CN110945329B - 具有归一化输出的流体流量计 - Google Patents

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Abstract

描述一种流体流量计，其包含可以同步旋转的啮合齿轮。所述流体流量计可以产生脉冲输出，所述脉冲输出可根据对响应于齿轮的旋转而产生的输入脉冲进行归一化的方法而归一化为合适的值。每次产生输入脉冲时，体积计数器都可以增加等于每个输入脉冲的体积的量。当体积计数器超出第一参考体积时，可以产生归一化的输出脉冲，直到体积计数器超出第二参考体积为止。

Description

具有归一化输出的流体流量计
相关事项
本申请主张2017年7月25日提交的美国专利申请第15/658,437号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
正排量流体测量系统可用于测量流体或气体的流动速率或体积。例如，分配系统可以使用来自正排量流体计的反馈来控制所分配的流体的体积。此类控制系统通常用于代替时间控制，以更准确地分配精确量的流体或气体，并且通常用于各种设置，包含但不限于工业、医疗保健、制药以及食品和饮料行业。例如，正排量流体计可以在药物的制造过程中使用，所述过程需要精确测量两种待混合到单批的材料。正排量流体计可以安装在对应材料的供应管线中，并且来自流量计的反馈可以用于将适量的每种材料分配到待混合的混合罐中。像许多其它一样，正排量计的此应用可能要求正排量计具有测量准确度(例如，+/-0.5％)以符合例如质检或法规。因此，准确地测量流体或气体的体积的正排量计可有助于执行流体分配系统或过程的预期功能。
在转让给明尼苏达州圣保罗的艺康集团(Ecolab Inc)的共同转让的申请US 9,383,235中描述了示例性流体流量计，其揭示内容特此以引用的方式并入本文中。制造商通常提供工厂校准，其将流体囊的体积与对应于各种流量的流量计中的一个或多个组件(例如，椭圆形齿轮)的旋转的旋转计数相关。因此，通过对由流体流量计产生的脉冲的数目计数，可以基于工厂校准确定体积流率。
在流量范围之外，此类工厂校准可能不准确。例如，在接近最小流量的低流动速率下，流量计可能不会产生任何输入脉冲，但仍可能会流过流量计的各种机械组件。在最大流量附近操作时可能会发生类似的问题。另外，基于制造公差，对于此类条件，每个输入脉冲的流动速率可能是未知的，或者可能具有非整数值(例如，0.166ml/脉冲、0.333ml/脉冲等)。常规流量计可能另外具有可能不容易量化的测量不确定性。
发明内容
在一个方面，本公开包含流体流量计，其包括与第二齿轮啮合的第一齿轮。第一齿轮与第二齿轮的相互啮合可允许第一齿轮和第二齿轮响应于通过流动腔室的流体的流动而同步旋转。流体流量计可以包含流量传感器，其被配置成响应于流体通过流动腔室和/或第一齿轮和第二齿轮的同步旋转而产生检测信号。流体流量计可以包含具有输入脉冲产生器和归一化输出脉冲产生器的控制器。控制器可以基于所检测到的信号以及响应于此而由输入脉冲产生器产生的输入脉冲来提供归一化的脉冲输出。
在另一方面，提供归一化输出的方法可以包括提供根据本文所公开的任何实施例的流体流量计的步骤。所述方法可以包括在控制器处从流量传感器接收检测信号的步骤。随后，所述方法包括响应于所检测到的信号产生输入脉冲的步骤(例如，使用输入脉冲产生器)。然后所述方法包括以下步骤：每次产生输入脉冲时，使用控制器使体积计数器增加等于每个输入脉冲的体积的量。当体积计数器超出第一参考体积时，控制器然后将归一化输出脉冲产生器转换到开始产生归一化输出脉冲的状态。当体积计数器超出第二参考体积时，控制器将归一化输出脉冲产生器转换到停止产生归一化输出脉冲的状态。
在另一方面，所述方法可以包括以下步骤：当体积的非整数值穿过流体流量计时，使用输入脉冲产生器产生输入脉冲。所述方法可以进一步包括以下步骤：当产生输入脉冲时，使体积计数器增加等于穿过流量计的体积的非整数值的量。在一些此类实施例中，第一参考体积是第二参考体积的一半，并且第二参考体积是非零整数。
一个或多个实例的细节阐述于下文的附图和说明书中。其它特征、目标和优点将从说明书和图式以及从权利要求书而显而易见。
附图说明
图1为根据一个实施例的流体流量计的示意图；
图2为沿着图1所示的剖面A-A截取的流体流量计的横截面侧视图；
图3A为说明在椭圆形齿轮的第一旋转位置处流体流过流体流量计的剖视图；
图3B为说明在椭圆形齿轮的第二旋转位置处流体流过流体流量计的剖视图；
图4A为说明具有非接触式传感器的流体流量计的另一剖视图；
图4B为说明由图4A中所示的非接触式传感器产生的检测信号的示意图；
图4C为说明根据一个实施例的脉冲产生方法的示意图；
图4D为说明根据一个非限制性说明性实施例的流体流量计的椭圆形齿轮的一连串有效旋转状态的示意图；
图5为说明例示性归一化算法的流程图；和
图6是根据实施例产生的归一化输出脉冲以及用于比较说明的输入脉冲的说明性实例；
图7为说明另一例示性归一化算法的流程图；和
图8是根据实施例产生的归一化输出脉冲以及用于比较说明的输入脉冲的说明性实例。
具体实施方式
图1为包含流体流量计100的流体流量测量系统10的俯视图。系统10包含流体泵12、第一流体管线14、第二流体管线16和流体流量计100。第一流体管线14可与被配置成提供流体流过系统10的流体泵12进行流体连通。流体泵12可以与流体源(未示出)流体连通，并且可以是提供流体流过系统的任何适合的泵。流体流动可以具有各种流体流动特性，并且可能取决于所选择的泵的类型或系统10的应用。例如，不同的应用可能需要高流体体积或低流体体积。某些实例可能需要蠕动泵或压力保持流体管线提供的均匀流体流动。在其它实例中，流体泵12可能提供不均匀的流体流动，尤其在应用需要低流体体积的情况下。
流体流量计100可以被配置成测量流过系统10的流体，并且可以包含界定腔室106的外壳102、流体入口104和流体出口105。在所示的实施例中，流体流量计100是正排量计，如椭圆形齿轮108流量计。流体入口104可与第一流体管线14流体连通，并且提供从第一流体管线14进入腔室106的流体流动。椭圆形齿轮108和110安装在腔室106内，并且被配置成响应于流过腔室106的流体而分别围绕固定旋转轴112和114协同旋转。流体通过与第二流体管线16流体连通的流体出口105离开腔室106。
因此，由流体泵12提供的流体流过流体管线14，并且通过流体入口104进入流体流量计100中。然后，流体流过其中测量体积的流体流量计100，并且通过流体出口105从流体流量计100流出，并且流入第二流体管线16。
图2为沿着图1所示的线A-A截取的流体流量计100的横截面侧视图。椭圆形齿轮108和110安装在由外壳102界定的腔室106内，并且可以配置成分别围绕轴113和115旋转。在所示的实施例中，流体流量计100可以包含流量传感器140和控制器141。流量传感器140可以与控制器141连通(例如，通过连接143以电气方式或以无线方式)。流量传感器140可以被配置成感测分别设置在椭圆形齿轮108和110的顶表面142和144上的可检测区域146(未示出)。例如，流量传感器140可以是被配置成感测可检测区域146的磁传感器，所述可检测区域包括安装在椭圆形齿轮108的至少一个上或之内的磁体。在另一实例中，流量传感器140可以是光学传感器，所述光学传感器被配置成将波长发射到包含可检测区域146的椭圆形齿轮108的至少一个顶表面142或244上并且感测波长从顶表面142中的至少一者的反射率。2007年12月19日提交的美国专利第7,523,660号和2009年2月11日提交的美国专利第8,069,719号提供了并有非接触式传感器的椭圆形齿轮108的实例，每一者的全部揭示内容特此以引用的方式并入本文中。可以了解，流体流量计100可以包含适合于流量计的特定应用的任何数量的非接触式传感器和任何数量的可检测区域。流量传感器140还可被配置成基于对可检测区域146的检测或检测缺乏而产生检测信号。
流体流量计100还可包含控制器141，所述控制器被配置成基于流量传感器140的检测信号来计算流过流量计的流体体积。控制器141可以被配置成接收流量传感器140的检测信号，并且基于检测信号来产生对应于椭圆形齿轮108的旋转的输入脉冲。控制器141可以是如微处理器、可编程逻辑控制器141等的可编程计算机，并且可以包含(和/或与...连通)非暂时性存储介质(例如，非暂时性存储介质150)，用于以算法和/或数据(例如，校准数据)的形式存储指令。尽管示出了控制器141与非暂时性存储介质150之间的电连接151，但应理解，涵盖控制器141与非暂时性存储介质150之间的无线连接。另外，应理解，尽管控制器141、非暂时性存储介质150和流体流量计100的电连接示为在图1、图2中流体流量计100的外壳102的外部，但是控制器141和非暂时性存储介质150(以及相关连接)容纳在流体流量计100的外壳102内(如图2所示)。如本文将进一步讨论的，当已知由椭圆形齿轮108进行的转数(完成和部分完成)并且已知每转的流体体积时，可以计算穿过流体流量计100的流体的体积。因此，控制器141可能能够基于由控制器141产生的输入脉冲来测量穿过流量计的流体的体积。在此类情况下，控制器141可以包含非暂时性存储介质150，所述非暂时性存储介质存储所产生的输入脉冲与穿过流体流量计100的流体的体积之间的校准。
图3A和3B为说明流体流过流体流量计100的剖视图。如其中所见，椭圆形齿轮108和110被配置成互相啮合，由此减少了来自流体入口104的流体在齿轮之间通过的机会。因此，流体通过流体囊116和118在椭圆形齿轮108周围流动。图3A展示在第一旋转位置处的流体流量计100，其中流体可以通过流体入口104引入到腔室106中。如上所述，椭圆形齿轮108与110的相互啮合减少了流体在齿轮之间通过的机会，由此迫使进入的流体流向椭圆形齿轮108的顶点109，并且促使椭圆形齿轮108沿逆时针方向旋转。施加在椭圆形齿轮108上的逆时针扭矩继而促使椭圆形齿轮110顺时针旋转。
图3B展示相对于图3A所示的旋转位置处于径向推进旋转位置的流体流量计100，其中椭圆形齿轮108已经逆时针旋转了90度并且椭圆形齿轮110已经顺时针旋转了90度。在流体流量计100的此旋转位置中，椭圆形齿轮108的旋转形成了由椭圆形齿轮108的表面和腔室106的壁界定的流体囊118。同时，迫使来自流体入口104的流体朝向椭圆形齿轮110的顶点111，由此促使椭圆形齿轮110沿顺时针方向旋转。这继而促使椭圆形齿轮108继续沿逆时针方向旋转，以释放流体囊118中的流体。可以了解，如图3A所示，可以在椭圆形齿轮110与腔室106的壁之间形成类似的流体囊116。
根据本实施例的流体流量计可以被配置成增加测量的分辨率，由此允许更精确地测量通过流量计的流体流量。这些配置可能适用于低流体流量应用。在一个实例中，流体流量计100可以被配置成测量对应于等于两个流体囊116的体积的体积的椭圆形齿轮108的半转。在另一实例中，流体流量计100可被配置成测量对应于等于一个流体囊116的体积的椭圆形齿轮108的四分之一转。流体流量计100的测量分辨率还可能取决于流量计的流体囊116的体积。通常，随着椭圆形齿轮108的每转分配更小体积的流体，具有较小体积的流体囊116可以增加椭圆形齿轮108的测量分辨率。相反，随着每转分配更大体积的流体，较大的流体囊116可能降低分辨率。可以了解，不同的应用可能需要不同的测量分辨率，并且本申请的实例可以被配置成具有广泛范围的分辨率。
图4A为包含流量传感器140和可检测区域146的流体流量计100的剖视图。流量传感器140可以被配置成感测设置在椭圆形齿轮110的表面上的可检测区域146并且产生检测信号。流量传感器140可以安装在位于椭圆形齿轮108和110的顶表面142、144上方的流体流量计100的外壳(102，在图4A中未示出)中。如图4A所示，椭圆形齿轮108和110被配置成响应于流体流过腔室106分别逆时针和顺时针旋转。椭圆形齿轮110的旋转使可检测区域146穿过可能位于传感器下方的流量传感器140的感测区域。一旦感测到可检测区域146，流量传感器140可产生检测信号。因此，流量传感器140的检测信号可以指示椭圆形齿轮108和110的旋转位置，其中可检测区域146在流量传感器140下方。在此实例中，流量传感器140可被配置成当传感器感测到可检测区域146时产生“正”信号(下文还被称作“1”或“高”)，并且当传感器没有感测到可检测区域146时产生“负”信号(下文还被称作“0”或“低”)。可以了解，由流量传感器140产生的检测信号可以具有呈任何适合于指示对可检测区域146的感测的型式的任何形式。在某些实例中，流量传感器140可被配置成当未感测到可检测区域146时不产生检测信号。在此实例中，缺乏信号仍可以指示旋转位置，其中可检测区域146不在传感器的感测区域内。如前所述，流体流量计100可以包含控制器141，所述控制器被配置成基于由流量传感器140提供的检测信号来产生脉冲输出。在此实例中，流体流量计100被配置成使得椭圆形齿轮108和110的旋转可以使流量传感器140感测可检测区域146。因此，控制器141可以被配置成响应于流量传感器140感测到可检测区域146而产生脉冲，如下文将进一步描述。
图4B是根据一个实例的流体流量计100的流量传感器140的检测信号随时间变化的曲线图190。更确切地说，曲线图190展示当椭圆形齿轮108和110响应于流体流过流量计在正向方向上旋转时，感测可检测区域146的流量传感器140的检测信号。曲线图190包含时间点191a、491b、492a和492b。最初，流量传感器140的检测信号为低，指示椭圆形齿轮108和110处于旋转位置，其中可检测区域146不在传感器的感测区域内。在时间点191a与192a之间以及在191b与192b之间，检测信号较高，并且指示椭圆形齿轮108的旋转位置，其中可检测区域146由流量传感器140感测。在时间点192a与191b之间以及在时间点192b之后，检测信号再次变低，并且指示椭圆形齿轮108的旋转位置，其中可检测区域146未由传感器检测到。时间点181a与181b，或者182a与182b之间的时间段可表示在椭圆形齿轮108和110的一个完整旋转中的所有旋转位置，因为在流体流量计100中存在单个可检测区域146。在本公开的范围内(并且如将在下文进一步描述)涵盖额外或更少的旋转位置和/或可检测区域。
在此实例中，椭圆形齿轮108的旋转位置在流体流量计100的一个完整的旋转中可以分类为旋转状态A和B。旋转状态A包括所有旋转位置，其中可检测区域146未由流量传感器140感测，并且在时间点191a之前、时间点192a与191b之间以及时间点192b之后的曲线图190中示出。旋转状态B包括所有旋转位置，其中可检测区域146由流量传感器140感测并且在时间点191a与192a以及191b与192b之间的曲线图190中示出。当流量传感器140感测到旋转状态A和B时，它分别产生负检测信号和正检测信号。在此类实例中，流体流量计100可以包含控制器141，其被配置成基于由流量传感器140提供的检测信号来计算流过流量计的流体的体积。当椭圆形齿轮108和110响应于流体流过流量计沿正向方向旋转时，齿轮最终到达旋转位置，其中可检测区域146在流量传感器140的感测区域内。因此，流量传感器140可以感测旋转状态B。可以了解，随着椭圆形齿轮108在流体流量计100中继续旋转，流量传感器140依次感测包括旋转状态A和B的一连串旋转状态。如上所述，流量传感器140可被配置成当分别感测到旋转状态A和B时产生负检测信号和正检测信号，并且将所述信号提供给控制器141。
同时，流体流量计100的控制器141被配置成从流量传感器140接收检测信号并且产生脉冲输出。一旦接收到指示椭圆形齿轮108和110的旋转状态和旋转位置的检测信号，控制器141确定在步骤187中检测信号是否为正。如果检测信号为正，那么控制器141可以产生一个或多个输入脉冲，并且返回到接收状态186。如果检测信号为负，那么控制器141不产生任何输入脉冲而返回到接收状态186。再次参考图4B，可以了解，当检测信号从低变高时，控制器141可以在时间点191a和191b产生输入脉冲。可替代地，控制器141可以被配置成通过修改步骤187来检查检测信号是否为负，从而当检测信号从高变低时(例如，在时间点192a和192b)，产生输入脉冲。
图1-4B中所描述的实施例可以使用响应于椭圆形齿轮108流量计的旋转而产生脉冲输出的算法。例如，图1-4B中所描述的实施例中，可以用使控制器141产生脉冲的指令来对控制器141进行编程。在此类情况下，可以通过产生对应于齿轮从有效旋转状态到另一有效旋转状态的单独转换的输入脉冲来改进流量计的准确度和分辨率。图4C为对应于一种此类算法400的流程图。
在图4C所示的实例中，对于椭圆形齿轮108的每个完整旋转，椭圆形齿轮108计可以具有八个旋转状态。例如，八个旋转状态可以称为状态A、B、C、D、E、F、G和H。图4D说明展示序列中有效状态的图表。在此类情况下，可以根据图4C的算法对椭圆形齿轮108计的控制器141进行编程，其中在步骤402将控制器141配置成确定所检测到旋转状态(例如，通过流量传感器140)是否为有效旋转状态。控制器141然后被配置成根据图表4D确定(在步骤404处)椭圆形齿轮108是否从有效旋转状态转变为另一有效旋转状态。例如，如果椭圆形齿轮108从状态A转换到状态B，则控制器141被配置成确定所述转换是有效的，并且在步骤406处产生脉冲。另一方面，如果控制器141确定转换无效(例如，对于每个对应状态，除了在图4D的右列中列出的状态以外的状态)，那么控制器141可能不产生脉冲(对应于错误条件408)。因此，在此实例中，控制器141将被配置成产生用于齿轮的完整旋转的八个输入脉冲，对应于旋转状态之间的八个有效转换。尽管说明了八个有效的旋转状态，但是应当注意，在本公开的范围内，分别涵盖了额外或更少的旋转状态(对应于额外或更少的转换和输入脉冲)。此类实施例有助于测量的准确性，并且消除了由于流动不均匀(例如抖动或回流)而导致的测量误差。
在某些实施例中，控制器141被配置成产生持续时间短于从有效旋转状态转换到下一个有效旋转状态的时间的输入脉冲。在此类情况下，如果齿轮以每秒旋转“n”转有“m”个有效旋转状态，则椭圆形齿轮108从有效旋转状态转换到下一个有效旋转状态所花费的时间通过下式得出：
Figure BDA0002378652990000101
在此类情况下，控制器141可以被配置成设定产生输入脉冲持续时间(T脉冲)小于从有效旋转状态转换到下一个有效旋转状态的时间的脉冲：
T脉冲<T转换
此类实施例可以通过减少在齿轮转换到一个或多个旋转状态与输入脉冲产生之间可能发生的任何重叠来促进准确的输入脉冲计数。在操作中，每当椭圆形齿轮108从有效旋转状态转换到另一有效旋转状态时，控制器141产生具有输入脉冲持续时间T脉冲的输入脉冲。相邻脉冲之间的时间间隔可以为Ts。在此类情况下，可以定义输入脉冲频率Fs，其中输入脉冲频率是相邻输入脉冲的时间间隔的倒数：
Figure BDA0002378652990000111
在所说明的实例中，流体流量计100具有八个有效旋转状态(如图4D中所说明)。例如，如果椭圆形齿轮108具有100转/秒，那么根据以上表达式从一个旋转状态到下一个约1.25毫秒的转换时间。因此，控制器141可以产生持续时间在约0.1与约0.5ms之间的输入脉冲。更一般地，输入脉冲持续时间(T脉冲)可以在转换时间(T转换)的约5％与约50％之间。
再次参考图4C，在步骤410处，控制器141可以检查是否产生了先前的输入脉冲。在此类情况下，控制器141可以确定步骤412处相邻的输入脉冲之间的时间间隔TS和步骤414处的频率Fs。在步骤416处，相关数据，如输入脉冲计数、输入脉冲之间的时间间隔和/或频率。
尽管下文的实例涉及图1-4B所说明的流体流量计100，应理解，本文所描述的实例将适用于产生脉冲输出的其它类型的正排量计。在一些此类例示性实施例中，控制器141能够产生响应于流过流动腔室106的流体的量，和/或旋转流体流量计100的组件的位移的输入脉冲。例如，控制器141可以产生响应于由非接触式传感器检测到的第一齿轮和第二齿轮的同步旋转的输入脉冲。控制器141还可以被配置成确定用于广泛范围的已知操作条件和体积流率的输入脉冲频率Fs，以建立可被存储在非暂时性存储介质150的校准数据。
在某些实施例中，可以通过供应已知量的流体穿过其中并且确定用于已知量(例如，体积V)的流体的脉冲数N来校准流体流量计100。此类方法在本文中可被称为“工厂校准”。
在一些实施例中，流量计通常具有可以保证测量精度的流量范围(例如，在最大流量与最小流量之间)。在流量小于最小流量的情况下，流量计可能不会产生任何输入脉冲，但仍可能会流过流量计的各种机械组件。在最大流量附近操作时可能会发生类似的问题。另外，基于制造公差，个别脉冲速率可能与脉冲速率的标称值有所变化。可以使用出厂校准期间接收到的个别脉冲速率来补偿不同流量计的脉冲速率可变性。工厂所测量的脉冲速率可以包含在随附流量计的文档中，或有利地，保存在流量计的数据存储介质中。在一些实施例中，脉冲速率可以具有非整数值(例如，0.166ml/脉冲，0.333ml/脉冲等)。因而，常规流量计可能具有可能不容易量化的测量不确定性。
因此，在一些此类实施例中，有利地，流体流量计100可以提供归一化输出脉冲，所述归一化的输出脉冲考虑了由于制造公差等在工厂校准中的可变性。在一个方面中，流体流量计100可以包含控制器141，所述控制器可以产生响应于从流量传感器140(例如，上文所述的非接触式传感器)接收到信号(如检测信号)的输入脉冲(例如，在输入脉冲产生器160处)。流量传感器的实例描述于共同转让的美国专利第US 9,383,235号中，其全部揭示内容特此以引用的方式并入本文中。如其中所描述，可以使用若干类型的光学或磁性流量传感器。如上所述，在一些此类情况下，仅当齿轮的旋转对应于预定的有效旋转状态中的一者时，流量传感器140才可以产生检测信号。
在某些例示性实施例中，流体流量计可以如在2017年7月25日提交的标题为《线性化流体流量计(Fluid Flow Meter with Linearization)》的美国专利申请第15/658,435中所述来线性化，其全部内容特此以引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，流体流量计100的控制器141可以根据预定义算法归一化输入脉冲。图5说了这样一个此类归一化算法500，控制器141通过所述归一化算法来归一化输入脉冲。在步骤502处，控制器141可以从流量传感器140接收检测信号(例如，当流量传感器140已经检测到有效的旋转状态时)。控制器141(例如，PLC或微处理器)可以被编程为响应于从流量传感器140接收的检测信号而在步骤504处产生输入脉冲。最初复位到零(例如，在步骤501处)的体积计数器可在步骤506处从零增加到等于每输入脉冲的体积的值。对于所产生的每个输入脉冲，将体积计数器增加等于每个输入脉冲的体积的值。例如，此值可以存储在连接到控制器141(或设置在控制器141内)的非暂时性数据存储介质中，并且可以从其中检索。
每次产生输入脉冲时，控制器141继续产生输入脉冲并增加体积计数器，并且在步骤508处确定体积计数器是否等于第一参考体积V1。控制器141并不开始归一化输出脉冲直到体积计数器达到或超出第一参考体积V1为止。当确定体积计数器等于或大于第一参考体积V1时，在步骤510处，控制器141被配置成将归一化输出脉冲产生器162转变到产生归一化输出脉冲的状态。持续产生归一化输出脉冲，直到体积计数器达到或超出第二参考体积V2为止。同时，在步骤512处，控制器141确定体积计数器是否达到或超出第二参考体积V2。一旦体积计数器等于或大于第二参考体积V2，则在步骤514处，控制器141将归一化输出脉冲产生器162转换回到不产生归一化脉冲的状态，并且在步骤516处，复位体积计数器的值等于体积计数器的当前值与第二参考体积之间的差(体积计数器-V2)。
显然，上文所述的算法被配置成使得经归一化的输出脉冲具有预定义的特性。图6说明由归一化输出脉冲产生器162产生的归一化输出脉冲的某些特性。图6还示出了输入脉冲的特性。如其中所见，归一化输出脉冲产生器162被配置成使得归一化输出脉冲的频率小于输入脉冲的频率。在一些此类情况下，归一化输出脉冲产生器162可以为每“N”个输入脉冲产生单个输出脉冲，其中N是大于1的整数。在图6中所说明的实例中，输入脉冲产生器160在时间间隔Tout产生五个或六个脉冲。在相同间隔中，归一化输出脉冲产生器162产生单个归一化输出脉冲。输入脉冲的占空比表示为输入脉冲持续时间与输入脉冲的时间段之比Pin/Tin。输入脉冲的占空比可能取决于体积流率，因为体积流率可能会改变输入脉冲之间的时间段。输入脉冲的占空比因此可能从0.1％变化到50％。显然，如图6所示，归一化输出脉冲的占空比对应于输出脉冲持续时间与输出脉冲的时间段之比Pout/Tout。输出脉冲的占空比可能取决于参考体积V1和V2。在一些非限制性例示性实施例中，当V2大致等于2V1时，输出脉冲的占空比可能从30％变化到70％。
在一些此类实施例中，控制器141可以将归一化输出脉冲产生器162从归一化输出脉冲产生器162产生对应于大致二分之一脉冲周期的持续时间的归一化输出脉冲的状态进行转换，以便为归一化输出脉冲提供大致为50％的占空比。如从图6中所见，在一个实例中，归一化输出脉冲产生器162在时间段Tout的前半部分可能不产生任何脉冲，直到达到时间t1。此时，体积计数器超出第一参考体积V1，并且归一化输出脉冲产生器162在时间段Tout的后半段直到时间t2之前产生输出脉冲。在时间t2处，归一化输出脉冲产生器162再次转换到不产生归一化输出脉冲的状态，并且体积计数器复位等于(体积计数器-V2)的值。直到体积计数器再次达到第一参考体积V1，否则可能不产生后续归一化输出脉冲。
在所说明的实施例中，尽管示出了用于五个或六个输入脉冲的单个归一化输出脉冲，但是可以使用归一化输出脉冲的其他合适并且方便的值。另外，显然，输入脉冲产生器160可取决于校准的相对值以及第一和第二参考体积而产生输入脉冲的其它值，而不是五个或六个输入脉冲。
继续参考图5和图6，并且如上文所简要描述，每次产生输入脉冲时控制器141可以增加体积计数器。另外，控制器141可以确定体积计数器是否对应于第一参考体积V1。如果体积计数器对应于第一参考体积V1，则输出脉冲产生器可以产生单个归一化输出脉冲，直到体积计数器对应于第二参考体积V2为止。当体积计数器超出第二参考音量V2时，控制器141可以将体积计数器复位到等于(体积计数器-V2)的值，并且将输出脉冲产生器转换到输出脉冲产生器不产生任何脉冲的状态。当体积计数器随后达到第一参考体积V1时，控制器141可以在后续脉冲周期中，将输出脉冲产生器转换到其产生后续归一化输出脉冲的状态。
如前所述，图5所示的算法可以允许归一化输入脉冲，使得归一化输出脉冲与体积的整数值相关。例如，可以对输入脉冲进行归一化，使得每个归一化输出脉冲的体积为整数。在此类情况下，显然，每个输入脉冲的体积是非整数和/或分数值。例如，当每个输入脉冲穿过流体流量计100的体积为非整数值时，可能会发生这种情况。
显然，从上面的讨论中，在图5算法中的第二参考体积V2对应于每个归一化输出脉冲的体积的整数值。如前所述，归一化算法500可能产生50％的占空比。在此类情况下，第一参考体积V1可以是第二参考体积V2的一半。在一些此类实例中，控制器141可以使体积计数器增加每单位输入脉冲的体积的非整数值(可以将其存储在连接到控制器141的非暂时性存储介质150中)。
继续前面的描述，根据实例归一化算法500，对应于归一化输出脉冲的体积可以是M毫升。如果期望接近50％的占空比，如图6所示，那么第一参考体积V1可以是M/2毫升，并且第二参考体积V2可以是M毫升。如果期望每个归一化输出脉冲的体积的方便值，那么每个归一化输出脉冲的体积M可以是整数(例如1毫升、2毫升等)。另外，M可以是大于或等于1的非零整数。显然，在此类实例中，每个输入脉冲的体积可不必是整数。
再次参考图5，在一些实例中，控制器141可以使体积计数器增加非整数值。显然，在一些此类实例中，每次产生输入脉冲时，体积计数器可以增加大约等于每个输入脉冲的体积的量V/N。
在一些实施例中，流体流量计100可具有两条信号线。第一信号线可以用于由控制器针对每个有效旋转状态产生的输入脉冲，并且第二信号线可以用于归一化输出脉冲信号。此类实施例可以允许监测和评估对于恒定流动和脉动流动(例如在隔膜泵中所见)齿轮旋转的均匀性。
在某些实施例中，流体流量计100具有易于量化的测量不确定性。例如，流体流量计100可具有大致+/-ΔV毫升的测量准确度。在一些此类情况下ΔV大致等于第一参考体积V1。另外，如从前述实施例显而易见的，在某些情况下，流体流量计100可具有大致第一参考体积V1的最小可测量流量。因此，流体流量计100的测量分辨率大致等于第一参考体积V1。
在一些实例中，用户可以依赖于每个归一化输出脉冲的流量作为流体流量计100的“校准”，进而依赖于经计数的归一化输出脉冲来确定穿过流体流量计100的未知量的流体的体积。例如，如果每个归一化输出脉冲的流量是如每个输出脉冲1毫升、每个输出脉冲2毫升等的方便的值，那么用户可以简单地计数归一化输出脉冲的数目，并且随后使用每个归一化输出脉冲的流量来确定体积。有利地，每个归一化输出脉冲的流量也可以存储在联接到流体流量计100的控制器141的非暂时性存储介质150中。
在图6的说明性实施例中，输入脉冲产生器160可以对流过流体流量计100的每一毫升产生六个脉冲。因此，根据一些实例，每个输入脉冲的体积为约0.167毫升。当根据本公开的某些实施例对输出脉冲进行归一化时，将归一化输出脉冲产生器162保持在不产生脉冲的状态，直到体积达到0.5毫升(例如，在输出脉冲的时间段的二分之一内)。在一些此类实例中，这可能在由输入脉冲产生器160产生三个输入脉冲之后发生。当体积在输出脉冲的前半时间段的末尾处达到0.5毫升时，归一化输出脉冲产生器162可以转换到输出脉冲的后半时间段，直到在体积在后半占空比的末尾处达到1毫升为止。因此，归一化输出脉冲产生器162在整个输出脉冲时间段内提供一个脉冲并且对应于1毫升，并且0.5毫升对应于输出脉冲的每个半时间段。
在上面讨论的实例流动速率和归一化输出脉冲中，当依赖于输入脉冲的归一化时，流体流量计100可检测的最小流量为约0.5毫升。因此，在一些实例中，可以将测量不确定性量化为+/-0.5毫升。
在另一个非限制性例示性实施例中，流量计可以具有有恒定脉冲持续时间的归一化输出脉冲。图7和8分别说明了用于流量计此类变型的输入和输出脉冲的例示性算法和示意图。根据图7所示的算法600，在步骤601处，将体积计数器设置为零。在步骤602处，控制器141可以从流量传感器140接收检测信号。在步骤604处，可以产生输入脉冲。在步骤606处，控制器141可以将体积计数器增加校准量V/N，并且在步骤608处，控制器可以将体积计数器与第一参考体积V1进行比较。当在步骤608处，体积计数器等于或超出第一参考体积V1时，控制器141在步骤610处产生单个归一化输出脉冲。在产生归一化输出脉冲之后，控制器将体积计数器减小等于第一参考体积V1的量，并且返回到步骤602。对于随后的输入脉冲周期，体积计数器并不设置为零。
参考图8，使用算法600(图7所示)产生的归一化输出脉冲具有可以从控制器141的存储介质设置中预先选择的持续时间Psel。有利的是，为了减少在高流动速率下的错误，脉冲持续时间Psel可以被选择为小于对应于输入脉冲的最大频率的时间段Tin的最低值。因此，图8中所示的归一化输出脉冲可具有比图6中所说明的彼等持续时间更短的持续时间。如图8中所见，由于体积计数器的起始值的变化，产生连续的归一化输出脉冲所需的输入脉冲的数目可能不同。如在图7和图8中所示的彼等实施例可以提供改进的分辨率。
有利地，具有输入脉冲的归一化的流体流量计可以提供方便的校准值(例如，每个归一化输出脉冲的体积的整数值)。另外，控制器141可以被编程为使得占空比被归一化，以使得占空比的每一半对应于体积的50％，从而提供均匀的归一化脉冲输出。另外，此类实施例还有利地并不需要高频脉冲计数器来对相对于归一化输出脉冲具有更短持续时间的个别输入脉冲进行计数。此类实施例还减少了对椭圆形齿轮计的重新校准的需要，并且提供了由于制造公差而导致的校准可变性因素的方便的归一化输出。
已描述了各种实例。这些和其它实例在随附权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种流体流量计，其包括：
一个流动腔室；
一个与第二齿轮啮合的第一齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内，所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步旋转，以响应于流体流过所述流动腔室；
一个流量传感器，其被配置成产生响应于流体通过所述流动腔室和/或所述第一齿轮和所述第二齿轮的同步旋转的检测信号；和
一个具有一个输入脉冲产生器和一个归一化输出脉冲产生器的控制器，所述控制器被配置成
从所述流量传感器接收检测信号，
当从所述流量传感器接收到检测信号时，使得所述输入脉冲产生器产生输入脉冲，
每次产生输入脉冲时，将体积计数器增加等于每个输入脉冲的体积的量，
当所述体积计数器超出第一参考体积时，将所述归一化输出脉冲产生器从所述归一化输出脉冲产生器并不产生输出脉冲的状态转换到所述归一化输出脉冲产生器开始产生归一化输出脉冲的状态，和
将所述归一化输出脉冲产生器从所述归一化输出脉冲产生器产生归一化输出脉冲的状态转换回到所述归一化输出脉冲产生器停止产生所述归一化输出脉冲的状态。
2.根据权利要求1所述的流体流量计，其中所述控制器被配置成每当产生所述归一化输出脉冲时或之后，将所述体积计数器减小所述第一参考体积。
3.根据权利要求1所述的流体流量计，其中所述控制器被配置成确定体积计数器是否对应于所述第一参考体积，并且如果体积计数器对应于所述第一参考体积，那么所述归一化输出脉冲产生器进一步被配置成产生单一归一化输出脉冲，直到所述体积计数器对应于第二参考体积。
4.根据权利要求2所述的流体流量计，其中所述控制器被配置成确定体积计数器是否对应于所述第一参考体积，并且如果体积计数器对应于所述第一参考体积，那么所述归一化输出脉冲产生器进一步被配置成产生单一归一化输出脉冲，直到所述体积计数器对应于第二参考体积。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的流体流量计,其中当所述体积计数器超出所述第二参考体积时,所述控制器进一步被配置成将所述体积计数器减小所述第二参考体积。
6.根据权利要求5所述的流体流量计,其中当所述体积计数器随后到达第一参考体积时，所述控制器进一步被配置成将所述归一化输出脉冲产生器转换到所述归一化输出脉冲产生器产生后续归一化输出脉冲的状态。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的流体流量计,其中所述流体流量计的测量准确度为+/-ΔV,其中ΔV大致等于所述第一参考体积。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成将所述归一化输出脉冲产生器从所述归一化输出脉冲产生器产生对应于脉冲周期的二分之一的持续时间的归一化输出脉冲的状态进行转换,使得所述流体流量计对于归一化输出脉冲产生具有50%的占空比。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的流体流量计,其中所述控制器被配置成每次产生输入脉冲时，将所述体积计数器增加非整数值。
10.根据权利要求9所述的流体流量计,其进一步包括可操作地连接到所述控制器的非暂时性数据存储介质,所述非暂时性数据存储介质被配置成存储当产生输入脉冲时所述体积计数器将增加的所述非整数值。
11.根据权利要求10所述的流体流量计,其中当所述流量传感器产生输入脉冲时，所述非整数值对应于穿过所述流体流量计的体积。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的流体流量计,其中所述流体流量计的测量分辨率大致等于所述第一参考体积。
13.一种为流体流量计提供归一化输出的方法，其包括：
提供一种流体流量计，其包括：
一个流动腔室，
一个与第二齿轮啮合的第一齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内，所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步旋转，以响应于流体流过所述流动腔室，
一个流量传感器，和
一个具有一个输入脉冲产生器和一个归一化输出脉冲产生器的控制器；
从所述流量传感器接收检测信号；
当所述控制器接收到来自所述流量传感器的检测信号时，使用所述输入脉冲产生器产生输入脉冲；
每次产生输入脉冲时，将体积计数器增加等于每个输入脉冲的体积的量；
当所述体积计数器超出第一参考体积时，将所述归一化输出脉冲产生器从不产生归一化输出脉冲的状态转换到开始产生所述归一化输出脉冲的状态；和
当所述体积计数器超出第二参考体积时，将所述归一化输出脉冲产生器从产生所述归一化输出脉冲的状态转换到停止产生所述归一化输出脉冲的状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其中对应于归一化输出脉冲的体积为M，所述第一参考体积为M/2，并且所述第二参考体积为M。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中当所述第一齿轮和所述第二齿轮的旋转对应于预定有效旋转状态时，所述流量传感器产生检测信号。
16.一种为流体流量计提供归一化输出的方法，其包括：
提供一种流体流量计，其包括：
一个流动腔室，
一个与第二齿轮啮合的第一齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮定位在所述流动腔室内，所述第一齿轮与所述第二齿轮的所述啮合允许所述第一齿轮和所述第二齿轮同步旋转，以响应于流体流过所述流动腔室，和
一个具有一个输入脉冲产生器和一个归一化输出脉冲产生器的控制器；
当非整数值的体积穿过所述流体流量计时，使用所述输入脉冲产生器产生输入脉冲；
当产生输入脉冲时，使体积计数器增加等于通过所述流量计非整数值的体积的量；
当所述体积计数器超出第一参考体积时，将所述归一化输出脉冲产生器从不产生归一化输出脉冲的状态转换到开始产生所述归一化输出脉冲的状态；和
当所述体积计数器超出第二参考体积时，将所述归一化输出脉冲产生器从产生所述归一化输出脉冲的状态转换到停止产生所述归一化输出脉冲的状态，其中，
所述第一参考体积为所述第二参考体积的二分之一。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述非整数值是输入脉冲的平均脉冲速率。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中所述第二参考体积为非零整数。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中归一化输出脉冲的频率小于所述输入脉冲的频率。
20.根据权利要求18所述的方法，其中归一化输出脉冲的频率小于所述输入脉冲的频率。
21.一种根据权利要求1到12中任一项所述的流体流量计的用途，其用于测量流体流动和用于归一化输出。
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