专利名称：电磁式流量测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测导电流体流量的电磁式流量计构成的电磁式流量测量系统。
用来检测导电性流体流量的一种检测仪器是电磁式流量计。电磁式流量计具有比较高的测定精度和比较高的耐用性能，所以被广泛地应用于工业界。
图1示出了应用于产业界的一种电磁式流量计的一个构成实例。
如图所示的电磁式流量计由检测器1和变换器2构成。检测器1在作为被测定流体的导电性流体流经的测定管3的内壁上，配置有一对电极4a、4b，并且通过设置在测定管3外部的励磁线圈5，对被测定流体施加沿与电极4a、4b的相对方向相正交的方向的磁场。变换器2将产生在电极4a、4b之间的感应电力，用放大器6变换为电压信号，并通过取样电路7由输出电路8输出至外部。配置在变换器2中的恒流电流源9a、9b，可通过开关10的切换动作而交替的使励磁用的交变电流流经励磁线圈5。通过时基电路11产生的与取样电路7给出的取样信号同步的励磁信号，可以对开关10实施切换控制。
图2示出了上述电磁式流量计的时基信号曲线图。
通过采用用如图所示的励磁信号对开关10的切换实施控制的方式，可以使交变电流流经励磁线圈5，并且用放大器6对与被测定流体的流速相对应的、产生在电极4之间的感应电功率实施放大。在这一放大器6的输出保持稳定的时刻实施取样，并由输出电路8输出其流量信号。
同样的电磁式流量计还可作为检测被测定的流体流量为家庭用的自来水等用量的自来水表。在目前，为了满足使检测合理化和减少复杂检测仪表的需求，大多利用电组件或磁组件将自来水表给出的指示，传递至远方的检测用的集中或集合检测仪表处。
因此，如果要将可在产业上使用的电磁式流量计用于家庭的自来水表，则需要用由高精度的集中检测仪表等等构成的远距离检测系统来加以实现。然而在实际上，由于种种原因，目前还不能将电磁式流量计用在自来水表上。如举例来说其原因包括下述各点。产生在电极4a、4b之间的感应电功率(流量信号)过于微弱，从而使得由变换器2中的取样电路7、输出电路8等构成的信号处理电路过于复杂。而且必需有使励磁线圈5能产生交变磁场所需要的电能，以及由恒流电流源9a、9b和开关10构成的电路，这将使成本上升。还有，所消耗的电力在数瓦左右，这比其它的机械式自来水表的消电量大。由于通常必须由外部对检测器1供给电源，所以还必须配置电源供给用的连线等新设备。
近年来随着电子技术的发展，已经形成了可以使信号处理的成本低廉且小型化的技术，然而由于需要有励磁电路和电力供给用的连线等等部件，所以它仍存在有体积比较大、成本比较高等等问题。
因此，当采用原有的电磁式流量计作为适用于家庭用的自来水表的远距离集中检测系统等等的流量计检测系统时，仍存在有因需要有励磁电路和电力供给用的连线等所造成的体积比较大、成本比较高等问题。
针对上述的问题，本发明的目的就是要通过构造一种可以利用远距离检测用的连线向电磁式流量计供给所需要的励磁电源和电路电源的系统的方式，提供一种成本低廉、精度高且耐用性持久的、可以实现自来水表的远距离集中检测系统用的流量计检测系统。
本发明的目的可以用具有下述构成要素的电磁式流量检测系统实现。
即一种通过公用的总线将设置在若干个位置处的检测被测定流体的检测部与检测仪表分别连接起来，从而用前述检测仪表收集前述各个检测部检测出的流量值的电磁式流量测量系统，而且前述的检测部具有使被测定流体流过的测定管，沿着管径方向安装在该测定管的内壁上的电极，与前述公用总线相连接的、沿与前述测定管的管轴方向相正交的方向产生磁场的励磁线圈，放大产生在前述电极之间的感应电功率用的放大器，对该放大器的输出实施取样的取样电路，由这一取样电路给出的信号中获得流量信号或累积后的流量信号用的信号处理电路，连接在前述励磁线圈的两端之间的通信电路，而且该通信电路将前述流量信号或累积后的流量信号与前述的公用总线上的交流电压一并同步地实施发射，并且接收与这一交流电压同步的由检测仪表给出的信号，前述的检测仪表具有与前述公用总线相连接的、产生前述交流电压的交流电压产生电路，以及与前述公用总线相连接的、送到前述检测部且与前述交流电压相同步的信号的、并且接收与这一交流电压同步的、由检测部给出的信号用的通信电路。
参考根据下面的参考附图给出的详细说明，可以获得对本发明的更完整的理解，并且还可以获知本发明的其它的优点。
图1为表示一般的电磁式流量计的示意性构成图。
图2为表示如图1所示的电磁式流量计的各部分中的时基信号曲线图。
图3为表示本发明的电磁式流量测量系统第一实施例结构的示意性方框图。
图4为表示如图3所示本发明的电磁式流量测量系统用的获得流量信号时的各部分的时基信号曲线图。
图5为表示如图3所示本发明的电磁式流量测量系统用的实施通信动作时各部分的时基信号曲线图。
图6为表示如图3所示本发明的电磁式流量测量系统用的方波电压波形的示意图。
图7为表示本发明的电磁式流量测量系统第二实施例中励磁和通信时使用的方波电压波形的示意图。
图8为表示本发明的电磁式流量测量系统第三实施例中励磁和通信时使用的方波电压波形的示意图。
图9为表示本发明的电磁式流量测量系统第四实施例中的检测部的部分构成的示意性方框图。
图10为表示本发明的电磁式流量测量系统第五实施例中的检测部的部分构成的结构图。
图11为表示本发明的电磁式流量测量系统第六实施例中励磁和通信时使用的方波电压波形的示意图。
图12为表示本发明的电磁式流量测量系统第七实施例的示意性方框图。
下面参考附图，特别是附图3，说明本发明的一个实施例。在各附图中的相同或相类似的部件已经用相同的参考标号示出。
图3示出了根据本发明的第一实施例构造的流量测量系统的结构示意图。
该流量测量系统包括有由相应于自来水表的电磁式流量计构成的若干个检测部20-1～20-n，以及配置在与这些个检测部20-1～20-n和检测仪表22之间的、相对应的公用总线21。总线21采用的是两线式(21a、21b)总线。
检测部20设置有在自来水等被测定流体流过的检测部测定管23的内壁上可与流体接触的一对电极24a、24b，在检测部测定管23的附近还配置有可向检测部测定管23内的被测定流体施加磁场的励磁线圈25。在下述的说明中，对于不需要区分若干个检测部20-1～20-n的场合，将其简单地称为“检测部20”。励磁线圈25直接连接在总线21的两条连线之间，并通过来自检测仪表22输出端的总线21使叠加在方波电压上的励磁电流流过的方式实施连接。产生在检测部测定管23的电极24a、24b之间的感应电力，由放大器26放大后输入至取样电路27。由取样电路27获得的连续取样值输入至信号处理电路29，由其变换为流量信号。如下所述，信号处理电路29可以进行数字信号的处理。
在检测部20处还配置有显示流量信号或累积流量信号的显示电路30。而且通信电路31具有以电信信号方式，将流量信号或累积流量信号，由通信电路31通过总线21发送至检测仪表22的功能。
检测部20中的各电路由检测部20的电源电路28供给电力。该电源电路28与总线21相连接，并且当方波电压信号变化时，可向取样电路27发出作为触发信号的延迟了一定时间的取样时基信号。该电源电路28还在取样时间之外的时间里，向通信电路31发出通信时基信号。
检测仪表22还配置有正电源32和负电源33，从而具有可通过使这两个电压源交替地与总线21相连接的方式产生方波电压的功能。因此，正电源32的负极端子和负电源33的正极端子应同时分别与总线21的一条连线21b相连接，而正电源32的正极端子和负电源33的负极端子可通过开关34，有选择地与总线21的另一条连线21b相连接。通过用开关34切换总线21所连接着的电压源的方式，便可以向总线21施加方波电压。
时基电路35控制着这种开关34的切换动作，而且相对于通信电路36，可以在方波电压由开始变化到经过了预定的时间后、不与取样时间发生相互干扰的时间里，利用时基信号发送出发送接收时基信号(在本实施例中，它是由发送时基信号和接收时基信号构成的)。
通信电路36具有根据发送接收的时基信号，可以将电信信号叠加在总线21上的方波电压上输出，并且可以接收叠加在来自检出部20通信电路31的方波电压上的电信信号的功能。由通信电路36接收到的流量信号等信息，还可以显示在除显示电路37以外的其它检测部的部件中。
下面参考图3和图4所示的时基信号曲线图，来说明具有上述构成的实施例的动作方式。
图4(a)示出了通过由检测仪表22中的时基电路35向开关34施加电压源切换信号(由虚线表示)的方式，产生的其相位(正极性、负极性)按一定周期变化的方波电压。通过利用开关34将电压源的正电源32和负电源33按一定周期切换为将电压施加在总线21上的电压源的方式，便可以产生如图4(b)所示的方波电压。
当在连接在总线21两线之间的励磁线圈25中有响应方波电压的励磁电流流过时，用检测部20检测所产生的如图4(c)所示的磁场，而且该磁场是施加在流过检测部测定管23的被测定流体上的。这时，如果在检测部测定管23处有被测定流体(其流量的变化，比如说如图4(d)所示)流过，则在检测部测定管23的电极24a、24b之间将产生与该被测定流体的平均流速成比例的感应电动势。图4(e)所示的就是响应感应电动势的输出信号，即由放大器26放大后由放大器26输出时的放大信号。
由取样电路27给出在由电源电路28输出的方波电压变化时触发的、延迟了一定时间的、放大信号已稳定的区域中的取样时基信号(参见图4(f))。该取样电路27与该取样时基信号同步地对放大器的输出进行取样。信号处理电路29采用由取样电路27给出的连续的取样信号值中，减去方波电压正相位时的值和负相位时的值之间的差值的方式，获得如图4(g)所示的、消除了90度噪音和直流噪音(通过使励磁电流交流化，而使电极24a、24b电池化时所可能会产生的噪音)的流量信号。采用这种方式获得的流量信号、或是对该流量信号累积后的累积流量信号，被显示在显示电路30中。
图5示出了在检测部20和检测仪表22之间的通信用的时基信号。
检测仪表22在时基电路35与电压源的正电源32(恒压电源)连接的时间过程中，在由连接时刻延迟了预定的时间后，并且在不与取样时间相冲突的时间中，将如图5(c)所示的发送时基信号施加至通信电路36。该通信电路36在输入有发送时基信号时，即在总线上的方波电压(正向)是稳定的且不与取样时间重合的时间里，在如图5(b)所示的总线21的方波电压上叠加电信信号，并送入至检测部20。在通信电路36输入有接收时基信号的时间过程中，即从总线上的电压切换为方波电压(负向)后经过了预定时间，并且为非取样时间的时间时，对如图5(b)所示的方波电压上叠加的电信信号实施接收。
在另一方面，检测部20在总线21与负电源33相连接的过程中，电源电路28在由连接时刻后经过了预定时间，而且不与取样时间相冲突的时间里，向通信电路31发出如图5(e)所示的发送时基信号(由虚线表示)。通信电路31在输入要求流量信号的发送时基信号时，在如图5(b)所示的总线21上的方波电压上，叠加上流量信号或实施累积运算后的流量信号等预定电信信号，并发送至检测仪表22。而且在通信电路31输入有接收时基信号时，即由总线21上的方波电压切换为正向电压的时间起经过预定时间后的、非取样时间(参见图5(g))的时间里，通过总线21接收叠加在如图5(b)所示的方波电压上的电信信号。
如举例来说就是，对于检测仪表22由各个检测部20-1～20-n采集累积后的流量信号的场合，叠加在由检测仪表22的通信电路36给出的方波电压(正向相位)上的信息，包含有由通信电路36指定的返回累积流量值的检测部序号地址的电信信号。该电信信号通过总线21由各个检测部20-1～20-n接收。检测部20的通信电路31在判断指定电信信号的序号为自身序号时，还要判断是否要求发出流量信号，所以当输入有下一个发送时基信号时，它以叠加在负向相位的方波电压上的方式将累积后的流量信号发送至检测仪表22的通信电路36。如图6所示，检测仪表22在方波电压切换至正向相位时依次改变检测部的序号地址，在方波电压切换至负向相位时接收包含有检测部序号的累积流量信号的电信信号。这样，检测仪表22便可以依次的由各个检测部20-1～20-n获得累积后的流量信号。检测部20将表示检测部序号的电信信号叠加在方波电压的负向相位信号上，检测仪表22便可以在切换至正向相位时，接收到包含有检测部序号的累积流量信号的电信信号。
这样，如果采用本实施例，利用连接在若干个检测部20和检测仪表22之间的总线21，便可以由检测仪表22的电压源32、33向各检测部20的励磁线圈25施加方波电压，并可以利用方波电压的预定区域实施指定检测部的序号以及流量信号(数据)的接收和发送，所以可以省略励磁电路和电力供给用的连线等等部件。如果采用本实施例，在构成电磁式流量计的检测部20中，还可以减少各个检测部20中的励磁电路(电压源和开关)的部件数目，从而可以降低系统自身的成本，并且使检测部20小型化。而且由于它是以方波电压作为电信信号传送的基准时基信号的，所以在对某一(一个特定的)检测部实施取样时，可以对其它的检测部实施通信，从而可以在不影响该检测部的流量测定的条件下，方便的实施对多个检测部的电信信号的传送。
图7示出了本发明的第二实施例中使用的波形图。检测仪表22设定由检测仪表22施加至总线21上的方波电压的零位时间，并利用该零位时间实施检测仪表22与检测部20之间的通信。换句话说就是，通过用检测仪表22中的时基电路35控制开关34开闭的方式，可以在如图所示的方波电压的切换过程中，产生位于正向相位和负向相位之间的零位时间(零位时间)a。可以通过在预定时间内使开关34的端子保持在中间位置的方式，设定该零位时间。
在这一实施例中，检测仪表22中的时基电路35可以检测出零位时间的时基信号，所以可以在零位时间中由时基电路35向通信电路36施加接收发送时基信号。电源电路28产生检测方波电压的相位变化用的取样时基信号和接收发送时基信号，而检测部20对其时基信号实施判定。
如果采用本实施例，检测仪表22可以设定方波电压的零位时间，并在该零位时间中实施检测仪表22与检测部20之间的通信，所以可以节省该系统的整体的电力消费。
图8示出了适用于本发明的第三实施例的波形图。检测仪表22在由检测仪表22施加至总线21上的方波电压上叠加启动信号，并向各个检测部20-1～20-n发送启动信号，然后接收到启动信号的各检测部20-1～20-n按照预定的顺序，在每半个方波电压的周期中，将该局部处的流量信号等叠加在方波电压上，并发送至检测仪表22。检测仪表22按照上述顺序发送的叠加在每半个周期的方波电压上的流量信号等与各个检测部20相对应。
检测仪表22通过预先确定各个检测部20-1～20-n的发送顺序的方式，可以由接收到启动信号中区分开各检测部20-1～20-n发送的周期数目(为半周期的整倍数)，所以通过检测部的每一次计算求出由启动信号的接收至发送的时间。检测部20通过对方波电压的相位变化进行计数的方式，便可以检测出本局部处的发送顺序。
这一实施例是以每半个周期设定一零位时间的方式，使方波电压按上述的顺序实施发送为例进行说明的。
如果采用本实施例，利用由检测仪表22施加在方波电压上的启动信号，可以每半个周期实施一系列的通信，这和分别指定每一个检测部以采集流量信号的场合相比，可以缩短由各个检测部20-1～20-n采集信息所需要的时间。
下面说明本发明的第四实施例。
在该实施例中，对于检测仪表22与检测部20之间的电信信号之外的信号发送，采用的是由启动信号触发而依次发送的方式。换句话说就是，对全部检测部20-1～20-n分别设定地址序号，用检测仪表22管理检测部20的地址序号。利用方波电压的某一周期中由检测仪表22发送出的启动信号，检测部20便可以按由该地址序号确定的顺序，每一周期发送出一个信号(比如说为与预定时间内的累积流量相对应的脉冲数)该实施例示在图中示出。
图9为表示本发明的第五实施例中的检测部20的局部示意图。在检测部20中，位于总线21两线之间的励磁线圈25，与检测励磁电流的电阻器41串联连接，并且用电阻器41对检测出的与励磁电流大小相对应的流量信号进行修正。
如图中所示，在与总线21的两线之间的励磁线圈25串联连接着的电阻器41的两个端部，连接着信号处理电路29。这样便可以将与流过励磁线圈25的励磁电流成比例的电压信号，输入至信号处理电路29。
即使流经检测部测定管23的被测定流体的流量保持一定，当施加在被测定流体上的磁场强度发生变化时，在电极之间产生的感应电动势也会发生变化，从而可以输出用流速表示的流量信号。随后可用信号处理电路29对与励磁电流的大小、即与磁场的强度相对应的测定值进行修正，从而获得正常的流量值。
在检测部20中的总线21之间，连接着与励磁线圈25相串联的恒流电路，所以即使施加在励磁线圈25上的方波电压发生了变化，也可以保证使励磁电流保持一定。
图10为表示本发明的第六实施例中的检测部20的局部示意图。如图所示，在总线21的两线之间，连接着与励磁线圈25相串联的恒流电路42。由于连接有恒流电路42，所以即使在方波电压发生变化时，也可以使流过励磁线圈25的励磁电流保持为一定。因此可以利用信号处理电路29，计算出不受到方波电压变化影响的、高可靠性的流量值。
图11示出了在本发明的第七实施例中使用的波形的示意图。在上述的实施例中，由检测仪表22供给的交流电源的波形为方波波形，但在本实施例中并不仅限于方波波形。换句话说就是，在本实施例中由检测仪表22施加至总线21的方波电压，是按预定相位似倾斜方式变化的梯形波形。这样便可以通过使电压波形为梯形波形的方式，来减小获得检测部20的电路动作电源用的变压器等等的电力损失。而且如图所示，t为梯形波形的上升缘和下降缘的延续时间。t≠0表示t的值不等于零。
图12为表示本发明第八实施例的示意性方框图。图中的检测部20与位于总线21的两根连线之间的励磁线圈25串联连接着的开关43相连接，断开这一开关时，将没有电流流过励磁线圈25。
正如图中所示，位于总线21的两根连线之间的励磁线圈25与开关43串联连接。可以通过通信电路31接收检测仪表22给出的指令，进而用信号处理电路29实施开关43的开关控制。
检测仪表22发送出叠加在检测部20上的方波电压上的、由检测仪表22给出的断开开关43的指令。检测部20的通信电路31将检测仪表22给出的这一指令传递至信号处理电路29。信号处理电路29将利用信号处理电路29获得的、由检测仪表22给出的指令而打开开关43。这样便可以使励磁线圈25中没有电流流过。通过发送出叠加在由检测仪表22发出的方波电压上的闭合开关43用的指令的方式，还可以使开关43闭合。
因此，用检测仪表22在不需要由检测仪表22对检测部20进行流量测定的时间区域，比如说在长期不在岗的时候，或是在深夜等等时间中发出闭合开关43的指令，还可以降低其电力消耗。
而且，还可以不用检测仪表22产生由检测仪表22给出的开闭开关43的指令，而是由信号处理电路29在长时间没有流量信号输出的场合，断开开关43，以进一步的节省电力。
显然，还可以由上述的技术教导获得本发明的其它的多种变形和改型。因此不难理解，本发明是由附属的权利要求的范围限定的，而不是由在这儿所作的特殊说明限定的。
如果采用上面详细说明的本发明，则可以通过利用远距离检测用的连线向电磁式流量计供给所必需的励磁电源和电路电源构成的系统的方式，提供出一种可以实现低成本、高精度、高耐用性的自来水表的远距离集中检测系统的流量检测系统。
在这儿，高精度指的是比机械式的水表的精度更高。高耐用性指的是比机械式水表的八年使用寿命更长，该电磁式流量计至少具有二十～三十年的使用寿命。
权利要求
1.一种电磁式流量测量系统，通过公用的总线将设置在多个位置处的检测被测定流体的检测部与检测仪表分别连接起来，从而用前述的检测仪表收集前述各个检测部检测出的流量值，其特征在于前述的检测部包括使被测定流体流过的测定管；向着管径方向安装在该测定管的内壁上的电极；与前述的公用总线相连接的，沿与前述测定管的管轴方向相正交的方向产生磁场的励磁线圈；放大产生在前述电极之间的感应电动势的放大器；对该放大器的输出实施取样的取样电路；从取样电路输出的信号中获得流量信号或累积流量信号的信号处理电路，连接在前述励磁线圈的两端之间的通信电路，而且该通信电路与前述公用总线上的交流电压同步发送前述流量信号或累积流量信号，并且与这一交流电压同步接收由检测仪表给出的信号，前述的检测仪表包括与前述公用总线相连接的、产生前述交流电压的交流电压产生电路，以及与前述公用总线相连接的、与前述交流电压同步向前述检测部发送信号、并且与这一交流电压同步、接收由检测部给出的信号用的通信电路。
2.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于前述的交流电压为方波电压。
3.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于前述的交流电压为梯形电压。
4.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于前述各个检测部按照预定的顺序，并与交流电压同步地根据与信号成比例的脉冲数，依次的发送出由自身的检测部获得的流量信号或累积流量信号。
5.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于在前述的检测部处连接有与励磁线圈串联连接的开关，这一开关可根据前述检测仪表发出的指令断开。
6.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于前述的交流电压产生电路可在逆极性变化的过程中产生具有一定零位时间的交流电压，而前述检测部的通信电路和前述的检测仪表的通信电路利用前述零位时间实施与前述交流电压同步的信号的通信。
7.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于前述的检测部还具有响应流经励磁线圈的励磁电流的大小，对流量信号或累积流量信号实施补偿的补偿装置。
8.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于前述的检测部通过与励磁线圈串联连接的恒流电源将励磁电流保持为一定。
9.如权利要求1所述的电磁式流量测量系统，其特征在于在前述检测部连接有与励磁线圈串联连接的开关，这一开关可基于前述的检测仪表发出的指令，根据前述检测部中信号处理电路的判断而断开。
全文摘要
本发明的电磁式流量计系统包括有一个单一的检测仪表,多个电磁式流量计,以及连接这些电磁式流量计和检测仪表用的总线。这些电磁式流量计用于检测一般家庭使用的自来水管道中的水的使用量。采用这种方式便可以用单一的检测仪表远距离地集中收集多个数据。
文档编号G01F1/56GK1196478SQ9712577
公开日1998年10月21日 申请日期1997年12月4日 优先权日1996年12月4日
发明者富田丰文 申请人:株式会社东芝