用於公用表的低阻抗編碼器的製作方法

2023-05-09 09:03:01

專利名稱：用於公用表的低阻抗編碼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及編碼器，特別是用於公用表並能承受公用表所處的苛刻環境的編碼器。
至於準確性，公用表最重要的元件或許就是它的編碼器，它產生客戶付費的讀數。因此，在開發和設計公用表編碼器時，準確度是一個主要的因素。由於電池的壽命有限，公用表電子儀器的電流損耗也是設計公用表的重要因素。
考慮到這些因素，公用表的最直接的設計方法是保持表內線路的高阻抗值，其結果就是高阻抗編碼器，這樣來降低電流消耗。但是，各種類型的汙染物質，包括水氣，損害了高阻抗線路的工作，也就損害了表的工作。為了避免表的汙染問題，從前的做法是對表的機械設計提出限制，使它有一個能減少表環境影響的表殼和表內可靠的機械元件。
但是，採用高阻抗編碼電路的公有表仍然產生故障，由於機械故障而導致編碼器計數出錯一直存在和/或比正常電流高的電流導致表內電池的漏電。例如，參考

圖1所示的現有技術氣表或電錶的高阻抗編碼器技結構。該結構提供了全天候對開關的監視。當開關由於正常工作或由於汙染不正常工作閉合時，其代表的是引起低電流的高阻抗和長電池壽命。但不正常的工作突際上是檢測不到的，除非表的其它元件也出現故障。這樣，為了在苛刻的環境下可靠工作，高阻抗編碼器已成為非常需要的條件。
現有技術已了解公用表內高阻抗編碼器的弱點，並通過按比例減小編碼器阻抗來解決這個問題。一種著眼於公用表電子儀器電流損耗可控的方法是與傳感器相聯的線路阻抗縮尺相結合，使編碼器傳感器循環工作。這是保持編碼器計數準確的一種合理的方法，但是，如果公用表的機械包裝有洩漏，那麼，公用表的電流消耗會很大，最終導致電池耗盡。
從上面的觀點可見，需要一種通過低阻抗編碼器而保持低電流的公用表，使它的工作基本上不受苛刻環境或汙染的影響。
低阻抗編碼器通常包括時鐘源和開關。時鐘源按預定的循環周期工作。開關有兩個位置，第一位置閉合，第二位置斷開。循環周期控制流過開關的電流。通過開關的高電流表明開關處於閉合狀態，並且已經發生了公用表紀錄的公用的消耗；開關在整個計量過程中繼續開和關。流過開關的低(或無)電流表示開關處於開狀態。
開關可放置在編碼器內部或遠離編碼器。公用表可以是水錶，氣表或電錶。但是在本發明的優選實施例中，公用表是水錶，它遠離編碼器而用電纜相連。使用編碼器內的循環周期工作基本上最小化了編碼器的電流消耗，從而延長了供電編碼器的電池壽命。
圖2是本發明公用表的低阻抗編碼器。
圖3是本發明低阻抗編碼器的公用表的方塊圖。
如圖所示，低阻抗編碼器10通常包括時鐘12，它連在節點(地)1和節點2之間。電壓源V1連在節點1和3之間，電阻R4連在節點2和3之間，而電阻R29連在節點2和電晶體Q13的基極之間，Q13的發射極在節點3連到電阻R4和電壓源V1。收集極在節點4連到開關14的第一邊，而開關14的第二邊如節點5所示連到電阻R9和電容C1並聯的接點6，它們又都連到節點1的地。電阻R10連在節點6和7之間，而電容C2連在節點7和地之間(節點1)。節點7又連到集成電路IC1，它是Itron另件號為ICS-0021-001的Itron ASIC，或等效用在Itron ERTS的集成電路(Itron，Inc.of Spokance，Washingfon)。
時鐘源12包括脈衝產生器DSTMI，它連到MOSFET M7的柵極，其漏極通過電阻R1(10KΩ)連到節點2，其源極連到節點1。當然，在不違反本發明精神的範圍內，可以使用其它時鐘源。開關14可在編碼電路內或遠離編碼電路，如圖3中實線方塊和虛線方塊所示。圖2所示的開關模型不僅包括具有端點1和2的開關本身，還包括代表大寄生電容的電容器C5，該寄生電容通常是在遠距離應用時產生，因為那時需要長電纜來聯接開關和編碼器的其餘電路。並聯電阻R52代表開關的洩漏電阻。注意，開關14最好是簧片開關，但在不違反本發明的精神下，可以使用其它開關。
作為一個非限制的例子，表1給出了低阻抗元件表和它們的優選值，但是應注意到，在不違反本發明的精神下，可以使用其它元件值。
表1

在工作時，時鐘源12產生持續時間為15微秒的脈衝，其周期為7.8毫秒，得到佔空比為15微秒/7.8毫秒或0.0192。應注意到，，在不違反本發明的精神下，可以使用其它脈衝持續時間，脈衝周期和佔空比。時鐘源12的輸出送到電阻R4和R29，它們作為正偏電阻，保證時鐘脈衝以所需的電壓電平送到電晶體Q13。當時鐘脈衝高時，電晶體Q13接通。如果當電晶體Q13接通時開關14閉合，則電流通過開關14並給電容C1充電。如果電晶體Q13接通而開關14斷開，則電流不通過開關14，而電阻R9給電容C1放電，其時間常數為方程(1)τ＝(R9)(C1)＝(2×106)(0.1×10-6)＝0.2秒注意時間常數，特別是C1的選擇，應避免開關的反跳效應。當閉合時，簧式開關的觸點會有最初的跳動或在達到穩定的閉合狀態前的振動，因此，C1要選得足夠大，使存儲電荷的時間比開關可能發生跳動的周期長。
如果當電晶體Q13接通時開關14閉合，且電容C1已被充電，則電流通過由電阻R10和電容C2組成的低通濾波器，它與電阻R9和電容C1一起有效地濾除瞬間的和高阻抗的尖峰信號。於是通過低通濾波器的信號用來鎖住集成電路IC1，而得到記數和公用表提供的測量。如果當電晶體13接通時開關14斷開，且電容C1已被放電，則集成電路IC1並不在循環周期的末端被鎖住。
與R9C1放電時間相組合的循環周期保證電晶體Q13在每一時間接通，電容C1有足夠的放電，使有充分的電流流過開關給電容C1再次充電。這就保證，該開關取樣的每一時間為連續的封閉觀察提供比較低的阻抗。這一點對簧式開關特別重要，它能夠機械閉合，但在高阻抗狀態有電的擾動；電擾動引起高阻抗編碼器出錯。通過簧式開關的高電流脈衝用來對電容C1充電，該電流要求開關閉合時為低阻抗。藉助於用高電流推動簧式開關，使簧式開關的不規則性實質性地減少，改善了簧式開關的性能。
為了進一步說明，在開關斷開期間的高阻抗中，簧式開關在電開(很高阻抗)和電閉(高阻抗)之間振動，而仍機械閉合。藉助於向簧式開關提供低阻抗循環周期或取樣，在簧式開關經歷電開(或者很高阻抗，或者高阻抗)之後的斷開期間回到底阻抗電閉狀態的可能性很小。這樣，本發明的低阻抗編碼器的操作大大減少了開關閉合計數出錯的數目。
本發明的低阻抗編碼器還提供附加優點，例如，當電晶體Q13接通，簧式開關14閉合時，其電路為「高」的低阻抗，但看端點2，由於電容C1，在高頻時電路仍為比較低的阻抗，它與開關位置或電晶體狀態無關。這一維持低阻抗的特點提供了有效的充分時間來清除瞬時的或靜電放電(ESD)。此外，當從簧式開關14向電晶體Q13的集電極看時，該電路是高阻抗，除了當電晶體Q13接通時之外。在遠距離開關14或編碼器10的情況下，它提供了不想要的信號進入編碼器10的阻擋層。
此外，低阻抗編碼器的結構是這樣，它提供了洩漏電阻R52，特別是，如果開關14正常地有一洩漏電阻R52，其有效電阻變為R52/佔空比，或對於小的佔空比很大。這就允許R52成為比較小而又呈現很大，使低阻抗編碼器10能連續正確地計數。注意，電纜電容C5將影響電阻R52的有效值。
在不違反本發明的基本屬性的精神下，本發明可以做成其它專門的形式，因此，所述明的實施例應被認為是圖示的所有方面，但並不限制。所附權利要求而不是前面的描述表明了本發明的範圍。
權利要求
1.一種用於公用表的低阻抗編碼器，其中所述的編碼器包括時鐘源，所述時鐘源按預定循環周期工作；開關，具有第一和第二位置，其中，所述循環周期控制流過所述開關的電流，其中，通過所述開關的高電流表示所述開關在第一位置，並產生作為公用表記錄的表的消耗，通過所述開關的低電流表示開關在第二位置。
2.根據權利要求1所述的低阻抗編碼器，其特徵在於所述開關的位置分成編碼器內和遠離編碼器兩組。
3.根據權利要求1所述的低阻抗編碼器，其特徵在於公用表從水錶、氣表或電錶中選擇。
4.根據權利要求1所述的低阻抗編碼器，其特徵在於公用表包括水錶。
5.根據權利要求4所述的低阻抗編碼器，其特徵在於水錶遠離低阻抗編碼器。
6.根據權利要求1所述的低阻抗編碼器，其特徵在於循環周期工作顯著地減少了低阻抗編碼器消耗的電流。
7.一種用於公用表的數據收集單元，包括低阻抗編碼器，所述低阻抗編碼器包括時鐘源，所述時鐘源按預定的循環周期工作；開關，有第一和第二位置，其中，循環周期控制流過開關的電流，而通過開關的高電流表示開關在第一位置，且產生作為公用表記錄的表的消耗，而通過開關的低電流表示開關在第二位置；計數器，其中，所述計數器計數開關在所述第一位置的次數。
8.根據權利要求7所述的低阻抗編碼器，其特徵在於所述開關的位置可在編碼器內或遠離編碼器。
9.根據權利要求7所述的低阻抗編碼器，其特徵在於公用表從水錶、氣表和電錶中選擇。
10.根據權利要求7所述的低阻抗編碼器，其特徵在於公用表包括水錶。
11.根據權利要求10所述的低阻抗編碼器，其特徵在於水錶遠離低阻抗編碼器。
12.根據權利要求7所述的低阻抗編碼器，其特徵在於循環周期工作減小了低阻抗編碼器的電流消耗。
13.一種用於公用表計量裝置的低阻抗編碼裝置，其中，所述公用表計量裝置用於記錄表的傳送量，其中，所述編碼裝置包括時鐘裝置，用於根據預定的循環周期產生時鐘脈衝；開關裝置，用於在第一位置和第二位置之間切換，所述循環周期控制流過開關裝置的電流，而流過開關的高電流表示開關裝置在第一位置，並產生作為公用表記錄的表的消耗，而流過開關裝置的低電流表示該開關裝置在第二位置。
14.根據權利要求13所述的編碼裝置，其特徵在於開關裝置可在編碼裝置內或遠離編碼裝置。
15.根據權利要求13所述的編碼裝置，其特徵在於公用計量裝置從記錄水消耗量的水計量裝置、記錄氣消耗量的氣計量裝置和記錄電消耗量的電記錄裝置中選擇。
16.根據權利要求13所述的編碼裝置，其特徵在於公用計量裝置為記錄水消耗量的水計量裝置。
17.根據權利要求16所述的編碼裝置，其特徵在於水計量裝置遠離編碼裝置。
18.根據權利要求13所述的編碼裝置，其特徵在於循環周期工作大大減小了編碼裝置的電流消耗。
19.一種公用表，包括記錄器；數據收集單元，它與記錄器通信，所述數據收集單元包括低阻抗編碼器，所述低阻抗編碼器包括時鐘源，所述時鐘源按預定循環周期工作；開關，有第一和第二位置，其中，循環周期控制流過開關的電流，流過開關的高電流表示開關在第一位置，並產生作為公用表的記錄的表的消耗，而通過開關的低電流表示開關在第二位置；計數器，其中，所述計數器計數開關在所述第一位置的次數。
全文摘要
一種阻抗編碼器一般由時鐘源和開關組成,時鐘源按預定的循環工作,開關有第一(閉合)和第二(斷開)位置,循環工作控制流過開關的電流。流過開關的高電流表示開關為閉合狀態,並作為公用表的記錄產生表的消耗;開關在整個計量過程中繼續開和關。通過開關的低電流表示該開關為斷開狀態。
文檔編號G01F15/00GK1390296SQ00815597
公開日2003年1月8日 申請日期2000年11月13日 優先權日1999年11月12日
發明者阿龍·菲茨傑拉德, 加裡·拉森 申請人:艾特龍公司