CN101389968A - 将机械类型仪表的数值简单数字化成数字值的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种自动数字化仪表指示值的设备和方法。光发射器朝需要计数旋转数的目标数轮的外周表面上某所需区域发射光。光接收器接收反射光并将其转换成光检测信号。光检测信号被转换成数字数据，其被提供给测量计算机单元。关于供给物品目前是否正在被消耗的确定结果提供给测量计算机单元。仅仅如果由供给物品的使用引起稳定状态，则测量计算机单元计数增加T。此外，还采用温度和压力补偿单元，其补偿气体供给点的参考温度和压力与通过气表的气体的温度和压力值之间的差所引起的仪表读取误差，即计算温度和压力补偿系数。测量计算机单元将该补偿系数反映在自动读取值以提供更精确的数字化读取值。

Description

将机械类型仪表的数值简单数字化成数字值的方法及设备
技术领域
本发明涉及自动仪表读取(AMR)，尤其涉及能够自动读取机械仪表的消耗指示值并将读取值转换成数字值，进而使用远程读取仪表得到的数字化读取值的技术。
背景技术
(1)常规数字化技术
在通常的机械仪表中，供给物品，如气、水或电的消耗量显示为号码盘(numberplate)上旋转针或数轮列(number wheel train)的数值(以下称作“指示值”)。为了远程自动地读取机械仪表的指示值，需要将指示值(逻辑值)转换成数字值。
自动读取技术的代表性现有技术包括光自动读取、磁自动读取、声自动读取、图像识别自动读取等。对于光自动读取，光传感器用于对仪表的特定数轮或号码盘的旋转针的旋转数计数，以便读取仪表的指示值。在磁自动读取技术中，取代于光传感器，磁性传感器起到相同的作用。声自动读取技术在确定的数轮或旋转针每次旋转时产生唯一的机械声音并检测声音，以计数数轮或旋转针的旋转数。另外，图像识别自动读取方法获取数轮指示的数值的图片并利用光学字符识别技术将这些图像识别成数字值。所有这些技术以不同的方式将机械仪表的逻辑指示值转换成数字值。在这些技术中，本申请的发明人尤其关注于光自动读取技术。
光自动读取技术的典型示例包括VentureKorea递交的名称为“Signalgeneral for consumption of meter using an optical sensor(仪表中数轮的旋转计数器)”的韩国专利申请公开No.10-2000-52048以及名称为“Rotation counterfor the number wheel in a meter(仪表中数轮的旋转计数器)”的韩国实用新型登记No.20-273026。在VentureKorea的这些发明中，光传感器用于计数机械仪表的数轮列(wheel train)中特定数轮的旋转数量并使仪表的指示值数字化。图1至图3示出了与该技术相关连的常规自动读取设备。如图1所示，供给物品的消耗量显示为仪表3中消耗指示仪14的数轮列12中显示的数值。在形成数轮列12的数轮中，选择要计数其旋转数的数轮12a(以下，称作“选定或目标数轮(selected or target number wheel)”)。目标数轮的外周边表面的某个部分被形成为光反射区域20(例如，通过在某个部分上热压具有高反射率的材料)。另外，由置于箱35内的光发射器32和光接收器34所构成的光传感器单元30配置在外壳40内。外壳安装在消耗指示仪14上。这样，光发射器32和光接收器34朝光反射区域20的旋转路径上的某个区域定向。光发射器32从电源接收驱动信号并发射光，并且光入射在目标数轮12a的外周边表面上。在光入射在目标数轮12a外表面上的光反射区域20上时，大部分光被反射以提供高强度的光。当光入射在光反射区域20之外的其余区域上时，反射的光由于表面的低反射率而具有较弱的强度。该反射的光入射在光接收器34上并被转换成电信号。随着供给物品消耗，目标数轮12a旋转时，光反射区域20和其余区域可选择地通过光发射器32和光接收器34定向所朝向的某个区域，使得光接收器34输出的光检测信号在高电平和低电平之间交替。光接收器34的该光检测信号被转换成数字信号并分析信号的电平变换性能以确定目标数轮12a是否完成一个循环(revolution)。这些操作被编入程序，所述程序可在诸如微型计算机的计算机内运行，以计数目标数轮12a的旋转数。换句话说，光反射区域形成在目标数轮12a内。光反射区域具有显著不同于其余区域的光反射率，使得这两个区域反射的光具有不同的强度。
以上说明的VentureKorea的发明必然需要置于目标数轮外周边表面上的光反射区域。没有光反射区域，则发生高频率的测量误差。在制造数轮列时，在目标数轮外表面上设置光反射区域也是繁琐的。特别地，为了在消费端已经安装的很多存在的仪表中设置光反射区域，需要回收仪表。这非常不方便且实际上近乎不可能。
为了解决VentureKorea技术中的这个问题，韩国专利申请公开No.10-2005-66073披露一种通过分析多个光电装置的输出信号中图案变换而远程读取仪表的方法和设备。如图4至6所示，通过计数目标数轮12a的旋转数，而不必在目标数轮12a外表面上设置单独的光反射区域，该方法能够进行自动读取。
根据本发明，检测目标数轮12a的光传感器单元30a包括至少一个光发射器32a、32b和光接收器阵列34a。光发射器朝目标数轮12a外表面上的某个特定区域发射入射光。光接收器阵列34a由某个区域内群集的多个光接收器元件构成。光接收器元件接收目标数轮12a反射的光并输出相应的电信号。这些元件置于箱36内以形成集成片。数字0至9刻在或印在目标数轮12a的外周边表面上。在此，为了便于区分数字，外表面典型地由黑色材料形成而数字形成以白色，使得背景和数字具有不同的光反射率并且每个数字还有自己的光反射图案。本发明已经察觉出这些。光接收器阵列34a的每个光接收器元件的输出信号(光检测信号)被转换成数字信号。诸如微型计算机的计算机用于分析数字信号电平内随时间变化的图案并确定是否目标数轮12a已经完成一个循环。
可是，在该技术中，代替不提供单独光给目标数轮，需要大量的光接收器元件形成光传感器单元30a并相应地需要多重(multiple)光接收器元件。因此，增加了光传感器单元30a的制造成本。另外，因为微型处理器必须具有处理多重光接收器元件所需的相对大量数据的更高能力，所以增加了微型处理器的成本。此外，通过反射光的图案比较完成对于目标数轮是否已经完成了一个循环的确定，作为另一负担，则需要更高精确度的光传感器单元。
(2)气表中温度和压力误差的比较
通常，根据气体重量在批发商和零售商之间确定家庭和工业用气的供给和收费系统。可是，在零售商和工业消费者之间，则根据气体体积进行确定(假定安装在消费者端的气表为容积式气表)。例如，在韩国，在每个地方气体公司(直接销售气体给消费者的零售商)和韩国气体市政当局(为零售商供给其它的批发商)之间根据液化其它进行气体交易处理，并基于其它重量计算气体费用。相反，当每个地方气体公司销售气体给消费者时，通过气管供给气态气体。因此，以体积单位计量供给气体的量。
在此，能够发现在每个地方气体公司(零售商)从韩国气体市政当局(批发商)所购买的气体量与零售商卖给全部消费者的气体量之间存在显著的差别。因此，这些原因就是设建气体公司的气体供给地点(压力调节器的地点)处的参考温度和压力与通过每个消费者气表的气体的实际温度和压力之间的差别，进而导致二者之间气体体积的差别。该差别在下文中称作温度和压力误差。
自然地，单位重量的气体体积随其温度和压力而变化。气体供给者(零售商)通过气管从安装有压力调节器的气体供给地点(例如，在韩国为0℃和1ATM)为每个单独的消费者供给具有参考温度和压力的气体。此时，考虑到压力调节器和每个消费者的气表之间的气压降低，从压力调节器供给具有大约20～25mbar的气体。在容积式气表中，由具有弹性的薄膜形成体积测量容器，借助环境温度和压力的变化，即使气体质量相同，也会引起气体体积的变动(即，气表中测量的气体消耗量)。在气体通过气管传输到消费者的过程中，气体受环境温度和压力等的影响。因此，每个消费者的容积式气表中的气体温度和压力不必与上述参考供给温度和压力相同。这样，地点之间的温度和压力差导致气体密度的改变，并且每个消费者的气表中测量的气体体积变得不同于对应气体供给参考点供给的气体质量的气体体积，进而引起气表测量的消耗气体体积的差异和变动。因此，在气体供给商和消费者之间很难以精确和一致的气体价格进行收费。例如，处于热区域或高地的消费者不合理地支付与处于寒冷区域或低地的消费者相同的气体费用，尽管前者消耗了较少的卡路里(卡路里与气体的摩尔数，而非气体体积成比例)。
本发明的发明人已经发现温度和压力误差的原因并递交了一些解决方案的专利申请(参照名称为“Remote reading apparatus of gas meters havingtemperature and pressure compensation function(具有温度和压力补偿功能的气表的远程读取设备)”的韩国专利申请No.10-2003-0053627)。在上述专利披露的温度和压力补偿器中，每个气表配有一个温度测量装置。例如，温度传感器安装在气管的内部或接近气表。可是，对于压力，单独的压力测量装置关于单位面积中安装的多重气表被安装并测量大气压，而不测量气体压力。随后，测量的大气压的信息通过无线网络被传送至并分与多重气表(以便远程读取)。
可是，通过每个消费者的气表的气体温度和压力对于各个消费者可以不同。另外，单独消费者的气表中的温度和压力还可与气体供给地点的参考温度和压力不同。因此，为了最小化温度和压力误差，最佳信息时通过每个消费者的气表的瞬时气体温度和压力值。可是，在上述韩国专利申请公开No.10-2003-0053627中，大气压信息，而非气体本身压力值，用于补偿压力差。此外，大气压值是在单位面积内某点内测量的，而非来自每个消费者的气表，并且测量的压力值随后被施加于单位面积内所有的气表，进而导致压力差的不准确补偿。另外，根据常规技术，压力测量单元(用于测量大气压的单元)以及温度测量单元被安装在不同的位置。因此，这些单元必须单独制造和安装，进而导致低效率和不便利性。
发明内容
技术问题
因此，本发明为了解决上述现有技术的问题。本发明的一个目的是提供一种利用简化的光传感器且不必改变或修改仪表结构和构造，数字化通过机械仪表的数轮列所显示的指示值的方法和设备。
本发明的另一目的是提供一种数字化尤其是容积式气表的指示值以自动读取指示值，并补偿该指示值内包含的温度和压力误差，进而获得消耗指示值的温度和压力补偿数字数据。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种将机械仪表中供给物品消耗量的指示值数字化的设备，所述仪表包括具有相邻设置成一行的多个数轮的数轮列，指示值是刻在或印在数轮上的数值组合，所述设备包括：光发射器，其朝需要计数旋转数的目标数轮的外周表面上某所需区域发射光，上述光发射器借助电源产生光；光接收器，其设置为朝向上述某所需区域以接收目标数轮外周边表面反射的光发射器的光，上述光接收器将所接收光转换成对应所接收光的强度的电光检测信号并输出电光检测信号；将光接收器输出的电光检测信号转换成数字信号的模数转换器(analog-to-digitalconverter)；以及测量计算机单元(metering computer unit)，其以这样的方式读取仪表指示值：实时监测模数转换器所提供的数字信号，并确定每当数字信号的量(magnitude of digital signal)保持一致超过某个时间周期(a certainperiod oftime)并且随后不规则变动时目标数轮的数值已经增加“1”。
在以单位体积测量气体消耗量并且包括具有许多相邻设置成一行的数轮的数轮列以及指示值显示为刻在或印在数轮上的数值组合的容积式气表中，需要从数字化的读取值中去除温度和压力误差。为此，根据本发明的另一方面，提供一种具有补偿温度和压力误差的功能的数字化设备。所述设备包括：光发射器，其朝需要计数旋转数的目标数轮的外周表面上某所需区域发射光，上述光发射器借助电源产生光；光接收器，其设置为朝向上述某所需区域以接收目标数轮外周边表面反射的光发射器的光，上述光接收器将所接收光转换成对应所接收光的强度的电光检测信号并输出电光检测信号；将光接收器输出的电光检测信号转换成数字信号的模数转换器；温度和压力补偿单元，其以规则的时间间隔或气体消耗量达到某个值时测量气表内部或与气表相连的气管内部的气体的瞬时温度值和瞬时压力值，并以第一所需时间间隔计算温度和压力补偿系数，所述系数由于瞬时测量的温度和压力值与气体供给点处参考温度和压力值之间的差所引起；以及测量计算机单元，其以这样的方式读取仪表指示值：实时监测模数转换器所提供的数字信号，并确定每当数字信号的量保持一致超过某个时间周期并且随后不规则变动时目标数轮的数值已经增加“1”，并且温度和压力补偿单元计算的温度和压力补偿系数反映在第一所需时间读取的指示值中以计算温度和压力补偿读取值。
为了精确自动读取，数字化设备优选进一步包括通用(in-use)检测仪单元，其用于确定是否供给物品目前正在消耗并为测量计算机单元实时提供确定结果(determination result)。这样，测量计算机单元被构造成在数字信号的量在超过某个时间周期保持一致时，利用确定结果，测量计算机单元确定供给物品的使用或供给物品使用的间断引起一致状态而目标数轮的数值没有增加“1”，并且仅在供给物品的使用引起一致状态的情况下计数目标数轮的数值增加“1”或在使用中断引起的一致状态的情况下忽略一致状态。以这样方式获得的确定结果，在数轮列中最低位轮保持停止而在超过某个时间周期没有旋转时被确定为“未用(non-use)”，并且在最低位轮在某个时间周期内旋转时被确定为“未用”。通用检测仪单元提供的确定结果可用于检查并查看供给物品使用的中断是否引起超过某个时间周期的光检测信号的量稳定状态，而没有使目标数轮的数值增加“1”。因此，目标数轮的数值增加可防止双倍计数。
根据本发明的另一方面，提供一种数字化机械仪表中供给物品消耗量的指示值的方法，所述机械仪表包括具有相邻设置成一行的多个数轮的数轮列，其中指示值为刻在或印在数轮上的数值组合。所述方法包括：第一步骤，其中光发射器和光接收器朝着将要计数其旋转数的目标数轮外表面上的某所需区域设置，光发射器的输出光入射在目标数轮外周边表面上并在其上反射，光接收器接收反射光并将其转换成光检测信号并输出光检测信号；第二步骤，其中光检测信号通过模数转换器被转换数字信号；以及第三步骤，其中以这样的方式读取仪表的指示值：实时监测模数转换器所提供的数字信号，并确定每当数字信号的量在超过某个时间周期保持一致并随后不规则变动时目标数轮的数值增加“1”。
此外，为了更精确的读取，数字化方法进一步包括第四步骤，其确定是否供给物品正在被消耗，进而提供确定结果。在此情况下，在第三步骤中，当数字信号的量在超过某个时间周期保持一致时，确定结果用于确定是否一致状态是由于供给物品的使用或供给物品使用的中断而引起，而目标数轮的数值并没有增加“1”，并且仅在供给物品的使用引起一致状态或忽略供给物品的使用中断引起的一致状态的情况下，计数目标数轮的数值增加“1”。另外，按照上述方式直接获得确定结果，以便利用传感器检测数轮列中最低位轮是否正在旋转，并且作为检测结果，在最低位轮保持停止而在超过某个时间周期没有旋转，则被确定为“未用”，并且在最低位轮在某个时间周期内旋转时被确定为“未用”。
此外，在供给物品为气体时，以上述方式获得确定结果，以便利用传感器直接检测气体是否在仪表中或仪表附近的气管内流动。
此外，在供给物品为气体时，数字化方法可进一步包括：第五步骤，其以规则的时间间隔或在气体消耗量达到某个值时测量气表内部或与气表相连的气管内部的气体的瞬时温度和瞬时压力，并以第一所需时间的间隔计算时间和压力补偿系数，所述系数由于测量的瞬时温度和压力之间与气体供给点处参考温度和压力值之间的差所引起；和第六步骤，其把温度和压力补偿系数反映在第一所需时间的读取指示值中以计算温度和压力补偿读取值。
有益效果
如上所述，本发明的数字化设备可借助简单地附加于现存的仪表而安装在其中，而不引起任何的结构变化。因此，相比于目标数轮中必须设置光反射器的常规技术，本发明应用非常方便。
另外，相比于光传感器单元形成以需要大量光发射器和光接收器的矩阵阵列形式的常规技术，取代于为目标数轮提供光反射器，本发明的数字化设备具有简化的光传感器单元。在常规的矩阵阵列型的光传感器单元中，光接收器的采用数量由于有限的安装空间而收到限制。本发明能够提供该问题的完善解决方案。
此外，根据本发明，为仪表的数字化设备提供补偿温度和压力无偿的功能。因此，能够精确数字化读取的消耗值，而不受其它温度和压力值变动的影响。
附图说明
结合附图，根据以下详细描述能够充分理解本发明的其它目的和优点，其中：
图1至3示出了常规自动读取设备，其中光反射区域设置在目标数轮的外周边表面上，并且光传感器单元用于计数目标数轮的旋转数，图1和图2尤其示出了光传感器单元装配于仪表之前和之后的设备，而图3是沿着图2中线A-A的截面图；
图4至6是出了常规的自动读取设备，其中在没有光反射区域的情况下，由多重光接收器元件形成的光传感器单元用于计数目标数轮的旋转数，图4和图5尤其示出了光传感器单元装配于仪表之前和之后的设备，而图6是沿图5中线B-B的截面图；
图7示意性说明了用于数字化根据本发明第一实施例的仪表的指示值的设备，其中通过简化的[光传感器单元的波形分析实行数字化，而不为目标数轮提供任何的单独光反射区域；
图8示出了光接收器的光检测信号中电平变化图案而目标数轮在图7的数字化设备中正在旋转；
图9示出了在供给物品的使用中断而目标数轮在图7的数字化设备中正在旋转时光接收器的光检测信号中电平变化图案；
图10说明了进一步包含根据本发明第二实施例的“未用”的检测器单元的数字化设备，其中在用检测器单元(in-use detector unit)确定是否供给物品正在使用；
图11说明了具有图10中示例性的在用检测器单元的数字化设备；
图12是解释利用不同压力传感器检测气流的方法的示意图；
图13说明了根据本发明第三实施例的数字化设备，其中为图10的设备进一步提供温度和压力补偿单元以便能够获得补偿温度和压力误差的数字化读取值；
图14示出了图13的数字化设备在仪表中的安装；以及
图15至18为沿图14中线C-C截取的截面图，其示出了根据本发明实施例的示例性温度和压力测量装置。
具体实施方式
在下文中，本发明的示例性实施例将参考所附附图详细描述。
数轮列的旋转模式
仪表的数轮列12包括多个相继相邻配置的数轮。在大多数商业化的仪表中，数轮12由6至8个数轮组成，这些数轮相应于4至6个整数位和两个小数位。每个数轮一般由黑色的塑性树脂构成的平圆盘形成。沿数轮的外圆周面刻有从0至9的整数，其在那里面是白色的。相邻的数轮彼此相关以具有10：1的旋转比。因此，如果任一个数轮的旋转数被计数，那么比该被计数的数轮更高数字位的指示值可以被计算出。
另一方面，数轮列12的每个数轮以如下方式旋转。在整个数轮中，最低位的轮连续移动，同时消耗供给的物品(气体，水或电)。然而，其它数轮保持不动。然后，当相邻的较低位轮从“9”移动至“0”时，它旋转36°以使其表示值从前一个数值增加“1”。即，除了最低位的轮以外，其余的数轮不进行连续旋转，而是“间隙旋转”。
仪表的指示值可以通过计数仪表中某个特定位的轮的旋转数而自动阅读。在选择将被计数的特定数位轮时，考虑到数轮列12的上述旋转模式，最低位轮需要排除。此外，有必要排除在指示值的计算中对于供给物品消耗实际上考虑了的数位(一般为在小数点之前的整数位)。考虑到这几点以及确保准确的阅读值，优选选择紧接在最低位轮之前的数轮作为将被计数的特定数位轮12a(在下文中，称为“所选或目标数轮”)。一般的数轮列12在小数点后具有2个或3个小数位轮。从而，更优选地，目标数轮使用在小数点之后的第一或第二小数位轮。
(2)第一实施例
图7示出了根据本发明第一实施例的数字化设备100的构形。在图7中，数字化设备100应用于常规仪表2。数字化设备100可以应用于任何类型的仪表而没有限制，只要它们利用数轮列显示指示值。当应用时，仪表不需要在结构上变型(例如，光反射器对于数轮的供给等)。此外，在数字化设备100的应用中，将紧接在最低位轮之前的数轮选择为目标数轮12a。
数字化设备100包括光传感器单元30。光传感器单元30包括光发射器32和光接收器34，其安装在两个插孔腔38a和38b的内部，这两个插孔腔提供在约略矩形的箱35中。箱35安装在支架48的内部，该支架提供在外壳40的内部空间中。外壳40的闩锁件46封闭在消耗量指示单元14的横向侧处提供的凸缘16中。外壳40中覆盖仪表的数轮列12的部分由透明窗口构成以清楚地显示指示值。在该情况下，优选地，透明窗口构形为具有光学噪声屏蔽功能，以便防止光学噪声从外部进入外壳。
外壳40连接到仪表2，以便光传感器单元30配置在所选目标数轮12a的外圆周面的上方。这里，两个插孔腔38a和38b倾斜形成，以便两个腔38a和38b的出口朝向目标数轮12a的外圆周面上的某所需区域(在下文中，称为“目标区域”)定向。这里，从光发射器32出射的光入射到目标区域，然后反射以反向入射到光接收器34。提供在箱35中的上述两个插孔腔38a和38b彼此分离。从而，来自光发射器32的输出光不能直接朝向光接收器34入射，而是由目标区域反射并且输入到光接收器34中。
数字化设备100可以包括电源50。光发射器32通过由电源50提供的驱动功率产生光。在电源50使用电池的情况下，优选驱动功率以脉冲信号的形式提供，以最小化功耗。在利用脉冲信号作为驱动功率的情况下，优选脉冲信号的持续时间长于光电元件的响应时间，并且其占空比不超过1/100。此外，优选脉冲信号的周期不超过250ms。计时器56发送时钟信号到电源50，以产生光发射器32的驱动脉冲信号。从光发射器32产生的光辐射在目标数轮12a的外圆周面上的辐射区域上，然后从其反射。大多数反射光反向入射到光接收器34上。然后，光接收器34将入射光转换为相应于光强度的电信号，然后输出该电信号。
此外，数字化设备100具有耦合到光接收器34的输出终端的模数转换器(ADC)52和耦合到ADC52的测量计算机单元54。测量计算机单元54构形为包括例如微计算机的元件，其具有存储程序和数据、以及数据操作和处理的能力，这将在下文描述。对于测量计算机单元54的操作所需的时钟信号由计时器56提供。例如，测量计算机单元54包括：存储数据和程序的存储器元件，其利用根据本发明的测量逻辑电路实现；和中央处理单元，其用于执行程序以进行测量指示值所需的数据操作以及将操作结果存储到存储器元件等中。
数字化设备100构形为计数目标数轮12a的旋转(转动)数，由此自动阅读仪表的指示值。为了解释的目的，首先，假定供给物品被连续使用或消耗。在该情况下，最低的数轮12b连续旋转，但是刚好放置在最低数轮12b之前的数位处的所选目标数轮12a间隙(不连续)旋转，如前所述。即，当最低位轮从“0”移动至“9”时，目标数轮不旋转。仅当最低位轮从“9”切换其值到“0”时，目标数轮旋转以使其显示值从之前的值增加一(“1”)。在本实施例中，使用旋转轮的该旋转模式以计数目标数轮12a的旋转数。
当目标数轮12a旋转时，来自光发射器32的光入射到目标数轮12a的外圆周面，然后朝向光接收器34反射并输入到其中。光接收器34输出与入射光的强度成比例的电信号(光学检测信号)。这时，由于对于光接收器34的驱动力以脉冲的形式提供，因此来自光接收器34的输出电信号显现为脉冲形式，如图8所示。根据通过ADC52对从目标数轮12a反射的光强的观察，反射的光强随着目标数轮12a上的各个数字改变。然而，在确认目标数轮12a的旋转时，该变化的直接使用可能导致错误。这是由于反射光的变化随着仪表的类型以及随着甚至在相同类型的仪表中的装配状态变化。相反，优选利用目标数轮12a的间隙旋转，同时最低位轮12b连续旋转。
在最低位轮12b连续旋转时，从光接收器34取样的输出电信号获得一种波形，例如如图8(a)所示。其中目标数轮12a分别在数字5、6、7处保持停止的每个区域P1、P3、P5相应于时间周期，在该时间周期期间，最低位轮12b从“0”旋转至“9”。其中目标数轮12a分别从“5”移动至“6”和从“6”移动至“7”的区域P2和P4相应于时间周期，在该时间周期期间，最低位轮12b从“9”旋转至“0”。在目标数轮12a保持停止的区域P1、P3、P5中，光反射面不移动，从而取样信号具有不变的量m1i、m7i或m13i。然而，当目标数轮12a旋转以改变其数字值时，例如从“5”移动至“6”或从“6”移动至“7”(区域P2或P4)，光反射面移动或改变。因此，光反射率和反射图案改变，以便入射到光接收器34上的反射光强改变。结果，来自光接收器34的取样输出信号([m2，m3，m4，m5，m6]或[m8，m9，m10，m11，m12])具有非均匀大小。这种情况通常对于刻在或写在目标数轮12a上的所有数字发生，只要其数字值增加“1”。在非均匀幅度(amplitude)区域，例如区域P2和P4，信号具有足够大的波动以容易感知或检测，而几乎不管数轮的印刷态或装配态。在其中目标数轮12a保持在某个数字值(例如“5”或“6”)处的区域P2或P4处，如果供给物品被消耗，那么最低位轮即最低位轮12b连续旋转。对于各个区域P1、P2、P3、P4，P5的持续时间根据供给物品的瞬间消耗而改变。
如图8(b)所示，测量计算机单元54分析由ADC 52提供的数字信号值，以将区域P1、P3、P5和区域P2、P4彼此区分开，然后分别提供“逻辑低”和“逻辑高”。在区域P1、P3、P5中，数字信号值在某段时间周期内在某个限制内波动。在区域P2和P4中，数字信号值超过上述某个限制。即，当实时监视从ADC 52输出的数字信号的量时，只要该量在已经均匀保持了大于某个时间周期之后非均匀改变，那么将“逻辑低”和“逻辑高”分别分配到均匀区域和非均匀区域。然后，确定目标数轮12a的数字值已经增加“1”。换句话说，具有“逻辑高”的区域相应于目标数轮12a的数字值增加“1”。从而，“逻辑高”发生的数目可以被计数，并且，当计数变成10时，目标数轮12a被认为具有完全的一次旋转。
将这些测量步骤实现为一个程序，其然后被安装在测量计算机单元54中。测量计算机单元执行程序以能够自动数字化仪表2的指示值(消耗)。这里，理论上地，在其中目标数轮12a保持停止的区域P1，P3，P5期间，所有取样信号将具有相同幅度，但是实际上可能由于噪声等而具有轻微的波动。因此，上述限制将被确定以便高于上述波动范围。此外，如果选择限制过分大，那么其中目标数轮12a移动的区域P2和P4不能被区分。这些点将在选择最大的限制时被考虑。
(3)第二实施例
1)“错误阅读”的事件
然而，在本发明的上述第一实施例中，在其中供给物品间隙使用，即供给物品的消耗在目标数轮12a的旋转期间中断的情况下，通过测量计算机单元54计数的目标数轮12a的旋转数可能是不准确的。假定供给物品的使用当目标数轮12a正在旋转时停止或从时间点t1中断，然后在某个时间周期后，供给物品的使用恢复。在该假定下，从ADC 52取样的信号获得一个波形，例如如图9(b)所示。在供给物品被使用而没有中断的情况下，来自光接收器34的取样信号显示一个波形，例如如图9(a)所示。然而，在上述假定的情况下，如果供给物品的使用已经停止，例如在时间点t1处，那么在测量计算机单元54已经充分确认目标数轮12a处于旋转过程期间(即在区域P2和P4中)后，反射光的强度变得均匀或不变(例如图9(b)中的信号m41、m42，、m43、m44、m45、m46、m47)，尽管目标数轮12a的数字切换未完成。这是因为在其中供给物品的使用中断的区域Q2处，最低位轮12b和目标数轮12a都保持停止，从而入射到光接收器34的光强几乎均匀或不变。
根据第一实施例的逻辑电路，测量计算机单元54将接受目标数轮12a的旋转，作为目标数轮12a的数字值增加“1”，从而对于该事件分配逻辑高R1，即对于其中均匀电平的取样信号m1i之后有非均匀电平的取样信号m2和m3，并且其后稳定的均匀信号m41-m47出现的事件。然而，实际上，目标数轮12a没有完成相应于其数字指示值增加“1”的旋转移动。在该情况下，如果供给物品的使用在某个时间周期后(即从时间点t2)恢复，那么光接收器34的光学检测信号出现非均匀(例如，取样信号m5和m6)。因此，目标数轮12a完成其数字值增加“1”的旋转移动，然后光接收器34的光学检测信号电平再次稳定(例如信号m7i)。这时，测量计算机单元54再次接受目标数轮的该移动，作为目标数轮12a的数字值增加“1”，从而对于该事件分配逻辑高R2。因此，如上计数的目标数轮12a的旋转数包含错误。作为事实，尽管目标数轮12a的数字值增加“1”，但是测量计算机单元54可能错误的认为增加“2”(在下文中，称为“错误阅读或错误阅读事件”)。
为了避免该错误阅读事件，本发明的第二实施例提出了一种如图10所示的数字化设备。与根据第一实施例的数字化设备100的不同在于，第二实施例的数字化设备100-1进一步设有在用检测器单元58，其实时检测供给物品目前是否被使用或消耗并且将检测结果提供到测量计算机单元54。
错误阅读如下发生。当入射到光接收器34的反射光强(即光接收器34的光学检测信号的量)对于大于某个时间周期显现为稳定时，目标数轮的数字值被认为已经增加“1”。然而，在其中稳定态通过供给物品的使用中断而发生的情况下，目标数轮错误地被确定为已经完成对于其数字值增加“1”的旋转移动，尽管其实际的数字值并没有增加。因此，基于在用检测器单元58实时提供的供给物品目前是否被消耗的信息，测量计算机单元54作出从光接收器34输出的光学检测信号的量的稳定(均匀)态是否由供给物品的使用或由供给物品的未使用引起的决定。作为决定的结果，将前种情况计算为目标数轮12a已经完成其相应于其数字值增加“1”的旋转，而忽略后种情况。即，该逻辑电路在安装在测量计算机单元54中的测量程序中实现。更明确地，作为一种避免双重计数的方法，可以制备逻辑电路以便忽略脉冲R1和R2的任一个。
2)在用检测器单元58的具体例子
最低位轮12b在供给物品被消耗时连续旋转，在供给物品未使用时保持停止。可以检测最低位轮12b是否正在旋转，以便确定供给物品目前是否正在被使用。图11说明了在用检测器单元58a的一个示例性构形。在用检测器单元58a以下述方式构形：使用光传感器单元检测最低位轮12b目前是否正在旋转，从而确定供给物品目前是否正在被消耗。
在用检测器单元58a包括具有放置在箱35-1中的检测光发射器32-1和检测光接收器34-1的光传感器单元30-1。光传感器单元30-1具有与光传感器单元30相同的结构。前一个单元用于检测，后一个单元用于测量。实际上，两个光传感器单元彼此相邻配置，以便一个用于检测，另一个用于测量。可替换地，两个光发射器和两个光接收器可以放置在单个箱中，然后一对可以用于检测，另一对可以用于测量。电源50-1耦合到检测光发射器32-1并向其提供驱动脉冲。ADC 52-1耦合到检测光接收器34-1并从其中接收光学检测信号。检测计算机单元54-1耦合到ADC 52-1并接收取样信号值。耦合到电源50-1和检测计算机单元54-1的是计时器56-1以提供时钟信号。
根据输入到检测光接收器的反射光强度的实时观察，即来自ADC 52-1的取样信号输出，当供给物品没有使用时，取样信号值对于大于某个时间周期固定。相反，当供给物品正在消耗时，取样信号值保持波动。如果最低位轮12b对于时间的某个周期保持停止，那么确定供给物品目前没有被使用。根据这些确定原则，检测计算机单元54-1分析由ADC 52-1提供的取样信号，以确定供给物品目前是否正在被使用。来自检测计算机单元54-1的确定实时提供到测量计算机单元54。测量计算机单元54使用确定结果以区别以下两种情况i)和ii)。I)目标数轮12a具有相应于其数字值增加“1”的完全的旋转移动。II)供给物品的使用在目标数轮12a的旋转移动期间中断，从而入射到光接收器34上的反射光的强度变得不变或均匀。从而，可以防止上述的错误阅读。
最优选检测光传感器单元30-1相应于最低位轮12b配置。然而，它可以朝向刚好在最低位轮之前的数位处的数轮安装。例如，在目标数轮12a之后的数轮中，除了最低位轮以外的数轮具有以下特征(在该情况下，目标数轮至少是离最低位轮的第三数轮，或第三个之前的数轮。)。即，只要目标数轮改变其数字值，那么刚好在目标数轮之后的数轮具有完全的一次循环并且改变其数字值从“9”至“0”。这里，假定采用图4中的12a和12c分别作为检测数轮和目标数轮。具有检测光发射器和检测光接收器的光传感器单元安装在上述检测数轮处。然后，根据以下逻辑电路可以避免上述错误阅读。即，当目标数轮的反射光波动(即光接收器34的光学检测信号中或ADC 52的输出数字信号中的波动)然后变得稳定时，发生以下两个现象。
首先，在检测数轮的反射光的强度对于时间的某个周期保持不变然后开始波动的情况下，意味着供给物品正在被连续使用。在该情况下，如果检测计算机单元54-1确认该情况，那么它给测量计算机单元54提供供给物品目前正在被使用的检测信息。此外，目标数轮的反射光的稳定可以考虑为已经完成了其数字值的增加。因此，测量计算机单元54在测量计算机单元54的数字值中计数增加“1”。这里，时间的某个周期是当供给物品被最低程度地使用时从检测数轮的反射光的稳定态至波动的时间周期。该时间周期随着供给物品的类型或仪表的类型而变化，从而需要用实验方法获得。
第二种情况为检测数轮的反射光的强度保持不变，甚至在时间的某个周期已经过去后也不改变。该现象在供给物品的使用中断的情况下发生。从而，检测计算机单元54-1通知测量计算机单元54供给物品目前没有被使用。当然，在这时，目标数轮的反射光显现出稳定，但实际上目标数轮并没有完成其数字值增加“1”。从而，测量计算机单元54采取适当的测量以便不双重计数目标数轮的移动。例如，忽略目标数轮的反射光的目前波动，或忽略下一次发生的第一波动。
在用检测器单元58可以由磁性传感器单元(未示出)形成，该磁性传感器单元由永久磁铁和磁性传感器构成(例如行程开关(lead switch)，霍尔传感器等)，其取代光传感器单元。即，永久磁铁连接到例如最低位轮12b，以便与其一起旋转。磁性传感器配置在永久磁铁的旋转路径上。除了用磁性传感器单元代替光传感器单元以外，在用检测器单元58的其余部分以相同方式构造。通过利用磁性单元的该在用检测器单元，只要最低位轮12b完成一次旋转，同时供给物品连续使用，那么磁性传感器进入永久磁铁的磁场，然后从其中脱离。磁性传感器进入永久磁铁的磁场然后从中脱离时的每次，相应地，磁性传感器输出切换信号(例如，开/关信号)。对于来自磁性传感器单元的该输出信号的后处理与在光传感器单元中相同。
在用检测器单元的上述两种类型可以不管供给物品的类型而应用。例如在供给物品是气体的情况下，流量传感器可以安装在气表中或气表附近的气管中，由此检测气体流动。明确地，如图12所示，压差传感器单元可以用于检测气体流动。压差传感器单元由连接到仪表的气管90内部的喷嘴(orifice)6和压差传感器98构成，该压差传感器传感喷嘴6之前和之后之间的压差并产生相应的电信号。如果压差传感器98输出相应于传感结果的电信号，那么输出电信号将通过ADC 52-1转换为数字信号，并且检测计算机单元实时监视这些数字信号值。类似于之前所述的光传感器单元或磁性传感器单元，如果数字信号的电平对于时间的某个周期保持不变或均匀值，那么确定气体目前没有被使用。否则，气体被确定为目前正在被消耗。
上述逻辑电路，即根据第二实施例的数字化方法实现为程序，其然后存储在存储器中。CPU执行程序以实行该方法或逻辑电路。在用检测器单元58和测量计算机单元54可以使用具有例如存储器和CPU的微处理器。
(4)第三实施例
图13示出了根据本发明第三实施例的数字化设备100-2。除了数字化设备100-1的结构以外，该数字化设备100-2进一步包括温度和压力补偿单元60，以便温度和压力错误可以从对于消耗指示值的数字化阅读值中去除。
温度和压力补偿单元60(下文中，称为“T&P补偿单元”)包括温度测量装置62和压力测量装置64。以规则的时间间隔或只要在消耗的气体量到达了某个预定值时，温度测量装置62和压力测量装置64测量气表2或连接到气表2的气管90内部的瞬时温度和压力值。T&P补偿单元60包括温度和压力补偿器66(下文中，称为“T&P补偿器”)，用于计算瞬时温度和压力补偿系数KTP(下文中，称为“瞬时T&P补偿系数”)，其由于测量的瞬时温度和参考温度之间的差异以及测量的瞬时压力和参考压力之间的差异而产生。
由T&P补偿单元60计算的T&P补偿系数KTP提供到测量计算机单元54。在测量计算机单元54中，根据上述两个实施例的逻辑电路，T&P补偿系数(由T&P补偿单元60计算)受到对于某个时间周期所消耗量的实际阅读指示值的影响，由此计算温度和压力错误以及对于温度和压力错误补偿的消耗阅读值。
T&P补偿单元60可以构形为每一个小时、每两个小时或每天将测量的瞬时温度和压力值平均，以计算对于各个周期的平均温度和压力值。此外，测量计算机单元54可以使用消耗阅读值作为“权重因子”，以计算瞬时气体温度或气压的加权平均值。
图14说明了根据本发明第三实施例的使用具有T&P补偿功能的数字化设备的自动阅读设备。在图14的容积(薄膜型)气表2中，温度测量装置62和压力测量装置64配置在能够螺旋装配并且与气管90整体结合的箱68中。利用耦合器92a和92b，气管90密封耦合在现有的气体供给管94和气表2之间。光传感器单元30安装在仪表的指示单元的前面。数字化设备100-2的其余元件，即电源50，ADC 50，计时器56，测量计算机单元54，T&P补偿单元66，通信单元70等，实现在印刷电路板(未示出)中，然后将其配置在电路盒150中。光传感器单元30和温度和压力测量装置62和64通过电线82连接到印刷电路板。T&P补偿单元66，测量计算机单元54和在用检测器单元58的功能实现为一个程序，其存储在存储器中。这些功能通过CPU执行程序来进行。从而，T&P补偿单元66，测量计算机单元54和在用检测器单元58的硬件可以通过利用具有存储器和CPU的微处理器80来实现。此外，电路盒150可以进一步设有操作按钮152，用户可以通过它输入自动阅读、T&P补偿等所需的指令，以及设有显示单元154，用于显示CPU获得或计算的各种信息。在该情况下，用户操作按钮152和显示单元154耦合到CPU，以便用户的指令传送到CPU并且CPU提供测量结果。
数字化设备100-2安装在每个气体消耗装置处。为了有效的仪表阅读的目的，优选气体供给公司将其自己的气体供应区域划分为多个单元区域并对于每个单元区域安装局部无线收集器(local wireless collector)72。安装在每个单元区域中的局部无线收集器72经由有线通信网络或无线通信网络等(例如利用移动电话通信网络的数据通信)连接到气体供给公司的计算机76。数字消耗信息例如自动阅读值、T&P补偿系数，补偿的消耗等与每个消耗装置信息一起经由通信单元70传送到局部无线收集器72或局部无线通信中继器，其中数字消耗信息通过测量计算机单元54计算并对于温度和压力错误进行补偿。然后，局部无限通信中继器72将从分配的单元区域的消耗装置收集的信息通过通信网络74传送到气体供给公司的计算机76。以该方式，气体供给公司可以自动并且准确地阅读远程定位的每个消耗装置的气表。
另一方面，当假定T，P，T0和P0分别是瞬时温度(°K)，瞬时压力(hPa)，参考温度(°K)和参考压力(hPa)时，KTP＝T0·P/T·P0。参考温度和压力一般是0°K(＝273℃)和1ATM(＝1013hPa)。从而，瞬时温度和压力补偿系数KTP表示为以下等式(1)。
K TP = P × 273 1013 × ( 273 + T ) - - - ( 1 )
瞬时温度和压力补偿系数KTP可以从等式(1)或任何其它等效于等式(1)的物理原理的等式计算。等式(1)利用Boyle-Charles定律来确定。更明确地，气体体积根据温度和压力由下述等式(2)表示。
P·V＝Z·n·R·T        (2)
这里，P和V分别表示气体的绝对压力和体积。Z表示受到压力影响的压缩性因子。T和N表示气体的摩尔数和气体的绝对温度(°K)。通过气表2的气体的压力和温度相对低，即绝对压力中约1013-1399hPa以及接近室温。从而，Z＝1没有显著差别。利用等式(2)，在任意温度T和压力P处的气体体积可以通过下面的等式(3)表示，其中T0和P0是气体供给公司的气体供应位置处的参考温度和压力(在韩国的情况下，通常是0℃(273°K)和1ATM(1013hPa)，以及V0是在T0和P0处的气体体积。
P · V T = P 0 · V 0 T 0 - - - ( 3 )
等式(3)已知为Boyle-Charles定律，其清楚地限定了气体特性。利用在任意温度T和压力P处测量的气体体积V，在参考温度T0和压力P0处的气体体积V0即补偿的气体消耗量(V0)可以由等式(3)得到。根据补偿的气体消耗量(V0)，等式(3)可以重新写为如下等式。
V 0 = T 0 · P T · P 0 × V - - - ( 4 )
在参考温度和压力处(例如，在T0＝0℃＝273°K和P0＝1013hPa处)所消耗的气体量V0可以利用下面的等式(5)来计算。在等式(5)的右侧，除了V以外的余项是瞬时温度和压力补偿系数KTP，其由等式(1)表示。即V0＝KTP×V。
V 0 = 273 · P T · 1013 × V - - - ( 5 )
将解释利用瞬时T&P补偿系数KTP补偿T&P错误的方法。
瞬时T&P补偿系数用于补偿T&P错误。通过例子，瞬时温度和压力值在某个时间间隔处测量，以计算相应于该处的瞬时T&P补偿系数KTP。测量在这些时间间隔期间的气体消耗量V，然后将气体消耗量V乘以瞬时T&P补偿系数KTP以计算补偿的气体消耗量V0。作为替换，每日的T&P补偿系数通过平均一天期间的被计算的整个瞬时T&P补偿系数来计算。每日的T&P补偿系数乘以每天期间消耗的气体量的阅读值，由此计算所消耗气体的补偿的每日量(称为“补偿的每日消耗量”)。所消耗气体的补偿的每日量每月累积，以确定所消耗气体的补偿的每月量(称为“补偿的每月消耗量”)。此外，每月的T&P补偿系数通过平均所有瞬时T&P补偿系数或在一个月期间计算的所有每日的T&P补偿系数来确定。然后，补偿的每日消耗量通过将每月的T&P补偿系数乘以每月所消耗气体的阅读值来确定。这里，将被补偿的气体消耗量的自动阅读值V可以从目标数轮12a的旋转数获得。利用来自ADC 52的输出信号，旋转数由测量计算机单元54数字化。
另一方面，为了利用上述T&P补偿系数更准确地补偿T&P错误，当T&P补偿单元66计算T&P补偿系数或补偿的气体消耗量，优选检查气体是否被消耗或是否没有在测量温度和压力的时间处或是否在测量时间间隔期间。还优选根据气体的消耗量应用加权值。作为应用加权值的一种方法，根据气体是否被消耗或消耗的气体量，测量温度和压力的时间间隔，换句话说，计算瞬时T&P补偿系数的时间间隔将关联并被可变地调节。由于气体是否被使用的信息由在用检测器单元58产生，因此测量计算机单元54使用来自在用检测器单元58的信息以提供加权值。在应用加权值的一个实施例中，对于从温度测量装置62获得的温度值和从压力测量装置64获得的压力值，温度和压力补偿单元66随着时间分析波动图案，由此确定气体目前是否被消耗。在气体目前被消耗的情况下，相对于气体目前没有被消耗的情况，在短的时间间隔处计算T&P补偿系数。从而，为了得到每日或每月的T&P补偿系数，这些如上计算的瞬时T&P补偿系数可以简单的算术平均，由此根据气体是否被消耗或气体的消耗量自动反映加权值。
图15至18是沿图14的线C-C得到的截面图，示出了根据本发明实施例的温度测量装置62和压力测量装置64。参考图15的温度和压力测量装置，为了测量压力，压力测量装置包括气管90，主体68a、68b、68c，压力传感器220，绝缘体装置和压力信号处理器230a。气管90耦合在气体供给管94和气表2之间并构成气体供给管84的一部分。主体68a，68b和68c利用螺钉246a和246b固定到气管90，并设有通过插孔腔的压力管路径242，其一端与气管连通，另一端封闭。压力传感器220配置在主体68b的插孔腔的内部，产生相应于环境压力的电信号。绝缘体装置例如由膜224形成，该膜配置在主体68b内部的压力管路径242中以便横切压力管路径242，从而气管内部的气压传送到气压传感器220，但是不允许气体直接接触气压传感器220。压力信号处理器230a配置在主体68b的外部并通过电线222耦合到压力传感器220的输出终端。压力信号处理器230a处理来自压力传感器220的输出电信号并将其转换为相应于气压的数字信号。只要它可以测量气压以及将测量的压力值转换为数字值形式的电信号，那么压力传感器可以使用各种类型例如电容式压力传感器，应变仪压力传感器，半导体压力传感器，压电压力传感器等。
此外，对于温度测量，温度和压力测量装置包括温度传感器210，其安装在气管90的内部或外部。温度传感器210测量环境温度并将其转换为相应的电信号。温度信号处理单元230b通过电线212连接到温度传感器210的输出终端。温度信号处理单元230b处理来自温度传感器210的输出电信号并将其转换为相应于环境温度的数字信号。附图说明了压力信号处理单元230a和温度信号处理单元230b，其实现在相同的印刷电路板230c上。O环250a、250c环绕膜224和压力传感器220安装，由此防止气体泄漏到外部。对于安装压力传感器220出现的间隙利用密封剂228涂敷。只要它可以测量环境温度并将其转换为输出电信号，那么温度传感器可以使用多种类型例如金属热敏电阻如热电偶或铂，非金属热敏电阻，半导体温度传感器，辐射温度传感器，金属芯型温度传感器等。
图16和17示出了进一步变形以防止压力传感器220和气管件90内部的气体之间的直接接触的温度和压力测量单元。在图16的情况下，用O环250a和250b密封的两个膜224a和224b配置在形成主体68b内部的压力管路径242-1中。U形压力管形成在两个膜250a和250b之间，液体材料226填充在U形压力管的内部。为了填充液体材料225，主体68b设置在具有凹槽的一侧，该凹槽形成以连接U形压力管。在液体材料通过凹槽注入后，凹槽利用O环250d密封的插头244封闭。图17说明了具有V形的压力管路径242-2。在图16和17中，可以采用膜224a和224b或液体材料226的任一个。
图18示出了具有温度测量装置的不同模式的温度和压力测量单元。明确地，压力管路径242-3形成在主体68a、68b和68c的内部。压力管路径242-3的一部分沿垂直方向形成。压力管路径242-3的一端与气管90流体连通，其另一端封闭。压力管路径的垂直部分充满液体材料226，直到所需水位。永久磁体248静止在浮体上，该浮体将漂浮在液体材料226中。液体材料226响应气管90内部压力的变化而改变液柱的高度。此外，磁场传感器252配置在主体68b的外部，以便大约放置在液体材料226的水位波动范围的中间处，其相应于气管90内部的压力波动的所需范围。磁场传感器252输出相应于永久磁体248的磁场强度的电信号。从磁场传感器252输出的电信号发送到压力信号处理单元230a并将其转换为相应于气压的数字信号。液体材料226用插头244和O环250d密封。
在下文中，T&P补偿的气体消耗量将根据下述步骤进行计算。首先，解释基本模式。T&P补偿器66例如从0:00AM开始每10分钟实时从温度测量装置62和压力测量装置64获得瞬时温度T和瞬时压力P。T&P补偿系数KTP利用上述等式(1)进行计算。“瞬时_T/P/KTP(瞬时T&P补偿系数)”存储在微处理器80内部的存储器中。在24:00PM时，微处理器80平均24小时的“瞬时_T/P/KTP”，以计算“每日_T/P/KTP”，其和日期信息一起存储在微处理器80内部的存储器中。此外，计算和存储一直到那天的“每月T/P/KTP”。每天，存储一直到那天的“每月_T/P/KTP”。然后，在这个月结束时，拷贝一直到那天的“每月_T/P/KTP”并将其单独存储在微处理器80内部的存储器中作为该月的“每月_T/P/KTP”。然而，对于每天的“每月T/P/KTP”每天更新。这里，“每月_T/P/KTP”从当前时间(24:00PM)至上一个月被平均。这时，根据目前日期属于的该月计算该月的天数。即，在对2月3日24:00PM平均的情况下，该月的天数是28天，从而从1月7日至2月3日对于28天的“每日_T/P/KTP”被算术平均以计算2月3日的“每月_T/P/KTP”。重复上述步骤。在用户通过用户操作单元152输入指令的情况下，根据用户的指令进行下述特殊模式。
在特殊的模式中，确认气体目前是否正在被消耗。在该模式中，首先，利用在用检测器单元58的确定结果，微处理器80例如从0:00AM开始每30秒实时确认气体是否正在被消耗。在“气体未被消耗”的状态，微处理器80例如从0:00AM开始每60分钟实时从温度测量装置62和压力测量装置64获得温度和压力，以将“瞬时_T/P/KTP”存储在微处理器80内部的存储器中。在“气体正在被消耗”的状态，微处理器80例如从0:00AM开始每6分钟实时从温度测量装置62和压力测量装置64获得温度和压力，以将“瞬时T/P/KTP”存储在微处理器80的内部。通过重复上述步骤，在24:00PM时，将24小时的“瞬时_T/P/KTP”平均以计算“每日_T/P/KTP”。在计算平均值时，该天的所有数据被算术平均，不管“气体正在被消耗”或者“气体未被消耗”的状态。数据的数量改变，但是最大值不超过240(＝10×24)。由于取样周期是60分钟或6分钟，因此加权值将同等数量地自动反映。即使在“气体未被消耗”的状态，加权值如1/10那样多的被反映，由此能够响应确认气体目前是否正在被消耗的非操作功能。连续地，当在基本模式时，微处理器80将“每日_T/P/KTP”与数据信息一起存储在微处理器80内部的存储器中，然后计算一直到那天的“每月_T/P/KTP”并将其存储在微处理器80内部的存储器中。每天，存储一直到那天的“每月_T/P/KTP”。然后，在这个月结束时，拷贝一直到那天的“每月_T/P/KTP”并将其单独存储在微处理器80内部的存储器中作为该月的“每月_T/P/KTP”。然而，对于每天的“每月_T/P/KTP”每天更新。
另一可替换的特殊模式确认所消耗的气体量。在该模式中，首先，微处理器80操作在用检测器单元58，以例如从0:00AM开始每2秒实时确认气体是否正在被消耗。在在用检测器单元58利用感光模式确认气体是否正在被消耗的情况下，确认特定数轮的一次旋转是否完成。例如对于特定数轮的每一次、两次、四次或八次旋转，微处理器80从温度测量装置62和压力测量装置64获得温度T和压力P，以计算和存储“瞬时_T/P/KTP”。连续地，微处理器80在24:00PM时平均24小时的“瞬时_T/P/KTP”，以计算和存储“每日_T/P/KTP”和“每日消耗量”。那天的所有数据被算术平均。当计算每月的平均值时，“每日消耗量”用作加权值。微处理器80将“每日_T/P/KTP”和日期信息一起存储在微处理器80内部的存储器中，然后计算一直到那天的“每月_T/P/KTP”并将其存储在微处理器80内部的存储器中。一直到那天的“每月_T/P/KTP”继续每天更新。
通过上述模式得到的T&P补偿系数反映在由测量计算机单元60提供的自动阅读值上，由此能够计算T&P补偿的气体消耗量。将这些操作模式编程到温度和压力补偿单元66。
工业应用性
如上所述，已经对本发明的数字化方法进行了解释，说明了机械仪表，但是可以应用于多种其它的仪表类型，只要它们是以模拟值的形式显示供给物品的消耗量的机械仪表。在该数字化方法中，机械仪表的消耗阅读值被转换为数字值。转换的数字值可以用于远程和自动阅读仪表。此外，当应用于气表时，可以容易地补偿温度和压力错误，其由于在气体供给位置处的参考温度和压力和在每个单独用户的气表处的实际温度和压力之间的差值而产生，由此能够精确地对仪表进行远程自动阅读。
尽管本发明已经参考多个优选实施例进行描述，但是本说明书是例证性的并且不构造为限制本发明。对于本领域技术人员而言存在多种变形和变化，只要不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种将机械仪表中供给物品消耗量的指示值数字化的设备，所述仪表包括具有相邻设置成一行的多个数轮的数轮列，所述指示值是刻在或印在数轮上的数值组合，所述设备包括：
光发射器，朝需要计数旋转数的目标数轮的外周表面上某所需区域发射光，上述光发射器借助电源产生光；
光接收器，设置为朝向上述某所需区域以接收目标数轮外周边表面反射的光发射器的光，该光接收器将所接收光转换成对应所接收光的强度的电光检测信号并输出电光检测信号；
将光接收器输出的电光检测信号转换成数字信号的模数转换器；以及
测量计算机单元，以这样的方式读取仪表指示值：实时监测模数转换器所提供的数字信号，并确定每当数字信号的量在超过某个时间周期保持一致并且随后不规则变动时目标数轮的数值已经增加“1”。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括通用检测仪单元，用于确定是否供给物品目前正在消耗并为测量计算机单元实时提供确定结果，所述测量计算机单元被构造成在数字信号的量超过某个时间周期保持一致时，利用确定结果，该测量计算机单元确定供给物品的使用或供给物品使用的间断引起一致状态而目标数轮的数值没有增加“1”，并且仅在供给物品的使用引起一致状态的情况下计数目标数轮的数值增加“1”或在使用中断引起的一致状态的情况下忽略一致状态。
3.根据权利要求2所述的设备，其中以这样的方式获得确定结果：在数轮列中最低位轮保持停止而没有旋转超过某个时间周期时被确定为“未用”，并且在最低位轮在某个时间周期内旋转时被确定为“在用”。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述在用检测器单元包括：
检测光发射器，朝检测数轮的外周边表面上某所需区域发射光，所述检测数轮为低于目标数轮的数字位的数轮，检测光发射器借助驱动能的施加产生光；
检测光接收器，设置为接收目标数轮外周边表面反射的检测光发射器的光，该光接收器将所接收光转换成对应所接收光的强度的电光检测信号并输出电光检测信号；
对检测光接收器输出的光检测信号采样并将其转换成数字信号的模数转换器；以及
检测计算机单元，实时监测模数转换器提供的数字信号，并确定在数字信号在超过某个时间周期保持一致时供给物品正在被使用，否则确定供给物品正在被使用。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述在用检测器单元包括：
永磁体，安装在检测数轮上并随检测数轮旋转以在旋转路径附近产生磁场，所述检测数轮为低于目标数轮的数字位的数轮；磁性传感器单元置于永磁体的旋转路径上，所述磁性传感器单元在受由于检测数轮旋转产生的永磁体磁场的影响时产生所需的检测信号；
将检测光接收器输出的电信号转换成数字信号的模数转换器；和
检测计算机单元，实时监测模数转换器提供的数字信号，并确定在数字信号在超过某个时间周期保持一致时供给物品正在被使用，否则确定供给物品正在被使用。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其中目标数轮是自数轮列中最后数轮的第二或第三数轮，并且检测数轮是低于目标数轮的数字位的数轮中非最低数字位的数轮。
7.根据权利要求2所述的设备，其中在供给物品是气体的情况时，在用检测器单元包括：
在与仪表相连的气管内部安设的喷嘴，差压传感器单元感应所述喷嘴前后的压力差并产生对应压力差的电信号；
将压力差传感器输出的电信号转换成数字信号的模数转换器；和
检测计算机单元，其实时监测模数转换器提供的数字信号，并确定在数字信号在超过某个时间周期保持一致时气体正在被使用，否则确定气体正在被使用。
8.根据权利要求1或2所述的设备，进一步包括为光发射器提供所需驱动能的电源，其中驱动能时具有不大于250ms周期的驱动脉冲信号，驱动脉冲信号的持续时间不长于光电装置的相应时间并且其占空率不大于1/100。
9.一种将机械仪表中供给物品消耗量的指示值数字化的设备，所述仪表是以单位体积测量气体消耗量的容积式气表，所述仪表包括具有许多相邻设置成一行的数轮的数轮列，指示值是刻在或印在数轮上的数值组合，所述设备包括：
光发射器，朝需要计数旋转数的目标数轮的外周表面上某所需区域发射光，上述光发射器借助电源产生光；
光接收器，设置为朝向上述某所需区域以接收目标数轮外周边表面反射的光发射器的光，上述光接收器将所接收光转换成对应所接收光的强度的电光检测信号并输出电光检测信号；
将光接收器输出的光检测信号转换成数字信号的模数转换器；
温度和压力补偿单元，以规则的时间间隔或在气体消耗量达到某个值时测量气表内部或与气表相连的气管内部的气体的瞬时温度值和瞬时压力值，并以第一所需时间间隔计算温度和压力补偿系数，所述系数由于瞬时测量的温度和压力值与气体供给点处参考温度和压力值之间的差所引起；以及
测量计算机单元，以这样的方式读取仪表指示值：实时监测模数转换器所提供的数字信号并确定每当数字信号的量保持一致超过某个时间周期并且随后不规则变动时目标数轮的数值已经增加“1”，并且将温度和压力补偿单元计算的温度和压力补偿系数反映在第一所需时间读取的指示值中以计算温度和压力补偿读取值。
10.根据权利要求9所述的设备，进一步包括通用检测仪单元，用于确定是否供给物品目前正在消耗并为测量计算机单元实时提供确定结果，所述测量计算机单元被构造成在数字信号的量在超过某个时间周期保持一致时，利用确定结果，测量计算机单元确定供给物品的使用或供给物品使用的间断引起一致状态而目标数轮的数值没有增加“1”，并且仅在供给物品的使用引起一致状态的情况下计数目标数轮的数值增加“1”或在使用中断引起的一致状态的情况下忽略一致状态。
11.根据权利要求10所述的设备，其中在用检测器单元被构造以i)检测检测数轮的旋转以便确定为“未用”，如果检测数轮的不旋转持续超过第二所需时间以及确定为“在中”，如果检测数轮在第二所需时间内旋转，检测数轮为低于目标数轮的数字位的数轮，或ii)实时监测气体是否在仪表内部或与仪表相连的气管内部流动以确定气体是否正在被使用。
12.根据权利要求9或10所述的设备，进一步包括规则地或响应于外部要求地将测量计算机单元计算的补偿气体消耗量的信息传送给指定的接收器的通信单元。
13.根据权利要求9所述的设备，其中根据以下等式或与以下等式物理原理等效的其它等式计算瞬时温度和压力补偿系数KTP，其中P和T分别表示瞬时温度和压力值。
K TP = P × 273 1013 × ( 273 + T )
14.根据权利要求13所述的设备，在计算温度和压力补偿系数中，温度和压力补偿单元考虑气体温度和压力被测量或测量时间间隔期间时对应气体是否被消耗或消耗气体量的加权值。
15.根据权利要求9或10所述的设备，其中温度和压力补偿单元包括：
温度测量装置，用于测量气表内部或气表附近气管内的气体温度并将测量的温度值转换成对应的电信号；
压力测量装置，用于测量气表或气管内部的气压并将测量的压力值转换成对应的电信号；和
温度和压力补偿器，利用温度和压力测量装置提供的电信号，以规则的时间间隔或在气体消耗量达到某个值时测量气体的瞬时温度值和瞬时压力值，并根据以下等式或与以下等式物理原理等效的其它等式以第一所需时间间隔计算温度和压力补偿系数，P和T分别表示瞬时温度和压力值。
K TP = P × 273 1013 × ( 273 + T )
16.根据权利要求15所述的设备，压力测量装置包括在气体供给管和气表之间相连并构成部分气体供给管的气管件；固定于气管件并在其内部形成有压力管路径的主体，压力管路径的一端与气管件的流体连通并且其另一端终止于封闭的接收腔；置于主体接收腔内部并产生对应环境温度的电信号的压力传感器；置于主体内压力管路径的中间的绝缘体装置，所述绝缘体装置允许气管件内部的气压被传送至压力传感器并防止气体于压力传感器直接接触；以及置于主体外部并于压力传感器外部终端电连接的压力信号处理单元，所述压力信号处理单元处理输出电信号以转变成对应气体压力的数字信号。
17.根据权利要求16所述的设备，其中绝缘体装置是置于所需位置以略微跨过气管件的至少一种薄膜以及U形或V形气管路径中填充至其所需高度的液体材料中的至少一种。
18.根据权利要求15所述的设备，其中压力测量装置包括在气体供给管和气表之间相连并构成部分气体供给管的气管件；固定于气管件并在其内部形成有压力管路径的主体，压力管路径的一端与气管件的流体连通并且其另一端封闭，部分压力管路径直立；直立的部分压力管路径中填充至所需水位的液体材料，液体材料的柱高度根据压力管路径内部的气压变化而变化；产生对应气压的量的电信号，所述压力传感器包括置于漂浮在液体材料中的浮体上的永磁体以及置于主体外部用以输出对应永磁体形成的磁场强度的电信号的磁场传感器，所述磁场传感器接近液体材料水位变化范围的中间放置，所述范围对应气管件内部压力变动的预期范围；以及将压力传感器输出的电信号转变成对应气压的数字信号的压力信号处理单元。
19.根据权利要求15所述的设备，其中温度测量装置包括安装在气管件内部或外部并转换成对应环境温度的电信号的温度传感器，以及于温度传感器输出终端电连接并处理温度传感器输出的电信号以及将其转变成对应环境温度的数字信号的温度信号处理单元，温度信号处理单元安装在温度传感器的外部。
20.一种将机械仪表中供给物品消耗量的指示值数字化的设备，所述仪表是以单位体积测量气体消耗量的容积式气表，所述仪表包括具有许多相邻设置成一行的数轮的数轮列，指示值是刻在或印在数轮上的数值组合，所述设备包括：
光发射器，朝需要计数旋转数的目标数轮的外周表面上某所需区域发射光，上述光发射器借助电源产生光；
光接收器，设置为朝向上述某所需区域以接收目标数轮外周边表面反射的光发射器的光，上述光接收器将所接收光转换成对应所接收光的强度的电光检测信号并输出电光检测信号；
将光接收器输出的光检测信号转换成数字信号的模数转换器；
温度和压力补偿单元，以规则的时间间隔或在气体消耗量达到某个值时测量气表内部或与气表相连的气管内部的气体的瞬时温度值和瞬时压力值，并利用测量的瞬时温度和压力值以第一所需时间间隔计算平均温度值和平均压力值；以及
测量计算机单元，其以这样的方式读取仪表指示值：实时检测模数转换器所提供的数字信号并确定每当数字信号的量保持一致超过某个时间周期并且随后不规则变动时目标数轮的数值已经增加“1”，并将读取的指示值用作加权因数计算瞬时温度和压力值的加权平均值。
21.一种数字化机械仪表中供给物品消耗量的指示值的方法，所述机械仪表包括具有相邻设置成一行的多个数轮的数轮列，其中指示值为刻在或印在数轮上的数值组合，所述方法包括：
第一步骤，光发射器和光接收器朝着将要计数其旋转数的目标数轮外表面上的某所需区域设置，光发射器的输出光入射在目标数轮外周边表面上并在其上反射，光接收器接收反射光并将其转换成光检测信号并输出光检测信号；
第二步骤，光检测信号通过模数转换器被转换数字信号；以及
第三步骤，以这样的方式读取仪表的指示值：实时监测模数转换器所提供的数字信号，并确定每当数字信号的量在超过某个时间周期保持一致并随后不规则变动时目标数轮的数值增加“1”。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括第四步骤，其确定是否供给物品目前正在被消耗，进而提供确定结果，
其中，在第三步骤中，当数字信号的量在超过某个时间周期保持一致时，确定结果用于确定是否一致状态是由于供给物品的使用或供给物品使用的中断而引起，而目标数轮的数值并没有增加“1”，并且仅在供给物品的使用引起一致状态或忽略供给物品的使用中断引起的一致状态的情况下，计数目标数轮的数值增加“1”。
23.根据权利要求22所述的方法，其中按照上述方式以直接的方式获得确定结果，以便使用传感器检测数轮列中最低位轮是否正在旋转，并且作为检测结果，在最低位轮保持停止而在超过某个时间周期没有旋转，则被确定为“未用”，并且在最低位轮在某个时间周期内旋转时被确定为“在用”。
24.根据权利要求22所述的方法，在供给物品为气体的情况下，以上述方式获得确定结果，以便使用传感器直接检测气体是否在仪表中或仪表附近的气管内流动。
25.根据权利要求21或22所述的方法，在供给物品为气体的情况下，进一步包括：第五步骤，其以规则的时间间隔或在气体消耗量达到某个值时测量气表内部或与气表相连的气管内部的气体的瞬时温度和瞬时压力，并以第一所需时间的间隔计算时间和压力补偿系数，所述系数由于测量的瞬时温度和压力之间与气体供给点处参考温度和压力值之间的差所引起；和第六步骤，其把温度和压力补偿系数反映在第一所需时间的读取指示值中以计算温度和压力补偿读取值。
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