DE2916761C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fluidzähler, insbesondere Wasserzähler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Fluidzähler der vorstehenden Art ist durch die DE-OS 17 73 632 bekannt, wobei die drei in einer Ebene angeordneten Magnetwiderstände in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Nachteilig ist bei dem bekannten Fluidzähler, daß Rückströmungen unberücksichtigt bleiben, daß also bei einer Strömungsrichtungsumkehr keine Rückwärtszählung erfolgt und das Meßergebnis insoweit verfälscht ist.

Durch die US-PS 32 99 702 ist bereits eine elektrische Strömungsrichtungsanzeige in einem Fluidzähler bekannt. Maßnahmen zur Korrektur des Fluidzählers bei einem Strömungsrichtungswechsel sind jedoch nicht offenbart.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fluidzähler der eingangs genannten Art anzugeben, der kein mechanisches Getriebe aufweist und der zur Erzielung eines weitgehend genauen Meßergebnisses die Strömungsrichtung berücksichtigen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anhand von schematischen Ausführungsbeispielen für einen Wasserzähler mehr im einzelnen beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Wasserzähler,

Fig. 2 einen Schnitt nach den Linien II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Elektronikteils in einem erfindungsgemäßen Fluidzähler mit einem Permanentmagneten an einem Flügelrad in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein ferromagnetisches Widerstandsteil eines Magnetfeldsensors, der in dem Elektronikteil nach Fig. 3 benutzt wird,

Fig. 5 eine Brückenschaltung des Magnetfeldsensors in Verbindung mit einem Umformkreis des Elektronikteils,

Fig. 6 zwei Impulsfolgen, die von dem Umformkreis gebildet werden,

Fig. 6a verschiedene Phasenlagen bei einer Drehung des Fluidzählers im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Strömungsrichtungsanzeigers, eines Summierers und einer Treiberschaltung als Teile des Elektronikteils nach Fig. 3,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines gegenüber Fig. 7 abgewandelten Summierers, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines gegenüber Fig. 1 abgewandelten Elektronikteiles.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein elektronischer Wasserzähler gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt, desen mechanischer Teil ähnlich ist mit einem bekannten Einflügelrad-Wasserzähler. Der erfindungsgemäße elektronische Wasserzähler umfaßt ein Gehäuse 11, einen Glasdeckel 12 und einen Gewindering 13, der den Glasdeckel 12 wasserdicht an das Gehäuse 11 anschließt, wobei zwischen dem Glasdeckel 12 und dem Gehäuse 11 ein Dichtungsring 14 angeordnet ist. Eine Zwischenplatte oder ein innerer Wandabschnitt 15 sitzt innerhalb des Gehäuses 11 fest angeordnet, um eine untere Gehäusekammer von einer oberen Gehäusekammer zu trennen. Die untere Gehäusekammer bildet einen Wasserkanal zwischen dem Eingangsanschluß 16 und dem Ausgangsanschluß 17 des Gehäuses 11. Die obere Kammer nimmt bei bekannten Wasserzählern ein mechanisches Getriebe für ein Zählwerk und dergleichen Bauteile auf. Ein Propeller oder Mehrflügelrad 18 ist in der unteren Gehäusekammer angeordnet. Die Enden der Welle 19 laufen in zwei (nicht dargestellten) Lagern, von denen sich das eine im Gehäuseboden und das andere in dem Zwischenwandabschnitt 15 befindet. Die Drehbewegung des Flügelrades 18, 19 ist proportional dem Volumen des Wassers, das durch die untere Kammer strömt.

Der elektronische Wasserzähler nach Fig. 1 und 2 enthält einen Permanentmagneten 20, der an der Welle 19 gehalten ist, um sich mit der Welle 19 in der unteren Kammer des Gehäuses 11 zu drehen, und einen Elektronikteil 21, der in einem Elektronikgehäuse dicht abgeschlossen ist, das sich in der oberen Kammer des Gehäuses 11 befindet. Beim dargestellten Wasserzähler ist das Anzeigegerät 22 in dem Elektronikgehäuse des Elektronikteils 21 angeordnet. Das Anzeigegerät 22 ist durch eine Glasplatte des Elektronikgehäuses sichtbar und umfaßt mehrere Lumineszenzelektroden, z. B. sieben lichtaussendende Dioden oder Flüssigkristallelemente für jede Zahl, wodurch eine sichtbare Lumineszenzanzeigetafel gebildet wird. Ein solches oder entsprechendes Anzeigegerät 22 ist der Einfachheit halber in dem Elektronikteil eingeschlossen. Es ist klar, daß es auch von dem Elektronikteil 21 getrennt angeordnet sein kann. Das Elektronikteil 21 umfaßt einen Sensorkreis oder Magnetfeldsensor 23, der auf die Umdrehung des Magneten 20 anspricht und zwei Sensorausgangssignale liefert, die mit der Drehbewegung des Magneten 20 veränderbar sind, was nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben wird. Das Elektronikteil umfaßt weiterhin einen Summier- oder Zählkreis 24, der auf die Sensorausgangssignale anspricht, um an das Anzeigegerät ein dem Wasserdurchströmvolumen entsprechendes Summenausgangssignal abzugeben, das dem Wasserdurchströmvolumen über der Zeit entspricht. Schließlich umfaßt das Elektronikteil eine Batterie 25 für das Anzeigegerät 22, den Magnetfeldsensor 23 und den Zählkreis 24. Der Magnetfeldsensor 23 enthält einen ferromagnetischen Magnetwiderstandsteil 26 (Fig. 4) und eine Brückenschaltung 27 (ein Teil von Fig. 5), worauf nachfolgend noch mehr im einzelnen zurückgekommen wird. Der Magnet 20, der Magnetfeldsensor 23 und der Zählkreis 24 entspricht einem herkömmlichen mechanischen Getriebe eines Zählwerkes bekannter mechanischer Wasserzähler. Vorzugsweise besteht der Magnet 20 aus einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 10 mm und einer gewählten Stärke zwischen 2 und 3 mm. Der Magnet 20 besitzt ein Magnetfeld von etwa 30 und 40 Gauss bei einem Abstand von 6 bzw. 5,5 mm von der Zwischenwand 15. Die Batterie 25 kann z. B. aus zwei Lithiumbatterien zusammengesetzt sein, die zusammen eine elektromotorische Kraft von 5,6 Volt und eine Lebensdauer von etwa 10 Jahren besitzen, sogar bei ständigem Unterwassereinsatz.

Fig. 3 veranschaulicht einen Elektronikteil 21 eines Wasserzählers gemäß einer bevorzugten ersten Ausführung nach der Erfindung. Der Elektronikteil 21 umfaßt ein Anzeigegerät 22, einen Magnetfeldsensor 23 und ein Zählkreis 24. Der Zählkreis 24 enthält einen Umformkreis 30 zum Umformen der beiden Sensorausgangssignale in zwei Impulsfolgen. Ein Rechen- oder Auswertkreis 31 des Zahlkreises 24 spricht auf die Impulsfolgen an, um das vorstehend erwähnte Zählerausgangssignal zu bilden, das durch die nachfolgende Beschreibung noch näher erläutert wird. Das Anzeigegerät 22 ist mit einem Treiberkreis 32 verbunden, der auf das Zählerausgangssignal anspricht, um an das Anzeigegerät ein Treibersignal abzugeben, wodurch wenigstens eine lichtemittierende Diode oder dergleichen Lumineszenzbauteil erregt wird. Der Auswertekreis 31 umfaßt ein Strömungsrichtungsanzeigegerät 33, der auf die Impulsfolgen anspricht um von normalen und inversen Strömungsimpulssignalen einzelne Impulse zu bilden. Das normale Strömungspulssignal entspricht einer Drehung des Magneten 20 aufgrund der Wasserströmung durch die untere Gehäusekammer des Wasserzählers in normaler Richtung vom Eingangsanschluß 16 zum Ausgangsanschluß 17 und das inverse Strömungspulssignal entspricht einer entgegengesetzten Drehung des Magneten 20 entsprechend einer entgegengesetzten Strömung des Wassers vom Ausgangsanschluß 17 zum Eingangsanschluß 16. Der Rechenkreis 31 umfaßt weiterhin einen Zähler 34, der auf jedes der Strömungspulssignale anspricht zur Zählung der Anzahl der Impulssignale, die ihm aufgegeben werden und zur Aufsummierung der Impulse in den Grenzen einer vorbestimmten Maßeinheit oder Volumens, um das Summenausgangssignal zu bilden. Der Umformerkreis 30, der Auswertekreis 31, der Strömungsrichtungsanzeiger 33 und der Zähler 34 sind an die Batterie 25 angeschlossen.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines ferromagnetischen Magnetwiderstandsteiles 26 des Magnetfeldsensors 23. Der Magnetwiderstandsteil 26 ist mit dem drehbaren Permanentmagneten 20 durch die Zwischenwand 15 und durch das Gehäuse des Elektronikteiles 21 hindurch magnetisch gekoppelt und besteht aus einem Substrat 35 aus nichtmagnetischem Material, wie z. B. ein Silizium-Einkristall oder Glas. Das Substrat 35 besitzt eine Größe von etwa 5 mm im Quadrat und eine Stärke von etwa 0,5 mm. Auf dem Substrat befinden sich drei ferromagnetische Magnetwiderstände bzw. Magnetwiderstandselemente 36, 37 und 38 und zwei Anschlüsse aus elektrisch leitendem Material, wie Gold oder Kupfer, zur Abgabe eines Stroms an jedes der ferromagnetischen Magnetwiderstandselemente, was noch näher beschrieben wird. Die Elemente 36 bis 38 können durch Aufdämpfen eines ferromagnetischen Materials, wie z. B. eine Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt, auf dem Substrat 35 hergestellt werden, indem es mit einem Film in der Stärke zwischen 0,01 und einigen Mikrons überzogen wird. Mittels eines bekannten Fotowiderstandsverfahrens wird der Film geätzt, um drei fortlaufende Linienzüge mit parallelen Linienabschnitten aus ferromagnetischem Material zu erhalten. Jeder Linienzug besitzt eine Dicke von wenigen Mikron und ist entlang der Linie einige Millimeter lang. Die Richtung des Stromes für das erste Element 36 oder seine Achse, die durch die Mitten der parallelen Linienabschnitte läuft, bildet einen Winkel von 45° mit jeder der Richtungen der Ströme oder Achsen der zweiten und dritten Elemente 37 und 38. Die Richtungen der letzteren Ströme verlaufen senkrecht zueinander. Wenn ein magnetisches Feld nahe einem ferromagnetischen Magnetwiderstandselement senkrecht und parallel zur Richtung des Stromes verläuft, nimmt der elektrische Widerstand des Elementes entsprechend ab. Die Widerstände des ersten bis dritten Elementes 36 bis 38 nehmen demzufolge ab, wenn der fortlaufend oder mit Unterbrechungen drehende Permanentmagnet 20 erste bis dritte Magnetfelder H₁, H₂ und H₃ von wenigen Gauss bildet, die senkrecht zu den Richtungen der Ströme für die entsprechenden Elemente 36 bis 38 verlaufen.

Es ist klar, daß die Richtung der Achsen in anderer Weise definiert sein kann. Es ist auch offensichtlich, daß das erste bis dritte magnetische Feld H₁ bis H₃ jeweils mit einer Phasendifferenz gegenüber den beiden anderen Feldern gebildet ist. Der Erdmagnetismus hat keinen meßbaren Einfluß auf die Widerstandsänderungen der Elemente 36 bis 38, sogar wenn das metallische Gehäuse 11 nicht als magnetischer Schirm dient. Es ist möglich, das ferromagnetische Magnetwiderstandsteil 26 mit der Unterseite nach oben, also umgekehrt, wie in Fig. 4 dargestellt, zu benutzen.

Fig. 5 zeigt eine Brückenschaltung 27 des Magnetfeldsensors 23, die zusammen mit dem ferromagnetischen Magnetwiderstandsteil 26 nach Fig. 4 benutzt wird, wodurch der Strom der gestrichelt angedeuteten Batterie 25 an die ferromagnetischen Magnetwiderstandselemente 36 bis 38 gelegt und ein erstes und zweites Sensorausgangssignal gebildet wird, wie nachstehend noch erläutert wird. Die dargestellte Brückenschaltung 27 besteht aus einer ersten Brücke, die aus dem ersten und zweiten Element 36 und 37 und ersten und zweiten Brückenwiderständen 41 und 42 besteht, die in Serie mit den entsprechenden Elementen 36 und 37 geschaltet sind, um das erste Sensorausgangssignal zu bilden. Die Brückenschaltung umfaßt eine zweite Brücke, die teilweise mit der ersten Brücke gemeinsam ist und schließt das erste und dritte Element 36 und 38 sowie einen dritten Brückenwiderstand 43 in Serie mit dem dritten Element 38 ein, um ein zweites Sensorausgangssignal zu bilden. Die Richtungen der Strömung des ersten Sensorausgangssignals sind verschieden voneinander im Augenblick, wo der Permanentmagnet 20 das erste bzw. zweite Magnetfeld H₁ bzw. H₂ während der kontinuierlichen oder unterbrochenen Drehbewegung des Magneten bildet. In gleicher Weise sind anfangs die Richtungen der Strömung des zweiten Sensorausgangssignals unterschiedlich voneinander, wo der Magnet 20 das dritte und erste Magnetfeld H₃, H₁ bildet.

Nach Fig. 5 enthält der Umformerkreis 30 einen ersten und zweiten Differentialverstärker 46 und 47 zur Verstärkung des ersten und zweiten Sensorausgangssignals und einen ersten und zweiten Impulsformer 48 und 49 zur Umformung des entsprechenden, verstärkten Sensorausgangssignals bei Verwendung einer bekannten Schwellwertspannung in Impulse einer ersten bzw. zweiten Folge V₁,₂. Für den beispielsweisen Permanentmagnet 20, den Magnetfeldsensor 23 und die Batterie 25 kann die Schwellwertspannung V₁ = 2,3 Volt betragen und kann vollständig aus der Batterie 25 entnommen werden. Es ist möglich für die beiden Wellenformer 48 und 49 verschiedene Schwellwertspannungen zu benutzen, wobei die Impulsfolgen V₁ und V₂ Zyklen von unterschiedlicher Größe aufweisen.

Bezugnehmend auf Fig. 6 zeigt die erste Impulsfolge V₁ auf der linken Seite der Fig. 6 während einer vollständigen Umdrehung des sich kontinuierlich oder mit Unterbrechungen drehenden Magneten 20 zwei aufwärts und zwei abwärts verlaufende Impulsflanken. Die aufwärts verlaufenden Impulsflanken liegen bei 30° und 210° einer Magnetdrehung aufgrund einer Wasserströmung in normaler Richtung und bei 60° und 240°, wenn das Wasser in entgegengesetzter Richtung strömt. Die zweite Impulsfolge V₂ auf der rechten Seite der Fig. 6 bildet bei einer Phasendifferenz von 45° zur ersten Impulsfolge V₁ auf- und absteigende Impulsflanken. Bei normaler Strömungsrichtung des Wassers bildet die erste Impulsfolge aufsteigende Impulsflanken, während die zweite Impulsfolge auf unterem Niveau gehalten ist. Entsprechend bildet die erste Impulsfolge absteigende Impulsflanken, während die zweite Impulsfolge auf einem oberen Niveau gehalten ist. Fließt das Wasser in entgegengesetzter Richtung, bildet die erste Impulsfolge auf- und absteigende Impulsflanken, während die zweite Impulsfolge auf einem hohen bzw. auf einem niedrigen Niveau gehalten wird.

Zur weiteren Verdeutlichung der Fig. 6 wird auf die Fig. 6a verwiesen, die unter a₁ und a₂ die Phasenlagen der Magnetwiderstandselemente bei einer Drehung im Uhrzeigersinn und entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn zeigen. Entsprechend sind unter b₁ und b₂ die Phasenlagen der Ausgangssignale am Differenzverstärker 46 und unter c₁ und c₂ die Phasenlagen der Ausgangssignale am Differenzverstärker 47 gezeigt. Unter d₁ und d₂ sind die Phasenlagen der normalen und inversen Impulsfolgen V₁ und unter e₁ und e₂ sind schließlich die Phasenlagen der normalen und inversen Impulsfolgen V₂ dargestellt.

Fig. 7 zeigt einen Strömungsrichtungsanzeiger 33 des Rechen- bzw. Auswertekreises 31. Der Strömungsrichtungsanzeiger 33 umfaßt einen Abwärtsdetektor 51, der auf die erste Impulsfrequenz V₁ anspricht, um eine Folge von Abwärtsimpulsen in den Zeitpunkten zu bilden, in denen die erste Impulsfolge V₁ abwärts verlaufende Impulse zeigt. Der Strömungsrichtungsanzeiger 33 umfaßt weiterhin einen Aufwärtsdetektor 52, der ebenfalls auf die erste Impulsfrequenz V₁ anspricht, um jedoch eine Folge von Aufwärtsimpulsen in den Zeitpunkten zu bilden, in denen die erste Impulsfolge V₁ aufwärts verlaufende Impulse zeigt. Außerdem umfaßt der Strömungsrichtungsanzeiger 33 eine Kombination von Gattern bzw. einen Logikkreis 55 mit einem ersten Ausgang 56 für ein normales Strömungsausgangssignal und einem zweiten Ausgang 57 für ein inverses Strömungsausgangssignal. Der Logikkreis spricht auf die abwärts und aufwärts gerichteten Impulsfolgen und die zweite Impulsfolge V₂ an, um die normale und die inverse Impulsfolge an den Ausgängen 56 und 57 abzugeben. Es ist zu bemerken, daß die normale und die inverse Impulsfolge einzeln gebildet werden.

In Fig. 7 umfaßt der Zähler 34 des Rechenkreises 31 erste und zweite Frequenzvervielfacher 61 und 62 mit Halteanschlüssen 63 und 64 zur Frequenzvervielfachung der normalen und der inversen Strömungsimpulssignale. Ein erster Frequenzteiler oder Frequenzverkleinerer 66 teilt die Frequenz der vervielfachten Normalimpulssignalfrequenz, um einen Halteimpuls an den Halteanschluß 63 des ersten Frequenzvervielfachers 61 zu legen. Ein zweiter Frequenzteiler 67 teilt die Frequenz der vervielfachten inversen Impulssignalfrequenz, um ein Haltesignal an den Halteanschluß 64 des zweiten Frequenzvervielfachers 62 zu legen. Jeder der Frequenzvervielfacher 61 und 62 kann einen Multivibrator (nicht dargestellt) umfassen, der durch die normalen oder die inversen Strömungsimpulssignale getriggert und durch die aufeinanderfolgenden Halteimpulse ausgesetzt wird, um eine intermittierende Folge von Zeit- bzw. Ortsimpulsen zu erhalten. Eine Kombination des Frequenzvervielfachers und -teilers 61 und 66 oder 62 und 67 dient als ein Impulserzeuger, der auf jeden Impuls eines normalen oder inversen Strömungspulssignals anspricht, um eine erste vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls zu bilden, bevor ein anderes normales oder inverses Strömungsimpulssignal innerhalb einer kürzestmöglichen Periode erscheint, welche dem Impuls folgt, der den Multivibrator angeregt hat. Ein einzelner Zähler oder Frequenzteiler 68 teilt die intermittierende Folge von Taktimpulsen, die von den entsprechenden Impulserzeugern 61 und 66 bzw. 62 und 67 erzeugt werden, um ein normales und ein inverses Strömungszählsignal zu erzeugen, das eine Zählung anzeigt, die proportional dem Volumen des Wassers ist, das durch das Zählergehäuse in normaler bzw. in inverser Richtung geströmt ist. Der einzelne Zähler 68, wie er hier bezeichnet ist, dient für zwei Zähler zum Zählen der Impulse, die von den entsprechenden Impulserzeugern 61, 66 und 62, 67 für eine zweite vorbestimmte Zahl abgegeben werden, um einen Impuls zu jeder Zeit zu erzeugen, wenn die Zählung die zweite vorbestimmte Zahl erreicht. Ein Summenzähler 69 des Zählers 34 zählt die normalen bzw. die inversen Strömungszählsignale auf und ab, um das vorstehend genannte Summenausgangssignal zu erhalten. In dem dargestellten Beispiel ist der Summenzähler ein Dezimalzähler zur Bildung des Summenausgangssignals in einem binärcodierten Dezimalcode. Es ist bekannt, daß jede Zahl eines solchen Summenausgangssignals durch ein Vier-Bit-Code erfaßt ist.

Mehr im einzelnen zu Fig. 7 wird angenommen, daß die Welle 19 und entsprechend der sich drehende Permanentmagnet 20 eine volle Umdrehung vollführt hat, wenn 56,5 ccm Wasser durch den Wasserzähler in normaler oder in inverser Richtung hindurchgeflossen sind. Wenn es erwünscht ist, einen Impuls zu erhalten für jedes normale oder inverse Strömungszählsignal entsprechend einem Volumen von 100 ccm durchströmten Wassers, dann müssen die Verhältnisse der Frequenzvervielfachung und Teilung, die an jedem Impulserzeuger 61, 66 und 62, 67 und an dem einzelnen Zähler 68 stattfinden, proportional zu 113 und 400 sein, weil die Beziehung für die Umwandlung gegeben ist durch

56,5/(2 × 100) = 113/400

Weiter bezogen auf Fig. 7 enthält der Treiberkreis 32, der dem Anzeigegerät 22 zugeordnet ist, mehrere Konverter 70₁... und 70 k, gleich der Anzahl der Ziffern, die im Anzeigegerät sichtbar sind. Jeder Konverter besitzt sieben Ausgangsleitungen, die an die lichtemittierenden Dioden oder dergleichen Anzeigeelemente angeschlossen sind. Die Konverter 70 (der Buchstabenindex ist fortgelassen) sprechen auf entsprechende Zahlen des Summenausgangssignals an, um das Treibersignal abzugeben, das hier kollektiv so bezeichnet ist, um wenigstens eines der Ausgangsleitungen zu belegen. Für jeden der Konverter 70 kann z. B. ein Gerät MC 1458 B genommen werden, das in "Motorola Semiconductor Data Library/ C-MOS", 1976 durch Motorola Inc., Illinois, U.S.A., Volumen 5, Seite 5-427, veröffentlicht ist.

Bezugnehmend auf Fig. 8 enthält gemäß einer zweiten Ausführung nach der Erfindung der Zähler 34 des Elektronikteiles 21 für einen Wasserzähler erste und zweite NAND-Gatter 71 und 72 jeweils mit zwei Eingängen. Das zweite NAND-Gatter 72 gibt unter anderem ein Ausgangssignal an den Eingang des ersten NAND-Gatters 71. Jeder Impuls von einem normalen bzw. inversen Strömungspulssignal, der von dem Strömungsrichtungsdetektor 33 gebildet ist, (Fig. 3 und 7), wird zu dem anderen Eingang des ersten NAND- Gatters 71 über ein OR-Gatter 73 und ein Inverter 74 als ein logischer "0"-Impuls gegeben. Das erste NAND-Gatter 71 gibt daher ohne Rücksicht auf das logische Niveau des Ausgangssignals des zweiten NAND-Gatters 72, einen logischen "1"-Impuls an ein UND- Gatter 75 ab, dessen Ausgang an einen elektrischen Leiter 76 angeschlossen ist, der an einen ersten bis vierten Umrechnungszähler 77₁, 77₂ 77₃ und 77₄ angeschlossen ist. Jeder Umrechnungszähler hat einen Rückstelleingang R und ein Teilerausgang D. Ein Taktgenerator 78 gibt eine fortlaufende Folge von Taktimpulsen auf das UND-Gatter 75. Bei Anwesenheit eines logischen "1"-Impulses, abgegeben von dem ersten NAND-Gatter 71, gibt das UND-Gatter 75 die Ortsimpulse an den Leiter 76 und den ersten Umrechnungszähler 77₁ ab. Die Umrechnungszähler 77 (die Indices sind weggelassen) arbeiten zusammen, um die Ortsimpulse zu zählen und um gleichzeitig logische "1"- Impulse an ein einzelnes NAND-Gatter 79 von den Teilerausgängen D abzugeben, wenn die Zählung eine vorbestimmte Zahl n erreicht. Das NAND-Gatter 79 gibt ein logisches "0"-Signal an das zweite UND-Gatter 72 ab, das ein logisches "1"-Signal einerseits an die Zähler 77 abgibt, um diese rückzustellen und um andererseits an den einen Eingang des ersten UND-Gatters 71 und den einen Eingang des UND-Gatters 75 ein logisches "0"-Signal zu schalten, um damit die beiden UND-Gatter 71 und 75 zu sperren.

Durch Fig. 8 wird verständlich, daß die Kombination aus UND-Gatter 75, Umrechnungszähler 77 und dem zugehörigen Schaltkreis, wie das einzelne NAND-Gatter 79, als ein rückstellbarer Zähler wirkt zur Abgabe von Taktimpulsen vom Taktgenerator 78 und dem elektrischen Leiter 76 in Abhängigkeit von jedem Impuls eines einzelnen Impulssignals, nämlich dem einen oder anderen der normalen und der inversen Strömungsimpulssignale, die erzeugt werden, durch den Strömungsrichtungsdetektor 33. Zu jeder Zeit, wenn Taktimpulse an den Leiter 76 abgegeben sind, wird der rückstellbare Zähler automatisch auf Null zurückgestellt. Damit der rückstellbare Zähler zurückgesetzt wird vor dem Erscheinen des einzelnen Impulssignals, der als nächster dem Impuls folgt, aufgrund dessen der rückstellbare Zähler die n Taktimpulse an den Leiter 76 abgegeben hat, ist es notwendig, daß die Wiederholungsfrequenz der Taktimpulse ausreichend hoch ist, z. B. 150 kHz beträgt. Jeder der Umrechnungszähler 77 kann ein Zähler mit der Bezeichnung PD 4017 C sein, der in "NEC CMOS Digital IC", dritte Ausgabe, veröffentlicht 1977 durch Nippon Electric Co., Ltd. in Tokio/Japan, Seiten 36 bis 38 beschrieben ist.

In dem Zähler 34, dargestellt in Fig. 8, ist der elektrische Leiter 76 mit einem ersten Vorzähler 81₁ verbunden, der aufeinanderfolgend mit dem zweiten bis vierten Vorzähler 81₂ (nicht dargestellt) bis 81₄ und ersten bis K-ten Summenzähler 82₁ bis 82 _k verbunden ist. Jeder der Zähler 81 und 82 (Indices sind fortgelassen) besitzt einen Steuereingang C. Der Zähler 34 umfaßt weiterhin dritte und vierte NAND-Gatter 83 und 84 mit jeweils zwei Eingängen. Das dritte NAND-Gatter 83 erhält die normalen Strömungspulssignale von dem Strömungsrichtungsdetektor 33 und ein Ausgangssignal des vierten NAND-Gatters 84 aufgeschaltet. Das vierte NAND-Gatter 84 erhält die inversen Strömungsimpulssignale und ein Ausgangssignal des dritten NAND-Gatters 83 angelegt. Das vierte NAND-Gatter 84 gibt danach ein logisches "1"-Signal bzw. ein logisches "0"-Signal ab, wenn die normalen bzw. die inversen Strömungspulssignale einzeln angelegt werden. Die logischen "1"- und "0"-Signale werden an die Steuereingänge C der Vor- und der Summierzähler 81 und 82 angelegt, zum Auf- und Abzählen der Taktimpulse, die an den ersten Vorzähler 81₁ von dem Impulsgenerator 78 durch das UND-Gatter 75 und den elektrischen Leiter 76 angelegt werden. die Vor- und Summierzähler 81 und 82 dienen damit als ein einzelner reversibler Zähler, in welchem die Summenzähler 82 ein Summenausgangssignal im binärcodierten Dezimalcode abgeben und wobei die Vorzähler 81 benutzt werden, um den Dezimalpunkt einzustellen, wie nachstehend erläutert wird. Der erste Summierzähler 82₁ erzeugt den binärcodierten Dezimalcode, kennzeichnend die kleinste geltende Zahl des Summierausgangssignals.

Mehr im einzelnen bezugnehmend auf Fig. 8 wird angenommen, daß der drehbare Permanentmagnet 20 eine vollständige Drehung ausführt, wenn 56,5 ccm Wasser durch das Gehäuse des Wasserzählers in normaler oder in inverser Richtung geflossen sind. Es wird außerdem angenommen, daß jeweils ein Signal zu der kleinsten geltenden Zahl des Summenausgangssignals hinzuzuzählen ist, wenn 100 ccm Wasser durch den Wasserzähler hindurchgeströmt sind. Die vorbestimmte Zahl n muß 2825 betragen, weil 56,5/(2 × 100) = 0,2825 sind. An den Teilerausgängen D der Umrechnungszähler sind daher gleichzeitig logische "1"-Signale gelegt, wenn die Zählungen in dem ersten bis vierten Umrechnungszähler 77 der Reihe nach die Zahlen 5, 2, 8 und 2 erreichen. Unter diesem Umstand, wird ein Taktimpuls abgegeben, von dem Impulsgenerator 78 an den ersten Vorzähler 81₁ über den Leiter 76 bei einem Wasserdurchfluß von 0,1 ccm in normaler und inverser Richtung. Die Vorzähler 81 addieren ein Signal, wie angenommen, zu oder substrahieren ein Signal von der Summenausgangssignalzahl, die von dem ersten Summenzähler 82₁ für die gewünschte Meßeinheit abgegeben wird. Es ist damit klar, daß der Wasserzähler vier Dezimalumrechnungszähler 77 und eine passende Zahl von Vorzählern 81 aufweist, wonach die zweite Ausführung der Erfindung geeignet ist, das Volumen des durchströmenden Wassers zu messen mit einem Fehler von nur 0,1% sogar in ungünstigstem Falle.

Schließlich zeigt Fig. 9 einen Elektronikteil 21′ zur Verwendung in einem Wasserzähler gemäß einer dritten Ausführung nach der Erfindung, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen in Fig. 3 versehen sind. Erregt durch eine Batterie 25 erzeugt ein Oszillator 91 eine Impulsfolge einer Wiederholungsfrequenz, die zwischen etwa 20 und wenigen Hertz ausgewählt ist. Ein elektronischer Schalter 92 wird gesteuert durch Niederfrequenzimpulsfolgen zur intermittierenden Erregung des Anzeigegerätes 22 und des Treiberkreises 32. Das erlaubt die Arbeit der Batterie 25 beträchtlich zu schonen, vor allem wenn das Tastverhältnis der Niederfrequenzimpulsfolge unter etwa 50% gewählt ist. Es ist möglich eine Radiofrequenzimpulsfolge zu benutzen. Alternativ ist es möglich, einen handbetätigten Schalter für den elektronischen Schalter 92 einzusetzen, wobei der Oszillator 91 entfällt. Der manuell betätigte Schalter 92 wird intermittierend geschlossen, nur wenn es gewünscht ist, das Durchflußvolumen des Wassers abzulesen, das von dem Anzeigegerät 22 angezeigt wird.

Während die Erfindung nur anhand von einigen Ausführungsbeispielen näher beschrieben wurde, ist es offensichtlich für den betreffenden Fachmann, daß die Erfindung in verschiedener anderer Weise in die Praxis umgesetzt werden kann. Zum Beispiel ist die Erfindung anwendbar auf Nutationsscheiben- und Rotationskolbenwasserzähler, gezeigt in "Water Meters; Selection, Instalation, Testing and Maintenance" of "AWWA M6 Meter Manual", veröffentlicht 1962 durch American Water Works Association, Inc., New York, U.S.A., Fig. 9.4 (page 64) bzw. Fig. 9.5 (page 66). Die Erfindung ist gleich gut anwendbar in einem Wasserzähler, in welchem es möglich ist, die Bewegung von einem beweglichen Körper im Verhältnis zum Durchströmvolumen von zu messendem Wasser umzuwandeln, gemessen durch die Rotation einer Welle oder dergleichen. Ein Wasserzähler nach dem vorstehend beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel kann nur zwei ferromagnetische Magnetwiederstandselemente enthalten.

Wenn es erwünscht ist, mehrere Wasserzähler nach der Erfindung zu überwachen, kann das Anzeigegerät 22 und der Treiberkreis 32 von jedem Wasserzähler vervollständigt oder ergänzt werden durch einen Modulator zur Modulation eines Trägersignals, z. B. durch das binärcodierte Dezimalsignal, das vom Summierkreis 24 abgegeben wird. Das Trägersignal kann entweder in dem entsprechenden Wasserzähler erzeugt werden oder wird ihm zentral aufgegeben. Die einzelnen Wasserzähler werden entweder durch Frequenz- oder Zeitteilung identifiziert. In einem solchen Wasserzählersystem ist es zweckmäßig, wie bekannt, die elektrische Energie für die Wasserzähler von einer Zentrale aus zuzuführen.

Wenn es möglich ist, den inversen Durchfluß außer acht zu lassen, kann der Wasserzähler nach der Erfindung lediglich ein ferromagnetisches Magnetwiderstandselement enthalten. Eine Änderung des Widerstandes und die daraus folgende Änderung in der Stromrichtung wird als ein einzelnes Sensorausgangssignal benutzt. In einem solchen Fall ist es möglich, nur einen der Impulserzeuger 61, 66 und 62, 67 zu benutzen, die in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben sind, wobei die Impulserzeuger mit einem einzelnen aufsummierenden Zähler 68 in Verbindung stehen, die der Anzahl der Impulse einer einzelnen Impulsfolge zählt, in die das einzelne Sensorausgangssignal geformt ist. Alternativ ist es möglich, einen Aufsummierer anstelle eines reversiblen Zählers 81, 82 nach Fig. 8 zu benutzen.

Claims (5)

1. Fluidzähler, insbesondere Wasserzähler, zur Messung des durch das Zählergehäuse (11) strömenden Fluidvolumens mit

• - einem von dem das Zählergehäuse (11) durchströmenden Fluid bewegten Drehkörper (18, 19),
• - einem mit dem Drehkörper (18, 19) gekuppelten Anzeigegerät (22),
• - einem von dem Drehkörper (18, 19) getragenen Permanentmagneten (20), der mit einem Elektronikteil (21) magnetisch gekuppelt ist, welches in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Elektronikteil (21) und dem Permanentmagneten (20) ein Ausgangssignal an die Anzeigevorrichtung (22) zur Anzeige des Fluidvolumens abgibt,
• - wobei das Elektronikteil (21) einen von einem ferromagnetischen Widerstandskörper gebildeten Magnetfeldsensor (23) aufweist, der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Magneten Ausgangssignale abgibt, auf die ein Signalumformerkreis (30) zur Bildung wenigstens einer Impulsfolge (V₁, V₂) anspricht, welche einem Zähler (31) aufgeschaltet ist, der ein Summensignal an einen Treiberkreis (32) für die Anzeigevorrichtung (22) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetwiderstandskörper aus drei in einer Ebene angeordneten Elementen (36-38) besteht, dergestalt, daß die Richtung des Stromes durch das erste Element (36) mit jeder der Richtungen der Ströme durch das zweite und dritte Element (37, 38) einen ersten Winkel von 45° einschließt, während die Richtungen der Ströme der zweiten und dritten Elemente (37, 38) einen zweiten Winkel von 90° einschließen (Fig. 4).

2. Fluidzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (36-38) mit drei Brückenwiderständen (41-43) in einer Doppelbrückenschaltung miteinander verbunden sind, wobei eine erste Brückenschaltung von den beiden in Serie liegenden ersten und zweiten Elementen (36, 37) mit den Brückenwiderständen (41, 42) und eine zweite Brückenschaltung von den in Serie liegenden ersten und dritten Elementen (36, 38) mit den Brückenwiderständen (41, 43) gebildet ist, von denen die erste Brückenschaltung ein erstes Sensorausgangssignal über einen ersten Differenzverstärker (46) an ein erstes Umformerelement (48) zur Abgabe einer ersten Umformerimpulsfolge (V₁) und die andere Brückenschaltung ein zweites Sensorausgangssignal über einen zweiten Differenzverstärker (47) an ein zweites Umformerelement (49) zur Abgabe einer zweiten Umformerimpulsfolge (V₂) abgibt (Fig. 5).

3. Fluidzähler nach Anspruch 1, wobei die beiden Umformerimpulsfolgen (V₁, V₂) entsprechend den unterschiedlichen Fluidströmungsrichtungen einem Impulsauswertekreis (31) aufgeschaltet sind, der aus einem Strömungsrichtungsdetektorkreis (33) und einem nachgeschalteten Zählkreis (34) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsrichtungsdetektorkreis (33) aus zwei parallelen Detektoren (51, 52) besteht, an deren Eingängen die eine Umformerimpulsfolge (V₁) geschaltet ist, wobei der erste Detektor (51) eine abwärtszählende Detektorimpulsfolge und der zweite Detektor (52) eine aufwärtszählende Detektorimpulsfolge abgibt, daß die beiden Detektorimpulsfolgen und die zweite Umformerimpulsfolge (V₂) an den Eingängen eines Logikschaltkreises (55) aus UND- oder ODER-Gattern mit zwei Ausgängen (56, 57) liegen, die mit den Eingängen eines Zählerkreises (34) verbunden sind (Fig. 7).

4. Fluidzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerkreis (34) aus zwei parallelen Frequenzvervielfachern (61, 62) besteht, denen jeweils ein Frequenzteiler (66, 67) zugeordnet ist, daß der eine Frequenzvervielfacher (61) auf die einen Ausgangssignale des Strömungsrichtungsdetektors (33) und der parallele andere Frequenzvervielfacher (62) auf die anderen Ausgangssignale des Strömungsrichtungsdetektors (33) anspricht, daß die parallelen Ausgängen der beiden Frequenzvervielfacher (61, 62) an zwei eine Zählereinheit bzw. einen Frequenzteiler bildenden Zählern liegt, deren Ausgänge an den Eingängen eines Summenzählers (69) liegen und daß die Ausgangssignale des Summenzählers (69) dem Treiberkreis (32) für die Anzeigevorrichtung (22) aufgeschaltet sind (Fig. 7).

5. Fluidzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerkreis (34) ein erstes und zweites NAND- Gatter (71, 72) umfaßt, von denen der Ausgang des einen Gatters an den einen Eingang des anderen Gatters und umgekehrt geschaltet ist, daß die Ausgangsimpulse des Strömungsrichtungsdetektors (33) über ein ODER- Gatter (73) und einen Inverter (74) an den anderen Eingang des ersten NAND-Gatters (71) geschaltet sind, dessen Ausgang über den einen Eingang eines ersten UND-Gatters (75) an dem Eingang des ersten von mehreren in Reihe geschalteten Konversionszählern (77₁ bis 77₄) liegt, die jeweils einen Rückstell- und einen Teilerausgang (D, R) aufweisen daß der Ausgang eines Impulsgenerators (78) an dem anderen Eingang des ersten UND- Gatters (75) liegt, daß die Teilerausgänge (D) der Konversionszähler (77₁ bis 77₄) an den Eingängen eines Einzel-NAND-Gatters (79) liegen, dessen Ausgang an den anderen Eingang des zweiten NAND-Gatters (72) geschaltet ist, wobei das erste UND-Gatter (75), die Konversionszähler (77) und das dritte NAND-Gatter (79) einen rückstellbaren Zähler bilden, daß der Ausgang des ersten UND-Gatters (75) außerdem an dem Eingang eines ersten von vier in Reihe geschalteten Vorzählern (81₁ bis 81₄) liegt, deren Ausgang an dem Eingang eines ersten von mehreren in Reihe geschalteten Summierzählern (82 _l bis 82 _k ) liegt, wobei die Vor- und Summierzähler (81, 82) jeweils einen Steuereingang (C) aufweisen, daß ein drittes und ein viertes NAND-Gatter (83, 84) vorgesehen ist, von denen der Ausgang des dritten NAND-Gatters (83) an den einen Eingang des vierten NAND-Gatters (84) und umgekehrt geschaltet ist, dessen Ausgang außerdem an die Steuereingänge (c) der Vor- und Summierzähler (81, 82) geschaltet ist, und daß die anderen Eingänge des dritten und vierten NAND-Gatters (83, 84) je an einem der Ausgänge (56, 57) des Strömungsrichtungssensors (33) liegen (Fig. 8).