多位计数轮机构

1.用于包括气流、水流量计或电表的容量测量仪器的多位计 数轮机构，其中在每两个计数轮中，高位计数轮在低位计数轮转 动最后十分之一圈时由进位齿轮带动继续转动十分之一圈，用于 读出每个计数轮(12)的无接触敏感元件(11，20，30，50，60) 安装在垂直于计数轮轴(15)的平面中的直径上，其特征在于， 在计数轮(12)上安装了三个第一种段(31，56，66)和三个第 二种段(32，57，67)，所说第一种段具有透光或不反射特性， 所说第二种段具有阻光或反射特性，借助于五个敏感元件(11， 20，30，50，60)由所说段读出了一种二进制码(13，21，55， 65)，这样在一个计数轮(12)的一整圈中，所说五个敏感元件 (11，20，30，50，60)产生了多达32种不同的信号状态，并且 所说段的分界线的角度至少变化一次，其中五个敏感元件(11， 20，30，50，60)包括设置在平行于计数轮(12)的轴(15)的 一块板(39)上的光电元件(40，41)和模压光导体(42)。
2.根据权利要求1所述的多位计数轮机构，其特征在于，所 说段的分界线的角度具有如下a-k的变量：
变量a：18°，78°，174°，198°，258°，354°
变量b：18°，42°， 78°，126°，246°，354°
变量c：18°，42°， 78°，198°，318°，354°
变量d：18°，54°，174°，258°，294°，354°
变量e：18°，42°，150°，198°，246°，354°
变量f：18°，54°，102°，150°，258°，354°
变量g：18°，54°，114°，150°，246°，354°
变量h：18°，54°，150°，186°，246°，354°
变量i：30°，78°，114°，162°，270°，354°
变量k：30°，78°，126°，162°，258°，354°
3.根据权利要求1或2所述的多位计数轮机构，其特征在于， 所说码由设置在一个圆弧上不等长的段(31，32，56，57，67) 构成。
4.根据权利要求1所述的多位计数轮机构，其特征在于，所 说敏感元件(11，20，30，50，60)均以与计数轮轴(15)相等 的径向距离设置在一个圆弧上。
5.根据权利要求1所述的多位计数轮机构，其特征在于，所 说敏感元件(11，20，30)制成光敏元件，特别是光探测元件， 它是单向光栅的一部分。
6.根据权利要求1所述的多位计数轮机构，其特征在于，所 说敏感元件(50，60)是电容性敏感元件。
7.根据权利要求6所述的多位计数轮机构，其特征在于，所 说五个电容性敏感元件(50，60)是窄的金属敏感元件片(53， 63)，一个码盘(55)或一个码圆柱体(65)紧设在敏感元件片 (53，63)附近，其中任一个具有交替的金属段(56，66)和非 金属段(57，67)，并对敏感元件片(53，63)和一个导电内环 (51，61)之间的电容进行测量。

已知用于气流、水流及电表中来测量流过的能量的流量计，其 中测得的体积或能量被传送至用于流量计中的具有降低的比例的 机械计数轮机构中。在这种情况下，计数轮机构显示出自上一次回 零或自其开始运行起流过的量。为了确定在某个期间的消耗量，在 该期间的开始和结束读出计数轮机构的状态。计数轮机构的一个最 佳结构包括一根轴，其上安装可转动的计数轮，计数轮的圆周上设 有0—9的数字；以及一根第二轴，其上以这样一种方式支承着可 转动的进位齿轮，使得由相应的进位齿轮带动的低位计数轮每次 在其最后十分之一转时使下一个高位计数轮转动十分之一圈。 DE2244404A1中公开了一种用于水表的计数轮机构。根据这种 水表的结构，具有较大的测量范围和较好的测量精度以使用于驱 动计数轮机构所需的力矩尽可能小是非常重要的。\nUS3732404公开了一种计数机构的电子读出的技术方案，其 中计数轮的连续旋转运动转变成了突然的运动。在这种情况下，需 要使用于作突然的运动的弹簧或类似物能够吸收足够的能量，以 使整个计数轮机构向前转动一步，例如，从19,999转至20,000。 EP202722B1公开了一种技术方案，它使用机械接触而不是突然 的运动来进行针型计数机构的电子读出。在这些技术方案中增加了 用于驱动计数轮机构所需的力矩。\n本发明的目的是以最简单的装置在任何所需的时候可用电子 方法读出测量仪表中的计数机构的指示状态的数字，而不会因此 大大地改变驱动计数轮机构所需的力矩。\n根据本发明，通过适当的、固定设置的无接触敏感元件来用电 子方法读出机械计数轮机构的指示状态，这种读出是在没有对于 计数轮机构的转动运动所要求必须满足的限制条件，例如突然的转 动(snap rotation)的情况下实现的。为了通过静止敏感元可靠地读 出非突然的运动(non-snap)计数轮机构在所有设置状态下的指 示，并估量出轮驱动的所需的机械游隙，敏感元件对于轮的每一圈 至少需要呈现出22种不同的信号状态。因而，可以一小于18°的误 差测量各计数轮转动的角度，并以小于36°的误差确定两相邻轮的 相对置位，从而可靠地确定计数轮机构的指示状态。在一个最佳技 术方案中，敏感元件对于每一圈呈现出30种不同的信号状态，每 一信号状态以12°的计数轮的转动角对称地分布。在这种技术方案 中，不管有多少个要读出的计数轮，可允许从一计数轮至另一计数 轮有几乎12°的机械游隙。\n对信号状态的要求是在每次以葛莱码(Gray code)的方式从一 个状态到另一个状态时，只有一个信号改变，这种要求对于用若干 个敏感元件探测机械位置的申请是公知的。\n下面参照附图对本发明的几个实施例进行描述。\n图1a为沿图1b中线1a—1a的部分截面图，示出本发明的第 一个实施例；\n图1b为沿图1a中线1b-1b的截面图；\n图2a示出本发明的第二个实施例；\n图2b示出本发明的第三个实施例；\n图3a—3k示出第三个实施例的所有可能的码；\n图4a为第四个实施例的纵剖面图；\n图4b为第四个实施例的横截面图；\n图5a示出第五个实施例；\n图5b为第五个实施例的部分纵截面图；\n图5c为第五个实施例的横截面图。\n第一个实施例中使用光敏元件作为单向光栅。在计数轮轴15 上设置若干个计数轮12，这些计数轮相互之间通过进位齿轮14 机械连接。进位齿轮14位于进位齿轮轴16上。通过一个图中未示 出的开口可以通常的方式可视地读出计数轮12。为了用电子方法 读出，每次以不同的径向间隔沿计数轮的横向于其一侧设置5个光 源10，另一侧设置5个光敏元件或光接受器11。在每一个计数轮 12上设置一个由透明和不透明部分(见图1a)组成的合适的多轨二 进制码13(见图1b)。由于各码轨之间的间隙非常小，这种方案计 数轮上光敏元件和码的精度要求很高。\n根据第二个实施例，和第一个实施例一样，对于每个计数轮12 同样使用5个作为单向光栅的一部分的光敏元件20。光敏元件20 在一绕计数轮轴15的圆弧上以相同的径向距离设置在一个光敏 元件板22上，并位于一个径向平面内。为了可转动的安装，最好使 所有5个光敏元件20一个接一个尽可能近地安装在计数轮12的 半个圆周中。各个光敏元件20之间的夹角为36°(图2a)。\n为了使编码器的结构尽可能可靠，最好在30种使用信号状态 中不考虑″11111″状态(所有光敏元件都打开)和″00000″状态(所 有光敏元件都关闭)，从而可对光敏元件功能进行全局测试(global test)。为此，须使5个光敏元件20以72°的夹角在整个圆周上均匀 分布(图2b)。其它可能的结构为光敏元件20以72°，36°，36°，72°， 或36°，72°，36°，108°的夹角设置。\n图3a，3b，3c，3d，3e，3f，3g，3h，3i和3k示出计数轮12上的 可能的码21。它们包括三段第一种31和三段第二种32。码21的 段31和段32之间的6条分界线以如下角度设置在计数轮12上：\n变量a：18°，78°，174°，198°，258°，354°\n变量b：18°，42°， 78°，126°，246°，354°\n变量c：18°，42°， 78°，198°，318°，354°\n变量d：18°，54°，174°，258°，294°，354°\n变量e：18°，42°，150°，198°，246°，354°\n变量f：18°，54°，102°，150°，258°，354°\n变量g：18°，54°，114°，150°，246°，354°\n变量h：18°，54°，150°，186°，246°，354°\n变量i：30°，78°，114°，162°，270°，354°\n变量k：30°，78°，126°，162°，258°，354°\n变量b至k只适用于径向对称分布的光敏元件30，即光敏元 件之间以相同的角度分布(见图2b)。码21还能够转动或反射。在 图3b中，也以举例的方式示出5个光敏元件30。在使用单向光栅 的情况下，第一种段由孔形成，而第二种段由薄板构成。也可使用 反射光栅，这时，第一种段应具有与第二种段明显不同的反射特性。\n特别适用于数量较大的生产的光敏元件的结构包括平行于计 数轮12的轴15设置在板39上的光电元件40和41。元件41用作 光源，其发出的光由模压光导体42引导至计数轮12的带码部分( 图4)。元件40为光敏元件，例如光敏电阻器。光导体上的箭头每 次指示光束的方向。\n根据本发明的第五个实施例的另一种成本合适的敏感元件装 备有电容性敏感元件50(图5a)。平行于计数轮12并靠近其轴安装 有一个带接线头52的导电内环51。相对于计数轮12静止的光敏 元件包括5个带终端54的窄的敏感元件片53，这些片以相同的角 间距设置。内环51和敏感元件片53设置在一个径向平面中，最好 位于一绝缘板上并距计数轮12一小的径向间距。计数轮12支承着 一个具有三个导电段56和三个非导电段57的码盘55。为确定计 数轮的置位，在终端52和54对内环51和各敏感元件片53之间的 电容进行测量。\n图5b和5c同样地示出作为第六个实施例的沿径向设置的带 敏感元件60的电容性变化例。每次测量金属圆柱体61和与其径 向相距的5个窄的敏感元件片63之间的电容。计数轮12具有带在 一环形槽64中横向相间的金属和非金属段66，67的码圆柱体65。 在这种情况下，码圆柱体65并不位于敏感元件片63和内环或圆柱 体61之间，而是靠敏感元件片63足够近，使测量的电容充分地受 到影响。\n除了电容性敏感元件，也可使用具有适当结构的导电性敏感元 件。