定位在不同的方向上，因此方向术语用于阐明的目的，并且不对其进行限制。应当理解的是，可应用其他的实施方式，并且在不偏离本发明范围的情况下可进行结构修改或逻辑修改。因此，以下的详细描述不具有限制意义，并且本发明的范围由所附权利要限定。应当理解的是，除非有特别注明，否则此处描述的各种示例性实施方式的特性可与其他实施方式相结合。在图1中，示出了用于测量流速的现有技术的传感器装置的基本原理。在此实例中，示出了容积式流量传感器2。但是，容积式流量传感器仅为用于测量流速或流量的传感器的一种。其他类型的传感器也可用于测量流过例如管道I的液体、气体或蒸汽的总量或速度。在这种装置中传感器2必须连接到管道I。传感器2可为机械式流量传感器，其提供与体积流量成比例的机械运动作为输出。在此实例中，传感器2为轮转式传感器。在轮转式传感器中，传感器的一部分21直接连接至管道I。在该部分21中，例如，第一转轮或小型推进器随着液体或气体在管道I中的流动而转动。如果液体或气体快速流动，则部分21的转轮也快速转动，如果液体或气体缓慢流动，则部分21中的转轮也缓慢转动。但是,转动可由诸多不同原因引起。另一个实例可为膜片式计量器。第二转轮22连接至部分21的第一转轮。这两个转轮具有一个连接至二者中心的轴。以这种方式，第一转轮的转动传递至第二转轮22。例如，第二转轮22通常具有孔或磁点。至少一个传感器23以其在第二转轮22回转时可检测孔或磁点通过的方式安置。通过交替检测孔或磁点和不具有孔或磁点的转轮部分，可确定第二转轮22的转动速度。于是一定的转轮转动速度表示一定的流速。例如，通过在转动的第二转轮22附近放置磁性传感器23可实现转动检测。在这种情况下，磁点以固定间隔的方式安装在第二转轮22的外沿。磁性传感器23随后检测随着第二转轮22的转动而通过的磁点。在两个磁点之间，总是具有转轮22的非磁性部分。如果使用光学传感器23，则转轮22具有孔而不是磁点，这些孔也以固定间隔的方式置于第二转轮22的外沿。随着转轮22的转动，光学传感器23可检测到这些孔。但是，这些仅为这种转轮传感器的实施例。也存在实施这种轮转式传感器的不同方式。这种传感器的采样率通常取决于应被检测的最大转动频率。采样通常由作为流量计装置3的部分的中央处理器CPU执行。例如，中央处理器CPU可根据从传感器接收的信号计算流量、调节管道I中的流量或向显示器4发送数据。从传感器接收的信号可为测量数据或传感器状态信号。若需要，CPU也可执行进一步的功能。例如，其可包含通信接口以向另外的部件提供测量数据。例如，通过向显示器4发送测量数据，可显示转轮的多个转动或计算得到的液体体积流量。为调节管道I中的体积流量，中央处理器CPU可连接至作为流量计装置3的部分的阀门驱动VD。阀门驱动VD进一步连接至连接到管道I的阀门5。例如，如果测量到大体积流量，则阀门5可由阀门驱动VD关闭以减小该体积流量。为增加管道I中的体积流量，也可打开阀门5。中央处理器CPU通常执行以上描述的这些功能，其中对容积式流量传感器进行采样为其最重要的功能。在图2中，示出了对具有两个传感器23的轮转式传感器2进行采样的一般原理。在此例中两个传感器23称为A和B。使用光学传感器对轮转式传感器2的原理进行解释，因此第二转轮22在其外沿具有若干孔。虽然可使用不同类型的轮转式传感器，但是原理相同。传感器A和B被放置为以一小距离彼此相邻。传感器A和B提供呈现两种状态的传感器信号。一种传感器状态(高信号，传感器状态I)表示检测到孔，另一状态(低信号，传感器状态O)表示未检测到孔。在图2中，高信号(传感器状态I)的部分以虚线表示。图2示出四种不同的采样运动。箭头方向的信号运动代表转轮的转动。当进行第一个采样时，传感器A和B都未检测到孔(传感器状态00)。当进行下一采样时，转轮转动从而传感器B检测到孔，而传感器A仍未检测到孔(传感器状态01 )。当进行下一采样时，转轮再次转动，传感器A和B都检测到孔(传感器状态11)。在下一步，转轮再次转动，使得传感器B现在未检测到更多的孔，而传感器A仍检测到孔(传感器状态10)。在每个采样时刻的传感器状态不同于前一个采样时刻的传感器状态。为了接收正确表征体积流量的采样结果，必须以固定时间间隔进行采样。采样由已知的传感器装置中的中央处理器CPU执行。为了进行采样，需激活中央处理器CPU。当被激活时，CPU的电流消耗远大于其处于休眠模式时的电流消耗。为了减少总电流消耗，在未执行采样时CPU进入休眠模式。在休眠模式下，与活动模式相比，电流消耗可减少约三个数量级。在图3中，示出了在现有技术的容积式流量传感器装置的典型状态下的CPU活动。CPU处于休眠模式直到达到时刻ti。随后唤醒CPU唤醒以执行采样并且进入一段时间的活动模式。在时刻t2，CPU返回休眠模式直到其再次在时刻&唤醒以进行下次采样。当采样完成时，CPU在时刻14返回休眠模式。通常地，每个采样间隔约为200 μ S，这取决于用于采样的传感器类型和CPU需要执行处理的时间。这意味着CPU每40ms唤醒一次并持续约200 μ S0因此，平均电流消耗相当高。
在图4中，示出了本发明的一个实施方式。在此实例中，也示出了轮转式传感器2，但也可使用其他任意的容积式流量传感器。除了中央处理器CPU和阀门驱动VD，流量计装置3还包括流量计装置FMD。流量计装置FMD耦接至传感器2和CPU，并且执行一些现有技术的流量计装置中CPU的一些功能。例如，其可作为协处理器进行工作。例如，流量计装置FMD可执行转轮速度测量。流量计装置FMD接管采样、接收传感器状态信号和/或流量测量数据，并且处理这些状态信号和流量测量数据。流量计装置FMD被配置为在每个设计(program，编程)采样时间使能传感器2持续一定的间隔时间。间隔时间应足够长以便向传感器2提供稳定的条件。在使能间隔期间可对传感器状态至少采样一次。例如，可对其在传感器使能窗口之前和之后进行采样。通过在使能窗口之前对状态采样，流量计装置FMD可检测传感器是否正常工作。但是，在使能间隔期间对传感器状态仅进行一次测量是足够的，或在其他实施方式中，在每个间隔期间对状态进行多次采样是必须的。不再需要CPU执行传感器采样。其可处于休眠模式，直到被流量计装置FMD唤醒。流量计装置FMD被配置为如果出现一定状况则唤醒CPU。例如，这些状况可为在管道I中的流动过慢或过快。例如，可在需要调整管道I中的流量时唤醒CPU。可通过产生触发事件唤醒CPU。图5示出了流量计装置FMD如何产生触发事件的实例。在图5中，示出了采样时间、传感器状态、传感器状态改变的时刻及脉冲计数和TO脉冲计数。传感器状态根据在图2中用两个传感器23描述的原理进行改变。每次检测到传感器状态改变时，脉冲计数增加。时间溢出(TO)脉冲计数随着时间增加，并且当检测到传感器状态改变时被重置。在重置后，时间溢出(TO)脉冲计数再次开始再次增加。TO脉冲计数增加的越多，没检测到传感器状态改变的时间越长，这意味着在管道I中的流速慢。如果频繁检测到传感器状态改变，则意味着通常流速大，其由脉冲计数的固定增加表示。例如，在执行任意采样动作前，为验证传感器工作正常并且无干预动作执行，可检测传感器状态。如果发现传感器信号处于所谓的“不在意”状态，则未发生错误并且可执行采样。以固定时间间隔进行采样。首先，流量计装置FMD检测到传感器状态00，这意味着两个传感器都未检测到转轮上的孔。传感器状态在时刻A改变为01。这意味着转轮转动并且传感器中的一个现在正在检测孔。当在时刻^进行采样时，流量计装置FMD检测该传感器状态的改变。当检测到传感器状态改变时，脉冲计数增加I并且TO脉冲计数开始新的循环。

执行以下三次采样，未检测到传感器状态改变。因此，脉冲计数未增加，而TO脉冲计数继续增加。在时刻t2检测到下一个传感器状态改变。因此，脉冲计数增加并且再次重置时间溢出脉冲计数。在时刻t3发生相同的操作。在时刻t4检测到另一传感器状态的改变。脉冲计数再次增加，并且现在到达指定阈值。通过达到该阈值，产生触发事件并且唤醒CPU。例如，CPU随后在一段短时间内处于活动状态，以便执行某些功能，如调节流速。当CPU返回休眠模式时，重置脉冲计数。用户可对脉冲计数的阈值进行设计。以这种方法，可适应每个装置的要求。如果在相对较短的时间间隔内经常达到脉冲计数阈值，则这意味着流速大。例如，为能够调节流速，因此可唤醒CPU。当管道I中的体积流量小并且在长时间内没有检测到传感器状态的改变时，也产生触发事件。这种情况在时刻t5与t7之间示出。在这两个时刻之间没有检测到传感器状态改变，因此TO脉冲计数继续增加并且在时刻t6达到指定阈值。当TO脉冲计数达到阈值时，产生触发事件并且唤醒CPU。在此时刻丨6重置TO脉冲计数。用户也可对TO脉冲计数阈值进行设计，以便使其适应装置的要求。通过只有当产生触发事件时才唤醒CPU，CPU可在较长时间段处于休眠模式。图6示出根据本发明在传感器装置中的CPU的活动。CPU处于休眠模式，直到时刻时刻唤醒以便执行所需功能，并且在时刻t2返回休眠模式。在时刻t3发生相同的操作，CPU唤醒直到时刻t4。像在不使用流量计装置FMD的传感器装置中，CPU在每次唤醒时持续约200 μ S的活动状态，但是其处于休眠模式的时间段比图1所示的传感器装置中的长的多。例如，CPU平均仅需每10秒唤醒一次。以这种方式，与现有技术的传感器装置相比可大幅度减少平均电流消耗。图7示出了如何实施根据本发明的流量计装置3的详细实例。流量计装置3包括低功率区域LP。在此低功率区域LP内，可设置流量计装置FMD和显示器接口 IXD IF。流量计装置FMD从至少一个连接至管道的传感器接收状态信号。然后流量计装置FMD可处理这些传感器状态数据并计算体积流量。例如，通过显示器接口 IXD IF，其可向如IXD监视器的显示器发送数据。例如，以这种方式，用户可读取体积流量或轮转式传感器的转动速度。为了定义哪些信息应在界面上显示，用户能够对流量计装置FMD进行设计。低功率区域LP通常仅包括执行采样和确定体积流量所需要的基本功能。因此，即使在处于活动模式时，其消耗的功率也低于包含额外功能的典型CPU的功率。当不执行采样时，流量传感器接口可进入休眠模式。以这种方式可进一步减少电流消耗。耦接至低功率区域LP的CPU也具有减小的平均电流消耗，因为仅当产生触发事件时CPU才唤醒。因此，CPU和低功率区域的总电流消耗低于图1示出的流量计装置中的，图1中的流量计装置中的CPU执行所有功能。流量传感器装置3可进一步包括两个模数转换器ADCl和ADC2。这些模数转换器可耦接至其他传感器，例如，温度和压力传感器。在一些实施方式中，可假设温度和压力为常值。但是，这种假设并非总是正确的。因此，在一些实施方式中对管道I中的液体或气体的温度、压力和/或其他参数进行测量是必要的。根据具体要求，可在流量传感器装置3中实施任何数量(包括没有)的模数转换器。可在流量传感器装置3中使用阀门驱动VD，以通过开启或关闭连接至管道I的阀门调节管道I中的流量。在一些情况下，有必要维持管道I中的流量为常量。在其他实施方式中，仅需获得有关流率的信息，而不需进行调节。在这种情况下，可省略阀门驱动VD和阀门5。第三模数转换器ADC3可包括在流量传感器装置3内。例如，该模数转换器ADC3可用于测量流量传感器装置3的电流消耗。因此，电池控制电路BC可被耦接至模数转换器ADC3。此外，通信接口 COMM IF和通信模块COMM可包括在流量传感器装置3内。通过这些部件，流量传感器装置3能与其他部件(未示出)进行通信。例如，可向计算机发送数据，其中数据可由用户可存储和估计。在一些实施方式中，流量传感器接口也可包括通用输入/输出GPIO。GPIO通常为不具有任何专用功能(被默认为不可用)的通用引脚。例如，如果需要额外控制线，则可通过软件对GPIO进行编程。以这种方式，无需额外电路提供额外的控制线。例如，键矩阵KM可连接至GP10。以这种方式，例如，用户可对流量计装置FMD或CPU进行编程。但是，这仅为如何使用GPIO的一个实例。在其他实施方式中，可能需要其他功能，或如果无需额外功能，则可省略GP10。有时有必要保护流量传感器2收集的数据。因此，例如流量传感器装置3中可包括能提供认证、数字标记测量数据、管理数字密匙或加速加密操作的部件。例如，这些功能可由嵌入式密码实施执行或由通过安全接口 SEC IF连接的外部密码协处理器执行。若需要，通过包含这些部件，可实施安全特性和数据干预保护。
为了易于描述，使用了诸如“在……下面”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、
“上”等的空间相对术语来说明一个元件相对于第二元件的位置。这些术语旨在包括除了附图中已描述的不同方向以外的所述装置的不同方向。此外，诸如“第一”、“第二”等术语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不对其进行限定。在整个描述中类似的词组指代相关的元件。如在本文中所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括(including)”、"包括(comprising)”等为开放式术语,其指明所述元件或特性的存在，但不排除其他元件或特性。除非文中明确，否则冠词“个”也旨在包括单数和复数，除非上下文清楚地指出不同的情况。尽管详尽地描述了本实施方式及其优点，但是应当理解，在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变、替换和改动。考虑到以上范围的改变和应用，应当理解本发明 不受前面的描述的限制，也不受附图的限制。相反，本发明仅通过下述的权利要求及其合法等价物限定。
权利要求
1.一种流量计装置，其被配置为: 耦接至至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为测量流速并提供能够确定所述流速的状态信号； 接收并处理由所述至少一个传感器提供的流量测量数据； 在规定的时刻使能所述至少一个传感器规定的间隔时间； 在每次所述至少一个传感器被使能时，从所述至少一个传感器接收至少一个状态信号; 如果出现特定状况则处理所述状态信号并产生触发事件；以及 耦接至处理单元，当所述流量计装置产生触发事件时，所述处理单元从休眠模式唤醒。
2.根据权利要求1所述的流量计装置，进一步被配置为作为协处理器工作。
3.根据权利要求1所述的流量计装置，其中，用于使能至少一个容积式传感器的所述时刻和所述间隔时间是可设计的。
4.根据权利要求1所述的流量计装置，其中，在所述规定的间隔时间的开始接收状态信号。
5.根据权利要求1所述的流量计装置，其中，在所述规定的间隔时间的结束接收状态信号。
6.根据权利要求1所述的流量计装置，其中，当所述至少一个传感器的一个传感器的状态信号在一时刻不同于相同传感器的前一状态信号时，增加脉冲计数。
7.根据权利要求6所述的流量计装置，其中，当所述脉冲计数超过规定的阈值时，产生触发事件。
8.根据权利要求6所述的流量计装置，其中，当规定的时间过去而所述脉冲计数不增加时，产生触发事件。
9.一种流量计装置，包括: 至少一个传感器，被配置为测量流速并且提供能够确定所述流速的状态信号； 流量计装置，耦接至所述至少一个传感器，并被配置为在规定的时刻使能所述至少一个传感器规定的间隔时间，在每次所述至少一个传感器被使能时，从所述至少一个传感器接收至少一个状态信号，以及如果出现特定状况则处理所述状态信号并产生触发事件；以及 处理单元，耦接至所述流量计装置，并被配置为检测由所述流量计装置产生的所述触发事件，并且当检测到所述触发事件时从睡眠模式唤醒。
10.根据权利要求9所述的流量计装置，进一步包括阀门驱动，被耦接至所述处理单元，并被配置为调节所述流速。
11.根据权利要求10所述的流量计装置，其中，所述处理单元被配置为控制所述阀门驱动以基于由所述至少一个传感器执行的测量来调节所述流速。
12.根据权利要求9所述的流量计装置，其中，所述至少一个传感器包括容积式传感器。
13.根据权利要求9所述的流量计装置，其中，所述处理单元包括中央处理器。
14.一种操作流量计装置的方法，所述流量计装置被耦接至至少一个传感器，所述至少一个传感器测量流速并且提供能够确定所述流速的状态信号，所述方法包括:接收和处理由所述至少一个传感器提供的流量测量数据； 在规定的时刻使能所述至少一个传感器规定的间隔时间； 在每次所述传感器被使能时，从所述传感器接收至少一个状态信号； 如果出现特定状况则处理所述状态信号并产生触发事件；以及与处理单元进行通信，以便当所述流量计装置产生触发事件时使所述处理单元从休眠模式唤醒。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，用于使能至少一个容积式传感器的所述时刻和所述间隔时间是可设计的。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，接收至少一个状态信号包括在所述规定的间隔时间的开始接收状态信号。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，接收至少一个状态信号包括在所述规定的间隔时间的结束接收状态信号。
18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括当所述至少一个传感器的一个传感器的状态信号在一时刻不同于相同传感器的前一状态信号时，增加脉冲计数。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述脉冲计数超过规定的阈值时，产生触发事件。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，当规定的时间过去而所述脉冲计数不增加时，产生触发事件。
全文摘要
本发明涉及流量计装置及操作方法。本发明提供的流量计装置耦接至至少一个传感器，该至少一个传感器测量流速并且提供能够确定该流速的状态信号。该流量计接收并处理由至少一个传感器提供的流量测量数据。至少一个传感器在规定的时刻被使能规定的间隔时间。流量计在每次传感器被使能时流量计从传感器接收至少一个状态信号，以及在出现特定状况时处理该状态信号产生触发事件。当该流量计装置产生触发事件时，处理单元从休眠模式唤醒。
文档编号G01F13/00GK103217197SQ20131002203
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月21日 优先权日2012年1月20日
发明者塞尔吉奥·罗西, 雷纳托·贝塞加托 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司