專利名稱：用于流量計(jì)的電絕緣接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從流量計(jì)，特別是氣體流量計(jì)，讀取流量測量結(jié)果或者其它數(shù)據(jù)的接口電路，該接口電路包括與接口電路的其它部分電絕緣的一個(gè)電路。
在公用事業(yè)業(yè)務(wù)中，遠(yuǎn)程或者自動(dòng)讀取消耗量測量儀表的方式呈上升趨勢。從測量儀表中自動(dòng)讀取消耗量數(shù)據(jù)，并通過電話線或者其它通信線路傳送到一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫。在家居環(huán)境中，需要讀取許多種測量儀表(例如，氣、水和電)，可以從每個(gè)測量儀表中讀取消耗量數(shù)據(jù)，并將它們存貯在設(shè)置于戶內(nèi)的一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)匯集裝置中，例如，這個(gè)數(shù)據(jù)匯集裝置可以與電話網(wǎng)相連，以便將數(shù)據(jù)下載到公用事業(yè)總部的中心數(shù)據(jù)庫中。
或者是，除了測量和存貯耗電量數(shù)據(jù)以外，電表本身還可以用作從氣表和水表接收數(shù)據(jù)的中央節(jié)點(diǎn)。隨著固態(tài)電子電表的不斷成熟，這種功能更加易于實(shí)現(xiàn)，并且由于消除了單獨(dú)的數(shù)據(jù)匯集裝置而降低了成本。
在遠(yuǎn)程讀取流量計(jì)的情況下，用來讀取這些儀表的電路中產(chǎn)生了一些在電表中不存在的特殊問題。特別是，與電表不同，流量計(jì)需要配備一個(gè)獨(dú)立的電源。此外，由于電子電路與流體貼近，使安全問題也很重要。雖然這個(gè)問題在水表或者熱力表中也存在，但是在氣體流量中尤為特殊，因?yàn)轱@然必須要避免任何由于故障、短路、電子器件的發(fā)熱等原因造成的爆炸危險(xiǎn)。
為此，任何與讀取流量計(jì)直接相關(guān)的電路系統(tǒng)都需要電絕級(jí)。在將電表作為數(shù)據(jù)傳送的中央節(jié)點(diǎn)的情況下，這種需要尤其重要，因?yàn)樵撾姳碇苯优c主電源連接。
迄今為止生產(chǎn)的裝置一般采用單獨(dú)電池為流量計(jì)提供電源，這是一種具有合理安全性的解決方法，但是從電池的有限壽命和成本的角度來看，這是極不合適的。此外，即使用電池使安全性提高了，在例如氣源附近存在存貯電荷或者活性化學(xué)物時(shí)也是非常危險(xiǎn)的。
本發(fā)明的特征在于絕緣電路包括一個(gè)光電池、一個(gè)與光電池連接并由其作為電源的發(fā)光元件、一個(gè)用于調(diào)制發(fā)光元件輸出信號(hào)的調(diào)制電路，其中所說輸出信號(hào)被調(diào)制為從流量計(jì)接收到的流體流量或者其它數(shù)據(jù)的函數(shù)，所說接口電路的其它部分還包括用于為光電池充電的光源和接收由所說發(fā)光元件發(fā)出的已調(diào)制信號(hào)的光敏傳感器。
以這種方式，本發(fā)明提供了一種真正安全的接口，它與儀表測量電路的其它部分電絕緣，其使用相對比較便宜的器件，而且消除了與例如以電池作電源的接口電路相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)。
最好是，所說絕緣電路還包括與光電池并聯(lián)的一個(gè)能量存貯元件，如電容器，以便在光源的電源用完時(shí)用作存貯能量的裝置。
最好是，所說調(diào)制裝置包括與流量計(jì)內(nèi)的一個(gè)機(jī)械式繼電器相連的連接件，光電池兩端的電壓根據(jù)該繼電器的操作而轉(zhuǎn)換，其中該調(diào)制裝置還包括接收從光電池輸出的、作為輸入信號(hào)的、經(jīng)過轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)的一差分電路，和一控制開關(guān)(例如，晶體管)，該控制開關(guān)用于接收差分電路的輸出信號(hào)，以啟動(dòng)發(fā)光元件響應(yīng)繼電器狀態(tài)的改變發(fā)出一個(gè)光脈沖信號(hào)。
在流量測量系統(tǒng)中，可以將流量計(jì)中的機(jī)械式繼電器與隨著流過流量計(jì)的流體而轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)閥門相連?；蛘撸摾^電器可以是用于檢測偏差(fraud)的一種傾斜式(tilt)檢測機(jī)構(gòu)的一部分。
有利的是，發(fā)光元件和光敏傳感器用于傳送和接收那些明顯不同于光源和光電池使用的頻率的光。例如，發(fā)光元件和光敏傳感器可以使用紅外光，而光源和光電池使用可見光。
這樣就避免了例如由光源的光敏傳感器意外飽和，和確保組合在一起的各種接口部件不出現(xiàn)任何問題。
最好是，用來光電池供能的光源包括多個(gè)串接的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管價(jià)格低廉并且是低耗光源，多個(gè)這些二極管串聯(lián)連接可以降低其額定值，并且沿電池長度方向提供更加均勻的光照。
絕緣電路中的發(fā)光元件可以包括一個(gè)或者多個(gè)紅外發(fā)光二極管。
最好是，接口電路其它部分的中的光源和光敏傳感器中的一個(gè)或者兩個(gè)都與一個(gè)或者多個(gè)反偏齊納二極管并聯(lián)。這些二極管的作用在于防止電流波動(dòng)的保護(hù)，并且防止光源和光敏傳感器與絕緣電路周圍元件之間發(fā)生短路。
最好是，作為一種進(jìn)一步提高安全性的措施，光源和光敏傳感器之一或者兩者的電源還包括一個(gè)或者多個(gè)保險(xiǎn)絲元件，以便在電源波動(dòng)時(shí)斷開電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣電路元件可以安裝在一個(gè)電路板上，該電路板與設(shè)置在一個(gè)第二電路板上的接口電路其它部分的元件靠近，但是與之分開一定距離。
該接口電路可以以從其它測量儀表中接收消耗量數(shù)據(jù)的一種單獨(dú)數(shù)據(jù)匯集裝置的形式來實(shí)施，或者僅僅專用于讀取一種流量計(jì)。但是，本發(fā)明尤其適用于在結(jié)合于電表內(nèi)的裝置的實(shí)施例中使用。在這種情況下，該接口電路還借助于接口電路內(nèi)或電表內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)光絕緣電路與電表內(nèi)的其它電路電絕緣。
下面僅作為例示介紹本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中

圖1表示根據(jù)該實(shí)施例構(gòu)成的一種接口電路的各個(gè)元件；圖2表示圖1所示絕緣電路元件和接口電路的其它部分元件的實(shí)際配置結(jié)構(gòu)；以及圖3表示圖1所示接口電路與一個(gè)固態(tài)電表的連接。
參見圖1，其中表示接口電路1與一個(gè)氣體流量計(jì)2相連以從中讀取流量數(shù)據(jù)。該接口電路同樣可用于其它類型的流量計(jì)，如水表或者熱力表。接口電路1分為電絕緣電路3和接口的其它部分4。
接口電路的絕緣電路3包括一個(gè)與電容器C1相連的光電池6，當(dāng)電路的直接供電裝置停止供電時(shí)，該電容器用作緩沖貯能器。光電池的輸出還通過連接件CN1連接到氣體流量計(jì)2中的機(jī)械式繼電器7上，而后與包括一個(gè)電容器C2和電阻R1和R2在內(nèi)的差分電路8以及由電阻R3偏置的晶體管TR1構(gòu)成的控制開關(guān)9相連接。晶體管TR1又與由電阻R4偏置的紅外發(fā)光二極管IRD1構(gòu)成的發(fā)光元件10相連接。
這個(gè)實(shí)施例是針對帶有一個(gè)簡單的機(jī)械式繼電器的氣體流量計(jì)描述的。但是，在其它實(shí)施例中，可以使用該接口來啟動(dòng)氣體流量計(jì)內(nèi)更加復(fù)雜的無源或者有源電路元件。同樣，雖然本發(fā)明的目的在于提供一個(gè)電源，以便在流量計(jì)中不需要電池，但這并不意味著不允許將電池與其結(jié)合使用，和用作為給氣體流量計(jì)中的電池供電電路充電的裝置。
接口電路4的其余部分包括光源11，光敏傳感器12和開關(guān)晶體管TR2，其中所說光源為電阻R6偏置的、串聯(lián)的三個(gè)工作產(chǎn)生可見紅光(大約635nm)的發(fā)光二極管PD1、PD2、PD3，其中所說光敏傳感器為電阻R5偏置的發(fā)光二極管PT1。發(fā)光二極管PT1的輸出控制開關(guān)晶體管TR2，以經(jīng)由所說輸入端13向電表電路5輸入一個(gè)信號(hào)。用電表的調(diào)制解調(diào)器輸出端14出現(xiàn)的一個(gè)9V信號(hào)為這一側(cè)的接口電路供電。
在工作過程中，用光源11發(fā)出的光為光電池6充電以提供一個(gè)輸出電壓，一般為2V數(shù)量級(jí)。所說輸出電壓由氣體流量計(jì)內(nèi)的機(jī)械式繼電器7根據(jù)氣體流量計(jì)內(nèi)的流速進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這個(gè)完全常規(guī)的繼電器根據(jù)流量計(jì)中一個(gè)閥門的翻轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換。由差分電路8處理方波轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)，以使控制開關(guān)9根據(jù)繼電器的每次正向轉(zhuǎn)換狀態(tài)把光源10接通和斷開，以產(chǎn)生一個(gè)表示流量大小的脈沖紅外光信號(hào)。
傳感器12接收上述脈沖紅外光信號(hào)，該傳感器使晶體管TR2接通或斷開，以便通過輸入端13把接收到的流量數(shù)據(jù)傳送到電表5的計(jì)量電路，該電路把除其已經(jīng)存放的耗電量以外的數(shù)據(jù)采集和存貯下來。
光源11和光電池6使用可見光，而發(fā)光元件10和傳感器12使用紅外光可以避免互相干擾，并且使這些元件能夠組合到它們各自的電路板上。
如圖2所示，把絕緣電路各元件(特別是光電池6和發(fā)光元件10)安裝在一個(gè)第一電路板20上，而把接口電路其它部分的元件(特別是電源11和光敏傳感器12)安裝在一個(gè)第二電路板21上。在兩個(gè)電路板之間有大約1厘米的絕緣空隙，就可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10KV的絕緣。
作為一種進(jìn)一步的安全措施，如圖1所示，反偏壓齊納二極管Z1和Z2分別與光源11和光傳感器12并聯(lián)，同時(shí)在電路的電源連線中設(shè)置附加保險(xiǎn)絲元件15和16。當(dāng)電源發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在接口電路的這一部分，齊納二極管導(dǎo)通以傳導(dǎo)過剩電流，直到保險(xiǎn)絲15和16其中一只或者二只切斷為止。在上述過程中，利用齊納二極管Z1和Z2傳導(dǎo)掉過剩電流，避免了燒壞光源11或者傳感器12的可能性，并且防止了由于來自任何元件的導(dǎo)電材料濺入空隙，從而破壞絕緣空隙的危險(xiǎn)。
如圖1所示，通過使用開關(guān)晶體管TR3，就可以接通或斷開發(fā)光二極管PD1、PD2、PD3，其中所說晶體管TR3由電阻R7偏置，并且受電表5的調(diào)制解調(diào)器輸出所控制。這種任選的開關(guān)電路能使發(fā)光二極管獨(dú)立于電路的其它元件(如傳感器12)而被接通或者斷開，以避免電源的不必要消耗。這在氣體流量計(jì)包括更復(fù)雜的電路而不僅僅包括一個(gè)機(jī)械式繼電器的情況下特別有用。
圖3表示與接口電路到電表5的連接有關(guān)的、圖1所示電路系統(tǒng)部分的簡化圖。在本實(shí)施例中，還采用另外一個(gè)光絕緣裝置把接口電路的輸入端13與電表內(nèi)電路系統(tǒng)的其它部分分開。在該光絕緣裝置中，開關(guān)晶體管TR2輸出的信號(hào)把由電阻24偏置的發(fā)光二極管25接通或斷開。光電晶體管26接收發(fā)光二極管的輸出，以便將輸入AUX傳輸?shù)奖淼挠?jì)量元件。
利用一個(gè)類似的光絕緣電路(未示出)提供一個(gè)獨(dú)立的9V輸入信號(hào)來驅(qū)動(dòng)接口電路。而且這些光絕緣電路的使用為此系統(tǒng)提供了另一級(jí)的安全性。
在這個(gè)實(shí)施例中，該接口電路與一種已知類型的固態(tài)電表，例如由本申請人生產(chǎn)的INDIGO+電表一起使用。在另一個(gè)實(shí)施例中，該接口電路可以用于一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)匯集裝置中，以從其它儀表接收數(shù)據(jù)或者簡單地由其自身接收數(shù)據(jù)，如上所述。
本實(shí)施例是針對用一個(gè)機(jī)械式繼電器斷開和閉合表示的、用于讀取流速測量結(jié)果的接口來介紹的，其中所說繼電器受儀表內(nèi)的一個(gè)閥門控制操作。但是，這種接口電路同樣可以用于讀取流量計(jì)的其它數(shù)據(jù)。例如，由于流量計(jì)排量(displacement)產(chǎn)生的偏差(fraud)的指示。在這種情況下，圖1中的連接件CN1與一個(gè)對所說排量敏感的機(jī)械式繼電器相連。如前所述，繼電器閉合產(chǎn)生可由差分電路檢測到的正向轉(zhuǎn)換，從而輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。如果有必要，可以使用一對這樣的接口電路來同時(shí)讀取流量大小數(shù)據(jù)和偏差數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1．一種用于從流量計(jì)中讀取流量測量結(jié)果或者其它數(shù)據(jù)的接口電路，其包括與所說接口電路的其它部分電絕緣的一個(gè)電路，其特征在于所說絕緣電路包括一光電池、一與所說光電池連接并且由其作電源的發(fā)光元件、以及一用于將該發(fā)光元件的輸出信號(hào)調(diào)制為從該流量計(jì)接收到的流體流量或者其它數(shù)據(jù)的函數(shù)的調(diào)制裝置，而且其中所說接口電路的其它部分還包括一個(gè)用于為該光電池充電的光源和一個(gè)接收由該發(fā)光元件發(fā)出的經(jīng)調(diào)制的信號(hào)的光敏傳感器。
2．如權(quán)利要求1所述的接口電路，其中所說絕緣電路還包括與所述光電池并聯(lián)的一個(gè)能量存貯元件。
3．如權(quán)利要求1或2所述的接口電路，其中所說調(diào)制裝置包括與該流量計(jì)內(nèi)一機(jī)械式繼電器連接的一個(gè)連接件，所說光電池上的電壓根據(jù)所說繼電器的操作而轉(zhuǎn)換，所說調(diào)制裝置還包括從所說光電池接收轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)作輸入信號(hào)的一個(gè)差分電路和一個(gè)控制開關(guān)，所說控制開關(guān)用于接收所說差分電路的輸出信號(hào)，以便響應(yīng)所述繼電器狀態(tài)的改變而激勵(lì)發(fā)光元件發(fā)出光脈沖。
4．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路，其中所說發(fā)光元件和光敏傳感器用于傳輸和接收具有明顯不同于所說光源和光電池所使用頻率的光。
5．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路，其中所說激勵(lì)光電池的光源包括多個(gè)串聯(lián)的發(fā)光二極管。
6．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路，其中所說發(fā)光元件包括一個(gè)或者多個(gè)紅外發(fā)光二極管。
7．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路，其中所說接口電路其它部分中的所述光源和光敏傳感器之一或者二者與一個(gè)或者多個(gè)反偏齊納二極管并聯(lián)。
8．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路，其中所說接口電路其它部分的所述光源和光敏傳感器之一或者二者的電源包括一個(gè)或者多個(gè)用于當(dāng)光源波動(dòng)時(shí)切斷的保險(xiǎn)絲元件。
9．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路，其中所說絕緣電路的元件安裝在一個(gè)電路板上，該電路板安裝在一個(gè)第二電路板上的所說接口電路其它部分的元件附近，但是與之分開一定距離。
10．如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的接口電路其安裝在一個(gè)電表內(nèi)。
11．如權(quán)利要求10所述的接口電路，其中一個(gè)或者多個(gè)光絕緣電路進(jìn)一步把所說接口電路與該電表內(nèi)的其它電路相絕緣。
12．基本如前參照附圖所述的接口電路。
全文摘要
用于從流量計(jì)(2)中讀取流量測量結(jié)果或者其它數(shù)據(jù)的接口電路(1),它包括與所說接口電路的其它部分電絕緣的一個(gè)電路(3)、其中所說絕緣電路(3)包括一個(gè)光電池(6)、一個(gè)與所說光電池相連接并由其作電源的發(fā)光元件(10)、和用來將發(fā)光元件輸出信號(hào)調(diào)制為流量計(jì)接收的流量或其它數(shù)據(jù)的函數(shù)的一個(gè)調(diào)制電路(CN1,8,9),所說接口電路的其它部分(4)還包括一個(gè)用于為光電池充電的光源(11)、和一個(gè)接收由所說發(fā)光元件發(fā)出的調(diào)制信號(hào)的光敏傳感器(12)。
文檔編號(hào)G01F1/60GK1206106SQ9810949
公開日1999年1月27日 申請日期1998年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月10日
發(fā)明者邁克爾·瓊斯, 格溫·威廉斯 申請人:施藍(lán)姆伯格工業(yè)有限公司