专利名称：用于流量计的电绝缘接口电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从流量计，特别是气体流量计，读取流量测量结果或者其它数据的接口电路，该接口电路包括与接口电路的其它部分电绝缘的一个电路。
在公用事业业务中，远程或者自动读取消耗量测量仪表的方式呈上升趋势。从测量仪表中自动读取消耗量数据，并通过电话线或者其它通信线路传送到一个中心数据库。在家居环境中，需要读取许多种测量仪表(例如，气、水和电)，可以从每个测量仪表中读取消耗量数据，并将它们存贮在设置于户内的一个单独的数据汇集装置中，例如，这个数据汇集装置可以与电话网相连，以便将数据下载到公用事业总部的中心数据库中。
或者是，除了测量和存贮耗电量数据以外，电表本身还可以用作从气表和水表接收数据的中央节点。随着固态电子电表的不断成熟，这种功能更加易于实现，并且由于消除了单独的数据汇集装置而降低了成本。
在远程读取流量计的情况下，用来读取这些仪表的电路中产生了一些在电表中不存在的特殊问题。特别是，与电表不同，流量计需要配备一个独立的电源。此外，由于电子电路与流体贴近，使安全问题也很重要。虽然这个问题在水表或者热力表中也存在，但是在气体流量中尤为特殊，因为显然必须要避免任何由于故障、短路、电子器件的发热等原因造成的爆炸危险。
为此，任何与读取流量计直接相关的电路系统都需要电绝级。在将电表作为数据传送的中央节点的情况下，这种需要尤其重要，因为该电表直接与主电源连接。
迄今为止生产的装置一般采用单独电池为流量计提供电源，这是一种具有合理安全性的解决方法，但是从电池的有限寿命和成本的角度来看，这是极不合适的。此外，即使用电池使安全性提高了，在例如气源附近存在存贮电荷或者活性化学物时也是非常危险的。
本发明的特征在于绝缘电路包括一个光电池、一个与光电池连接并由其作为电源的发光元件、一个用于调制发光元件输出信号的调制电路，其中所说输出信号被调制为从流量计接收到的流体流量或者其它数据的函数，所说接口电路的其它部分还包括用于为光电池充电的光源和接收由所说发光元件发出的已调制信号的光敏传感器。
以这种方式，本发明提供了一种真正安全的接口，它与仪表测量电路的其它部分电绝缘，其使用相对比较便宜的器件，而且消除了与例如以电池作电源的接口电路相关联的缺点。
最好是，所说绝缘电路还包括与光电池并联的一个能量存贮元件，如电容器，以便在光源的电源用完时用作存贮能量的装置。
最好是，所说调制装置包括与流量计内的一个机械式继电器相连的连接件，光电池两端的电压根据该继电器的操作而转换，其中该调制装置还包括接收从光电池输出的、作为输入信号的、经过转换的电压信号的一差分电路，和一控制开关(例如，晶体管)，该控制开关用于接收差分电路的输出信号，以启动发光元件响应继电器状态的改变发出一个光脉冲信号。
在流量测量系统中，可以将流量计中的机械式继电器与随着流过流量计的流体而转动的一个阀门相连。或者，该继电器可以是用于检测偏差(fraud)的一种倾斜式(tilt)检测机构的一部分。
有利的是，发光元件和光敏传感器用于传送和接收那些明显不同于光源和光电池使用的频率的光。例如，发光元件和光敏传感器可以使用红外光，而光源和光电池使用可见光。
这样就避免了例如由光源的光敏传感器意外饱和，和确保组合在一起的各种接口部件不出现任何问题。
最好是，用来光电池供能的光源包括多个串接的发光二极管。发光二极管价格低廉并且是低耗光源，多个这些二极管串联连接可以降低其额定值，并且沿电池长度方向提供更加均匀的光照。
绝缘电路中的发光元件可以包括一个或者多个红外发光二极管。
最好是，接口电路其它部分的中的光源和光敏传感器中的一个或者两个都与一个或者多个反偏齐纳二极管并联。这些二极管的作用在于防止电流波动的保护，并且防止光源和光敏传感器与绝缘电路周围元件之间发生短路。
最好是，作为一种进一步提高安全性的措施，光源和光敏传感器之一或者两者的电源还包括一个或者多个保险丝元件，以便在电源波动时断开电路。
在一个实施例中，绝缘电路元件可以安装在一个电路板上，该电路板与设置在一个第二电路板上的接口电路其它部分的元件靠近，但是与之分开一定距离。
该接口电路可以以从其它测量仪表中接收消耗量数据的一种单独数据汇集装置的形式来实施，或者仅仅专用于读取一种流量计。但是，本发明尤其适用于在结合于电表内的装置的实施例中使用。在这种情况下，该接口电路还借助于接口电路内或电表内的一个或多个光绝缘电路与电表内的其它电路电绝缘。
下面仅作为例示介绍本发明的一个优选实施例，在附图中
图1表示根据该实施例构成的一种接口电路的各个元件；图2表示图1所示绝缘电路元件和接口电路的其它部分元件的实际配置结构；以及图3表示图1所示接口电路与一个固态电表的连接。
参见图1，其中表示接口电路1与一个气体流量计2相连以从中读取流量数据。该接口电路同样可用于其它类型的流量计，如水表或者热力表。接口电路1分为电绝缘电路3和接口的其它部分4。
接口电路的绝缘电路3包括一个与电容器C1相连的光电池6，当电路的直接供电装置停止供电时，该电容器用作缓冲贮能器。光电池的输出还通过连接件CN1连接到气体流量计2中的机械式继电器7上，而后与包括一个电容器C2和电阻R1和R2在内的差分电路8以及由电阻R3偏置的晶体管TR1构成的控制开关9相连接。晶体管TR1又与由电阻R4偏置的红外发光二极管IRD1构成的发光元件10相连接。
这个实施例是针对带有一个简单的机械式继电器的气体流量计描述的。但是，在其它实施例中，可以使用该接口来启动气体流量计内更加复杂的无源或者有源电路元件。同样，虽然本发明的目的在于提供一个电源，以便在流量计中不需要电池，但这并不意味着不允许将电池与其结合使用，和用作为给气体流量计中的电池供电电路充电的装置。
接口电路4的其余部分包括光源11，光敏传感器12和开关晶体管TR2，其中所说光源为电阻R6偏置的、串联的三个工作产生可见红光(大约635nm)的发光二极管PD1、PD2、PD3，其中所说光敏传感器为电阻R5偏置的发光二极管PT1。发光二极管PT1的输出控制开关晶体管TR2，以经由所说输入端13向电表电路5输入一个信号。用电表的调制解调器输出端14出现的一个9V信号为这一侧的接口电路供电。
在工作过程中，用光源11发出的光为光电池6充电以提供一个输出电压，一般为2V数量级。所说输出电压由气体流量计内的机械式继电器7根据气体流量计内的流速进行转换。这个完全常规的继电器根据流量计中一个阀门的翻转而转换。由差分电路8处理方波转换电压信号，以使控制开关9根据继电器的每次正向转换状态把光源10接通和断开，以产生一个表示流量大小的脉冲红外光信号。
传感器12接收上述脉冲红外光信号，该传感器使晶体管TR2接通或断开，以便通过输入端13把接收到的流量数据传送到电表5的计量电路，该电路把除其已经存放的耗电量以外的数据采集和存贮下来。
光源11和光电池6使用可见光，而发光元件10和传感器12使用红外光可以避免互相干扰，并且使这些元件能够组合到它们各自的电路板上。
如图2所示，把绝缘电路各元件(特别是光电池6和发光元件10)安装在一个第一电路板20上，而把接口电路其它部分的元件(特别是电源11和光敏传感器12)安装在一个第二电路板21上。在两个电路板之间有大约1厘米的绝缘空隙，就可以实现高达10KV的绝缘。
作为一种进一步的安全措施，如图1所示，反偏压齐纳二极管Z1和Z2分别与光源11和光传感器12并联，同时在电路的电源连线中设置附加保险丝元件15和16。当电源发生波动时，在接口电路的这一部分，齐纳二极管导通以传导过剩电流，直到保险丝15和16其中一只或者二只切断为止。在上述过程中，利用齐纳二极管Z1和Z2传导掉过剩电流，避免了烧坏光源11或者传感器12的可能性，并且防止了由于来自任何元件的导电材料溅入空隙，从而破坏绝缘空隙的危险。
如图1所示，通过使用开关晶体管TR3，就可以接通或断开发光二极管PD1、PD2、PD3，其中所说晶体管TR3由电阻R7偏置，并且受电表5的调制解调器输出所控制。这种任选的开关电路能使发光二极管独立于电路的其它元件(如传感器12)而被接通或者断开，以避免电源的不必要消耗。这在气体流量计包括更复杂的电路而不仅仅包括一个机械式继电器的情况下特别有用。
图3表示与接口电路到电表5的连接有关的、图1所示电路系统部分的简化图。在本实施例中，还采用另外一个光绝缘装置把接口电路的输入端13与电表内电路系统的其它部分分开。在该光绝缘装置中，开关晶体管TR2输出的信号把由电阻24偏置的发光二极管25接通或断开。光电晶体管26接收发光二极管的输出，以便将输入AUX传输到表的计量元件。
利用一个类似的光绝缘电路(未示出)提供一个独立的9V输入信号来驱动接口电路。而且这些光绝缘电路的使用为此系统提供了另一级的安全性。
在这个实施例中，该接口电路与一种已知类型的固态电表，例如由本申请人生产的INDIGO+电表一起使用。在另一个实施例中，该接口电路可以用于一个独立的数据汇集装置中，以从其它仪表接收数据或者简单地由其自身接收数据，如上所述。
本实施例是针对用一个机械式继电器断开和闭合表示的、用于读取流速测量结果的接口来介绍的，其中所说继电器受仪表内的一个阀门控制操作。但是，这种接口电路同样可以用于读取流量计的其它数据。例如，由于流量计排量(displacement)产生的偏差(fraud)的指示。在这种情况下，图1中的连接件CN1与一个对所说排量敏感的机械式继电器相连。如前所述，继电器闭合产生可由差分电路检测到的正向转换，从而输出一个脉冲信号。如果有必要，可以使用一对这样的接口电路来同时读取流量大小数据和偏差数据。
权利要求
1．一种用于从流量计中读取流量测量结果或者其它数据的接口电路，其包括与所说接口电路的其它部分电绝缘的一个电路，其特征在于所说绝缘电路包括一光电池、一与所说光电池连接并且由其作电源的发光元件、以及一用于将该发光元件的输出信号调制为从该流量计接收到的流体流量或者其它数据的函数的调制装置，而且其中所说接口电路的其它部分还包括一个用于为该光电池充电的光源和一个接收由该发光元件发出的经调制的信号的光敏传感器。
2．如权利要求1所述的接口电路，其中所说绝缘电路还包括与所述光电池并联的一个能量存贮元件。
3．如权利要求1或2所述的接口电路，其中所说调制装置包括与该流量计内一机械式继电器连接的一个连接件，所说光电池上的电压根据所说继电器的操作而转换，所说调制装置还包括从所说光电池接收转换电压信号作输入信号的一个差分电路和一个控制开关，所说控制开关用于接收所说差分电路的输出信号，以便响应所述继电器状态的改变而激励发光元件发出光脉冲。
4．如前面任何一项权利要求所述的接口电路，其中所说发光元件和光敏传感器用于传输和接收具有明显不同于所说光源和光电池所使用频率的光。
5．如前面任何一项权利要求所述的接口电路，其中所说激励光电池的光源包括多个串联的发光二极管。
6．如前面任何一项权利要求所述的接口电路，其中所说发光元件包括一个或者多个红外发光二极管。
7．如前面任何一项权利要求所述的接口电路，其中所说接口电路其它部分中的所述光源和光敏传感器之一或者二者与一个或者多个反偏齐纳二极管并联。
8．如前面任何一项权利要求所述的接口电路，其中所说接口电路其它部分的所述光源和光敏传感器之一或者二者的电源包括一个或者多个用于当光源波动时切断的保险丝元件。
9．如前面任何一项权利要求所述的接口电路，其中所说绝缘电路的元件安装在一个电路板上，该电路板安装在一个第二电路板上的所说接口电路其它部分的元件附近，但是与之分开一定距离。
10．如前面任何一项权利要求所述的接口电路其安装在一个电表内。
11．如权利要求10所述的接口电路，其中一个或者多个光绝缘电路进一步把所说接口电路与该电表内的其它电路相绝缘。
12．基本如前参照附图所述的接口电路。
全文摘要
用于从流量计(2)中读取流量测量结果或者其它数据的接口电路(1),它包括与所说接口电路的其它部分电绝缘的一个电路(3)、其中所说绝缘电路(3)包括一个光电池(6)、一个与所说光电池相连接并由其作电源的发光元件(10)、和用来将发光元件输出信号调制为流量计接收的流量或其它数据的函数的一个调制电路(CN1,8,9),所说接口电路的其它部分(4)还包括一个用于为光电池充电的光源(11)、和一个接收由所说发光元件发出的调制信号的光敏传感器(12)。
文档编号G01F1/60GK1206106SQ9810949
公开日1999年1月27日 申请日期1998年4月10日 优先权日1998年4月10日
发明者迈克尔·琼斯, 格温·威廉斯 申请人:施蓝姆伯格工业有限公司