專利名稱：管道煤氣(天然氣)流量戶外監示儀的制作方法
技術領域：
管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀可作為家庭、工礦企業和其他用戶使用煤氣(天燃氣)的戶外計量監示儀。
目前對用戶，特別是城鎮居民用戶使用煤氣(天燃氣)的數量，均采用定期的人工直接查閱、記錄煤氣計數表的方法。這種方法使查閱、記錄人員勞動強度大，增加了供需雙方的矛盾。對于用戶偷用煤氣的非法行為，或在煤氣計數表上制造人為故障等情況，煤氣(天燃氣)供應方尚無良好的技術對策，導致管理混亂、社會效益和經濟效益下降。發明人就此實用新型對專利和其他科技文獻，以人工方式進行了檢索和查閱，獲悉有少數發達國家，用汽車裝載遙感、遙測設備對用戶的煤氣(天燃氣)使用情況進行監測。在我國的四川省重慶市的部分區、縣的煤氣(天燃氣)管理部門為了防止偷氣、漏氣和解決輸差增大的問題，對于煤氣(天燃氣)的用戶只是安裝了總表，實施計量(《城市煤氣》1990，9期)。而對于每戶使用情況，尚無監視的技術措施。未發現有此項技術方案或與之相近似的技術方案在國內外出版物上公開發表和使用過，也未發現有人公布此項目的研究狀況。發明人經分析認為發達國家之所以沒有這類似的技術發明，這與其國情和未出現這些矛盾和問題有關。在擬訂該項研究課題之前，研制人員曾先后到北京、天津和上海等地的煤氣管理、經營和服務行業進行了調研，據不完全統計，全國城市使用煤氣的用戶達1000萬戶，所涉及的人口達4000多萬人，營業規模從10萬戶至100萬戶。因此，尋求一種安全、可靠的煤氣(天燃氣)計量監示儀，以減輕煤氣管理人員的勞動強度，改善管理經營方式，提高社會效益，是目前我國煤氣(天燃氣)供應、經營行業的主要研究課題之一。管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀就是根據這個需求研制出來的。
本實用新型的目的在于改進煤氣(天燃氣)流量計量的監示方法，降低操作人員的勞動強度，提高工作效率和經營效益；防止偷氣行經，提高監示裝置的穩定性和可靠性。
管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀的機電結構的技術方案及其智能化設計構思如下一種管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀的組成方框圖如
圖1所示。其中1－－高磁鋼體；2－－霍爾集成電路HS31EB；3－－整形電路；4－－倒相放大器；5－－不間斷電源；6－－接口(鎖存器)8243；7－－微型單片計算機8749H；8－－鍵盤；9－－數碼顯示器。接口和微型單片計算機可隨用戶的數量而增加和擴充其內存。
本監示儀借助于常用的具有進位功能的轉動齒輪把煤氣流量轉換成機械轉動量，再通過霍爾傳感器將機械轉動量轉換為電信號，該信號經接口(鎖存器)8243，微型單片計算機8749H處理后，送至數碼顯示器。也可用機械傳動計數器或液晶作為顯示計數顯示裝置。微型單片機由鍵盤進行控制，鍵盤設有四個功能鍵，它們分別被定義為①－－“顯示開關”鍵；②－－“用戶戶號變動”鍵；③－－“修改內存內容定位”鍵；④－－“定位修改”鍵。不間斷電源5是本監示儀的輔助設備，當市電斷電時，它能作為電源維持裝置的正常運轉。不間斷電源內設有一個4.5AH(安時)的蓄電池和一個自動控制充電機，在接通市電情況下，能自動地給蓄電池充電，當電池被充電到額定電壓時，則自動停止充電，以防止電池處于欠壓或過壓狀態，不間斷電源的輸入是220伏50周，輸出電壓是＋5伏。利用上述裝置和設備完成煤氣流量戶外監示儀的功能。本監示器的外殼可用金屬或非金屬材料制作。
需要強調指出的是，由于本監示儀采用了“無觸點”的電子開關，可以避免了因電或機械接觸點而產生的火花，使裝置安全、可靠地運行。
下面結合實施例，介紹各零部件的形狀、結構、技術特性、工作原理以及智能化工作程序。圖2是管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀的機電結構示意圖。其中1－－高磁鋼體；2－－“接地”處；3－－信號輸出端；4－－直流5伏電源接線片；5－－霍爾傳感器；6－－印制電路板；7－－支架；8－－固定螺釘；9－－小數點后第一位轉動齒輪；10－－小數點后第二位轉動齒輪；11－－小數點；12－－具有進位功能的七位數字轉動齒輪；13－－塑料外殼；14－－數字顯示窗孔。高磁鋼體1，它的尺寸是4.5mm(長)×3.5mm(寬)×2.5mm(高)，磁場強度為800奧斯特的磁體。根據計量精確度要求，它被鑲嵌在轉動齒輪的相應的位數，本實用新型用502號膠將高磁鋼體粘合在小數點后的第二位轉動齒輪的“0”位的內壁上，這七位數字轉動齒輪均由工業塑料制成。霍爾傳感器被固定在印制電路板6上，與高磁鋼體1相距約1.5～2毫米，位于通過轉動齒輪12的中心軸線的垂直平面上，使霍爾傳感器與高磁鋼體之間得到最佳的耦合度。當某一用戶使用的煤氣通過管道流動時，將驅動齒輪轉動，小數點后第二位轉動齒輪轉動到“0”位時，高磁鋼體通過霍爾傳感器輸出一幅度為5伏，寬度為2～4秒的脈沖方波信號，該信號經接口(鎖存器)8243，再輸送到微型單片計算機8749H，經處理后，一組信號經CD4511“四·七”譯碼器去控制數碼顯示管的陽極。另一組信號則經鎖存器74LS273，再通過與非門75452去控制數碼顯示管的陰極，只有當數碼顯示管的陽極和陰極同時加入信號時，才能有顯示。從而完成“0.1”單位的一次計數過程。因而，無論轉動齒輪是正向轉動還是逆向轉動，計數器都按此程序進行計數。所以，可防止偷氣的非法行為。其原理圖如圖3所示。其中1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15和16表示相應的用戶，它們的輸出信號送至接口8243的相應的輸入端16、15、14、13、17、18、19、20、21、22、23、1、5、4、3、和2上。接口8243再將信號P2.0、P2.1、P2.2、P2.3和Prog輸送到8749微型單片計算機，它和一些通用的外圍電子器件構成一套完整的智能的處理系統。8749單片機的一組信號P2.4、P2.5、P2.6和P2.7經輸出端35、36、37和38加至CD4511“四·七”譯碼器”的輸入端7、1、2和6。在“四·七”譯碼器”中，信號A、B、C、D被譯成a、b、c、d、e、f、g后，再加至數碼顯示管相應的陽極。微型單片機的另一組信號DB0、DB1、DB2和DB3被輸送到鎖存器74LS273的3、4、7、8端，作為74LS273的觸發信號，它的輸出信號Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8又被加到由四個芯片75452組成的8個與非門，由它們控制數碼顯示管的相應的陰極。本儀的數碼顯示器由四個LED5611－12數碼管(每支管構成兩位十進制數)組成。74LS244是連接在鍵盤①、②、③、④與8749H微型單片計算機之間的八總線緩沖器。當①、②、③、④四個鍵都未被按下時，則74LS244的四根輸入線均為高電平，當某一個鍵被按下時，則相應的輸入線出現低電平。此時，由單片計算機8749H向74LS244緩沖器發出控制指令，則信號RD輸入到74LS244的19端，鍵盤的狀態信息才通過74LS244讀入單片計算機8749H，經程序處理后，可對按鍵①②③④進行識別。
為了完成對煤氣用戶的自動計數、檢測和顯示功能，本儀將以下程序輸入到微型單片計算機8749H(請參閱附圖4)1.本儀采用8749H微型單片機和8243接口，對16戶(也可以多于16戶)使用煤氣量的信息，實行等時間間隔(0.2秒)掃描檢測處理。
2.每一用戶信號線上可能出現的信號或者是寬度為2～4秒，幅度為＋5伏的脈沖方波；或者是零伏電平的信號，它們經過接口8243，再輸至單片機8749H。
3.單片機8749H具有定時中斷功能，每隔0.02秒實現一次中斷。每次中斷后按圖4所示的流程框圖進行工作。
4.在單片機8749H的內存中設有一個數據緩沖區，用以存放該機的各種工作狀態，如檢測信息、鍵盤命令信息、顯示信息等。
5.每十次中斷后，則檢測一次各戶信號線上的狀態，存入內存，并參照上一次檢測內容進行處理。即當上一次檢測信號為0，這次為1的用戶，其信號線上出現一個方波上升沿，該用戶煤氣表上的轉動裝置開始以0.1立方米為單位進行進位，并在其計數器中完成0.1的累加操作。依次循環的對16個用戶完成數據處理后，將本次檢測所得的數據取代上一次的數據，并寄入內存，以備下一次檢測處理時調用。
6.是否讀鍵，如果在上次讀鍵有效之后，中斷次數未滿25次，則不允許讀鍵，否則允許讀鍵。如果按動讀入鍵盤，則根據讀入信息來修改緩沖區中的顯示信息(如是否允許顯示，顯示哪戶數據，是否修改內存狀態等)來確定哪一位(十進制顯示)需要進行修改。
7.是否顯示，平時不抄表時，關閉顯示。當抄表或儀器預置時，則根據顯示緩沖區中內容來顯示特定的信息。
8.中斷退出、等待下次中斷。
管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀的技術數據交流電源220伏 50周直流電源＋12伏、＋5伏環境溫度－20℃～＋50℃最大顯示數值99999.9立方米顯示誤差范圍0.02～0.119立方米(波動值，不能累計)最大功耗小于2瓦平均功耗小于1瓦單片計算機工作時鐘2兆赫按鍵釋放時間0.5秒各路信號脈沖寬度大于0.2秒數字信號識別TTL電平管道煤氣(天燃氣)流量戶外監示儀的外觀圖如圖5所示。需要說明的是圖片中顯示的名稱與專利申請文件是不一的，申請人要求以后者為準。
為了進一步檢驗本監示儀技術性能，研制者曾對10戶煤氣使用情況進行了檢測與監示，結果證明該儀器裝置的技術性能已達到原設計指標。
本實用新型具有以下優點(1)降低操作人員的勞動強度，提高了工作效率和經營效益。
(2)可以有效地防止偷氣行經，提高了煤氣監示裝置的安全性、穩定性和可靠性。
(3)監示儀中設有接口和單片計算機裝置，可對多個用戶的煤氣使用情況進行自動化處理。
(4)操作人員不操作時可關閉顯示，降低功耗。
(5)運用脈沖方波上沿出現的信息作為進位記錄判別的依據，提高了數據處理的可靠性和準確性，并使硬件的結構簡化。
權利要求1.一種轉動進位計數式的管道煤氣(天然氣)流量戶外監示儀，其特征是(1)在多位數字轉動進位齒輪的一位齒輪的內壁上，鑲嵌著一高磁鋼體；(2)在通過轉動齒輪的中心軸線的平面上，與安裝高磁鋼體相對應位置的轉動齒輪接近的地方裝有霍爾傳感器；(3)有一個將用戶使用煤氣量的信息的傳輸線與微型單片計算機連接的接口裝置；(4)監示儀中裝有微型單片計算機；(5)有一個顯示計算機數據處理結果的顯示器；(6)監示儀設有定時中斷、周期掃描、判別進位、定位修改、抄表顯示等程序；(7)監示儀的的外殼由金屬或非金屬材料構成。
2.根據權利要求1所述的管道煤氣流量戶外監示儀，其特征是霍爾傳感器將用戶使用煤氣數量的信息通過接口輸入到計算機，計算機將數據處理的結果輸入到顯示器裝置。
3.根據權利要求1所述的管道煤氣流量戶外監示儀，其特征是設有以下工作程序(1)在每一用戶的信號線上或出現寬度為2～4秒，幅度為＋5伏的方波信號或為零伏電平；(2)計算機每隔0.02秒實現一次中斷；(3)經10次中斷后，對各用戶信號線上的狀態進行一次檢測，并存入內存；(4)當中斷滿25次時，計算機發出“允許讀鍵”的指令；(5)計算機以0.2秒為周期對各用戶輸出信號進行掃描；(6)以用戶信號線方波上升前沿瞬態作為計算機進行計數的信息；(7)每次信號檢測都是在最接近的前一個周期檢測的結果數值上，進行“1”的累加；(8)操作員按動鍵盤，并根據讀入數據來修改顯示器中相應位數的數值；(9)當操作員的查表計數工作完畢后，再次按動“顯示開關”，監示儀停止顯示。
專利摘要管道煤氣(天然氣)流量戶外監示儀是能自動的對用戶的煤氣使用情況進行檢測計量的裝置。目前所用的人工直接查表記數方法，勞動強度大，對非法的用氣等行為也無能為力。本儀將煤氣用量信息，通過裝在數字轉動齒輪上的高磁鋼體與霍爾傳感器的相對位置的變化，把機械轉動量變換成電信號，經接口和計算機處理后，輸入到數碼顯示器。它具有自動檢測、計量和顯示等功能，可減輕勞動強度，防止非法用氣行徑，提高管理效益。是一種能對煤氣流量進行安全、可靠檢測計量的儀器。
文檔編號G01F1/56GK2085953SQ9022601
公開日1991年10月2日 申請日期1990年12月21日 優先權日1990年12月21日
發明者楊承保, 朱念秋, 程春生, 王先林, 闞成琳, 熊順銓 申請人:中國科學院武漢分院新產業技術公司
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