CN107542937A - 带有传感器的流体控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有传感器的流体控制阀(1)，其具有流体控制阀主体(2)和检测振动(S)的振动传感器(3)，流体控制阀主体(2)具有使可动铁心(9)移动的致动部(4)和形成有阀座(14a)的阀部(5)，设于可动铁心(9)的隔膜阀芯(16)与阀座(14a)抵接离开，在隔膜阀芯(16)与阀座(14a)抵接时，因在隔膜阀芯(16)与阀座(14a)之间无泄漏的情况下才产生的水锤现象而产生振动(S)，且带有传感器的流体控制阀(1)具有异常判断装置，该异常判断装置在检测到规定阈值(X)以上的振动(S)时判断为流体控制阀主体(2)正常，在未检测到规定阈值(X)以上的振动(S)时判断为流体控制阀主体(2)异常。

Description

带有传感器的流体控制阀

技术领域

本发明涉及一种带有传感器的流体控制阀，该流体控制阀具有流体控制阀主体和检测流体控制阀主体的振动的振动传感器，所述流体控制阀主体具有使可动部件移动的致动部和形成有阀座的阀部，设置于可动部件的阀芯与所述阀座抵接离开。

背景技术

目前，在医用分析装置所使用的药液用流体控制阀中，对试剂、稀释液、清洗液等各种流体进行控制。为了确认在流体控制阀中流体是否确实地流动、停止，使用专利文献1所示的流体控制阀。专利文献1的流体控制阀中，通过设置振动传感器来感知由控制阀的动作所产生的声音，通过进行比较来检测动作不良，确认流体的流动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5399687号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，现有的流体控制阀仅检测控制阀的动作不良，不能检测闭阀部有无泄漏，当在医用分析装置中使用时，因流体的析出、粘结而有可能在控制阀的闭阀部处产生堵塞、从而闭阀部发生泄漏。特别是，在血液检查装置中，试样的蛋白质堆积在密封面时，会在闭阀部产生泄漏，有可能导致误检。

另外，有时因作为控制阀驱动源的螺线管、气缸、电动机等的耐久动作，导致动作变差、阀开闭力变弱。而且，有时由于控制阀中的开闭流路的阀部的磨损、突发异物等流入流路中流动的流体，导致无法闭阀。由此，有可能在闭阀部发生泄漏。

为了在闭阀部检测出泄漏，也存在在控制阀的前后设置流量计、压力计、温度计等传感器来监视控制阀的技术方案，但需要用于设置各传感器的空间，存在装置大型化的问题。另外，这样的装置难以检测出由一般成人毛发粗细(100μm)程度的大小的异物所产生的微小泄漏。而且，这些传感器必须设置在流路内部，但处理各种流体的装置对接液材质存在限制，优选尽可能地减少接液部件。

本发明用于解决上述问题，其目的在于提供一种能够检测出流体控制阀的闭阀部中的微小泄漏的带有传感器的流体控制阀。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一实施方式的带有传感器的流体控制阀具有流体控制阀主体和检测流体控制阀主体的振动的振动传感器，所述流体控制阀主体具有使可动部件移动的致动部和形成有阀座的阀部，设置于可动部件的阀芯与阀座抵接离开，该带有传感器的流体控制阀的特征在于，在阀芯与阀座抵接时，因在阀芯与阀座之间无泄漏的情况下才产生的水锤现象而产生振动，该带有传感器的流体控制阀具有异常判断装置，该异常判断装置在检测到超过规定阈值振幅的振动时判断为流体控制阀主体正常，在未检测到超过规定阈值振幅的振动时判断为流体控制阀主体异常。

发明效果

具有上述特征的本发明的带有传感器的流体控制阀由于利用水锤现象未检测到超过阈值振幅的振动，所以能够检测出流体控制阀的闭阀部的微小泄漏。

附图说明

图1是带有传感器的流体控制阀的闭阀状态的剖视图。

图2是带有传感器的流体控制阀的开阀状态的剖视图。

图3是流体中流入有异物的状态下的带有传感器的流体控制阀的剖视图。

图4是表示在压力0.0MPa、流体控制阀正常(无异物)的条件下振动与电压及时间的关系的曲线图。

图5是表示在压力0.0MPa、流体控制阀异常(有异物)的条件下振动与电压及时间的关系的曲线图。

图6是表示在压力0.3MPa、流体控制阀正常(无异物)的条件下振动与电压及时间的关系的图。

图7是表示在压力0.3MPa、流体控制阀异常(有异物)的条件下振动与电压及时间的关系的图。

图8是表示在电压70％的条件下振动与电压及时间的关系的图。

图9是表示在电压80％的条件下振动与电压及时间的关系的图。

图10是表示在电压90％的条件下振动与电压及时间的关系的图。

图11是表示无滑动阻力时的振动与电压及时间的关系的图。

图12是表示滑动阻力增加时的振动与电压及时间的关系的图。

图13是振动传感器的控制框图。

符号说明

1、带有传感器的流体控制阀

2、流体控制阀主体

3、振动传感器

4、致动部

5、阀部

7、励磁线圈

8、固定铁心

9、可动铁心

14a、阀座

16、隔膜阀芯

具体实施方式

关于本发明的实施方案中的带有传感器的流体控制阀1，一边参照附图一边如下进行详细说明。

(带有传感器的流体控制阀的构成)

使用图1～3，针对带有传感器的流体控制阀1的结构进行说明。图1示出了带有传感器的流体控制阀1的闭阀状态的剖面。图2示出了带有传感器的流体控制阀1的开阀状态的剖面。图3示出了流体中流入有异物A的状态下的闭阀状态的带有传感器的流体控制阀1的剖面。

如图1所示，带有传感器的流体控制阀1由流体控制阀主体2和检测流体控制阀主体2的振动的振动传感器3构成。流体控制阀主体2具有致动部4和阀部5。致动部4中，固定铁心8和可动铁心9(可动部件的一例)以与线圈骨架10同轴的方式设置于中空状的线圈骨架10。励磁线圈7卷绕在线圈骨架10的周围。固定铁心8的一端面(图1中为下表面)8a为磁极面，该磁极面以与可动铁心9的一端面(图1中为上表面)9b对置的方式同轴地设置。固定铁心8的外径与线圈骨架10的内径几乎相同。励磁线圈7的周围设有磁轭(yoke)11，磁轭11被模部12覆盖。模部12的下端设有与阀部5连结的连结部件13。

可动铁心9的下端在外周形成有凸缘部9a。将下述的隔膜阀芯16向阀座14a方向弹压的弹簧15的一端与凸缘部9a抵接。弹簧15的另一端与配置在磁轭11与连结部件13之间的弹簧支承部件17抵接。

阀部5具有流路块体14，该流路块体14具有输入流路14b和输出流路14c。在流路块体14的中央形成有与隔膜阀芯16抵接或离开的阀座14a。

图1中，由于未对励磁线圈7通电，所以可动铁心9与固定铁心8离开，隔膜阀芯16通过弹簧15的弹压力而与阀座14a抵接，输入流路14b与输出流路14c被阻断。

另一方面，当对励磁线圈7通电时，由于可动铁心9被固定铁心8吸引，所以如图2所示，隔膜阀芯16从阀座14a离开，输入流路14b与输出流路14c连通。

接下来，对振动传感器3进行说明。图13是振动传感器3的控制框图。振动传感器3具有规定尺寸的片状(数mm见方)，被钎焊在基板(无图示)上。安装了振动传感器3的基板如下所述被设置在能够检测流体控制阀主体2中所产生的振动的位置。本实施方式中，直接设置在磁轭11的侧面11a，一部分被模部12覆盖。基板上安装有控制装置6。控制装置6具有CPU20和ROM 18，ROM 18具有异常判断程序19。异常判断程序19由判断流体控制阀主体2正常或是异常的控制装置6(异常判断装置的一例)实行。用于显示流体控制阀主体2是正常还是异常的显示装置21连接于控制装置6。

振动传感器3能够检测到的检测振动方向为1个。此处，最好是与实际振动方向一致地设置振动传感器3的检测振动方向。本实施方式中，由可动铁心9的动作产生的振动也在磁轭11侧面11a传播，因此，通过使振动传感器3的检测振动方向与实际振动方向一致，能够检测到振动。需要说明的是，即使检测振动方向偏斜，也能够进行检测。

(带有传感器的流体控制阀的作用效果)

接下来，使用图4～图7说明带有传感器的流体控制阀1闭阀时的作用效果。图4表示在流体控制阀1中流动的流体的压力为0.0MPa、流体控制阀正常(流体中无异物)的条件下振动S与电压P及时间T的关系，图5表示在压力为0.0MPa、流体控制阀异常(流体中有异物)的条件下振动S与电压P及时间的关系。图6表示在压力为0.3MPa、流体控制阀正常(流体中无异物)的条件下振动S与电压P及时间T的关系，图7表示在压力为0.3MPa、流体控制阀异常(流体中有异物)的条件下振动S与电压P及时间的关系。图4至图7的曲线中，纵轴为表示电压P的电磁阀电压[V]，或者表示振动S的振动传感器输出[V]，横轴表示时间[ms]。需要说明的是，图5、图7中的、流体控制阀1异常(流体中有异物)时的流体控制阀被设定为如图3所示地在阀部5的流路中流入了异物A的状态。

当停止向励磁线圈7通电而控制阀的电压P从P1降低至P2时，在弹簧15的弹压力的作用下，可动铁心9下降，隔膜阀芯16与阀座14a抵接。此时，产生水锤现象。

此处，关于水锤现象进行说明。在流体控制阀主体2中，从输入流路14b流向输出流路14c的流体在使隔膜阀芯16急剧地关闭时，即使在刚刚闭阀后，也会产生水锤现象，即：在流体的惯性力的作用下冲击到输入流路14b的流路壁，发出由流体冲击所产生的冲击声。通过该水锤现象，产生振动S。振动S可以由振动传感器3检测到。

在压力0.3MPa的条件下，在隔膜阀芯16与阀座14a之间无异物、无泄漏的情况下，因水锤现象而产生振动S3，如图6所示，经过时间T1后，振动S3的振幅超过阈值X。阈值X根据产品或使用条件事先设定。由此，通过异常判断程序19由控制装置6可判断出流体控制阀主体2为正常。此时，显示装置21中显示为正常。

在隔膜阀芯16与阀座14a之间有异物、存在泄漏的情况下，如图7所示，虽然因水锤现象而产生振动S4，但即使经过时间T1，振动S4也不超过阈值X。振动传感器3未检测到超过阈值X振幅的振动S4，因此，流体控制阀主体2被异常判断程序19由控制装置6判断为异常。此时，显示装置21显示为异常。

此处，有异物、存在泄漏时振动S4的振幅未超过阈值X的原因在于，只要隔膜阀芯16与阀座14a之间有异物、有微小间隙，就存在流路。刚刚闭阀后，流体会经由此流路流入到输出流路14c，由此产生的负压小，因此，因水锤现象产生的振动S4的振幅变小。通过利用该现象，即使异物是粗度100μm左右的粗细的丝状物，根据振动的检测结果也能检测出微小的泄漏。

另一方面，在压力接近0.0MPa的条件下，在隔膜阀芯16与阀座14a之间无异物、无泄漏的情况下，如图4所示，经过时间T0后，在弹簧15的弹压力的作用下隔膜阀芯16与阀座14a抵接，结果产生振动S1。振动S1的振幅超过规定阈值X。

但是，在压力接近0.0MPa的条件下，即使在有异物、存在泄漏的情况下，如图5所示，也与无异物时一样，经过时间T0后在弹簧15的弹压力的作用下隔膜阀芯16与阀座14a抵接，产生振动S2，振动S2超过阈值X。在压力接近0.0MPa的条件下，无法通过振动S检测出流体控制阀主体2的异常。其原因在于，在压力接近0.0MPa的条件下，流体的流速小，几乎无流动。流速小时，刚刚闭阀后的输出流路14c中的、流体从负压变为正压时的差小。因此，即使存在异物、具有间隙，也没有在该间隙中流动的流体，通过弹簧15的弹压力使隔膜阀芯16与阀座14a抵接，产生超出阈值X的振动S1、振动S2。

需要说明的是，在压力0.0MPa(无流动时)的条件下，不产生水锤现象。压力0.0MPa时，在弹簧15的弹压力的作用下隔膜阀芯16与阀座14a抵接，结果产生振动，但是在压力0.3MPa(有流动时)的条件下，因流动而有上推隔膜阀芯16的方向上的力(抵抗弹压力的力)发挥作用，因此，回座时的冲击被缓和。因此，流动越快，水锤现象越明显。但是，当阀座14a中夹有异物、或密封面存在异常时，流体会从在异物周围形成的间隙流出，因此，水锤现象变得不明显。

本实施方式中，检测的是由在阀芯16与阀座14a之间存在突发的丝状异物所导致的泄漏，但也能够检测由流体的析出物、阀芯及阀座的密封部的劣化、或可动铁心的劣化所导致的泄漏。

另外，对于动作中途产生的振动(可动铁心的不顺滑、可动铁心的粘-滑状态)，由于未闭阀，所以振动的大小降低。此时也能够检测流体控制阀主体2的异常。而且，由于不需在流路(接液部)中设置传感器3，所以对使用流体无影响。另外，由于在流体控制阀主体2设置振动传感器3，所以，不需要为了检测泄漏而在控制阀的前后设置流量计、压力计、温度计等传感器，能够将装置小型化。

接下来，使用图8～12针对带有传感器的流体控制阀1开阀时的作用效果进行说明。图8表示在电压70％(此处，电压70％是指流体控制阀主体2的额定电压的70％。以下相同。)的条件下振动S与电压P及时间T的关系，图9表示在电压80％的条件下振动S与电压P及时间T的关系，图10表示在电压90％的条件下振动S与电压P及时间T的关系。图11和图12是用于说明由滑动阻力的增加导致的应答时间延迟的图，图11表示在无滑动阻力时的振动S与电压P及时间T的关系，图12表示滑动阻力增加时的振动S与电压P及时间T的关系。纵轴为表示电压P的电磁阀电压[V]、或者表示振动S的振动传感器输出[V]，横轴表示时间[ms]。需要说明的是，开阀时的振动S不是由刚刚闭阀后引起的水锤现象所导致的振动，而是由可动铁心9与固定铁心8的冲击而产生的振动。

对励磁线圈7通电时(在图8中电压P3→P4，在图9中电压P5→P6、在图10中电压P7→P8变化)，可动铁心9上升并吸附于固定铁心8。由此隔膜阀芯16从阀座14a离开。

在电压P为70％的条件(电压P4)下，经过时间T2后，可动铁心9上升并与固定铁心8抵接时，产生超过阈值X振幅的振动S5。接下来，电压P为80％(电压P6)时，经过时间T3(比时间T2短)后，产生超过阈值X振幅的振动S6。再进一步，电压P为90％(电压P8)时，经过时间T4(比时间T3短)后，产生超过阈值X的振动S7。

将这些电压P的高度和时间T进行比较，电压P(P4＜P6＜P8)越高，应答时间T(T2＞T3＞T4)越短，电压P越低，应答时间T越长。

此处，使用图11和图12对可动铁心9的磨损检测进行说明。在流体控制阀主体2中，由于可动铁心9随时间的磨损等，可动铁心9的滑动部(与线圈骨架10内壁的接触面)的滑动阻力增加。与图11的无滑动阻力的情况相比(振动S7)，图12的滑动阻力增加时(振动S8)可动铁心9的动作产生延迟(T6－T5)。对于该可动铁心9的动作延迟，与电压P降低时相同，滑动阻力越高，越容易产生动作延迟。滑动阻力越高，直至全开为止的应答时间越长。其结果是，通过检测应答时间超过规定时间、即超过阈值Y时的可动铁心9的动作延迟(规定时间内未检测振动S)，能够推测出滑动阻力增加。例如，应答时间超过阈值Y时，能够判断出产品的更换时期，能够预防性地维护产品寿命。另外，在可动铁心9于中途停止的情况下，由于振动降低或者不产生振动，所以也能够检测出流体控制阀主体2的异常。

(1)如以上所说明，本实施方式的带有传感器的流体控制阀1具有流体控制阀主体2和检测振动S的振动传感器3，所述流体控制阀主体2具有使可动铁心9移动的致动部4、和形成有阀座14a的阀部5，设置在可动铁心9的隔膜阀芯16与该阀座14a抵接离开，所述带有传感器的流体控制阀1的特征在于，在隔膜阀芯16与阀座14a抵接时，因在隔膜阀芯16与阀座14a之间无泄漏的情况下才产生的水锤现象而产生振动S，所述带有传感器的流体控制阀1具有控制装置6(异常判断程序19)，在检测到超过规定阈值X振幅的振动S时判断为流体控制阀主体2正常，在未检测到超过规定阈值X振幅的振动S时判断为流体控制阀主体2异常，本实施方式的带有传感器的流体控制阀由于具有上述特征，所以，由于利用水锤现象未检测出超过阈值X振幅的振动S，因此能够检测出流体控制阀主体2的闭阀部的微小泄漏。

(2)如(1)所述的带有传感器的流体控制阀1，其特征在于，振动传感器3是特定为检测冲击的传感器，所以，即使是微小的冲击也能够检测到，因此，能够检测出因水锤现象产生的微小冲击所导致的振动S，能够确实地检测出流体控制阀主体2的闭阀部的微小泄漏。

(3)如(1)或(2)所述的带有传感器的流体控制阀1，其特征在于，振动传感器3设置在能够检测出振动S的位置，因此，由于振动S传播至流体控制阀主体2整体，故而可以安装在流体控制阀主体2的任何部位。

(4)如(1)至(3)中任一项所述的带有传感器的流体控制阀1，其特征在于，即使泄漏是由丝状异物A所导致的，根据振动的检测结果，控制装置6也能够判断出流体控制阀主体2为异常，因此，也能够确实地检测出粗度100μm左右的粗细的丝状异物所引起的微小泄漏。

(5)如(1)至(4)中任一项所述的带有传感器的流体控制阀1，其特征在于，当规定时间(阈值Y)内未检测到振动S时，控制装置6判断出流体控制阀主体2为异常，因此，由于可动铁心9的滑动部的滑动阻力增加，而直至全开为止的应答时间变长，故而，能够通过观察时序来判断流体控制阀主体2的更换时期。

需要说明的是，本实施方式只不过是简单的示例，并不限定本发明。因此，不言而喻，本发明在不脱离其主旨的范围内可以进行各种改良、变形。

例如，本实施方式的流体控制阀主体2为电磁阀，但也可以为用空气驱动的先导阀等其他形式的流体控制阀。

另外，本实施方式的振动传感器3为检测振动的振动传感器，但也可以代替振动传感器，为检测加速度的加速度传感器。

另外，本实施方式的振动传感器3设置在磁轭11的侧面，但只要是能够检测出振动的位置即可。振动传感器3也可以后安装在产品外表来检测振动。例如，也可以安装在产品的上表面(模12的外侧)。将钎焊有振动传感器3的基板用树脂模覆盖，并将其螺纹紧固或粘结。由于通过可动铁心9的动作而产生振动，因此，能够检测到上下振动。

另外，振动传感器3也可以设置在流路块体14的底面(外表面)。由于在隔膜阀芯16与阀座14a抵接时产生振动，所以通过安装在流路块体14的底面，可以检测出。安装部也可以埋入流路块体14的内部。

再者，振动传感器3也可以设置在流体控制阀内部的磁轭11的上表面。易于检测由可动铁心9的动作所产生的振动。磁轭11为金属部件，能够直接检测到振动。传感器可以内置于产品中。

Claims (8)

1.一种带有传感器的流体控制阀，具有：

流体控制阀主体，具有使可动部件移动的致动部和形成有阀座的阀部，设置于所述可动部件的阀芯与所述阀座抵接离开，和

振动传感器，检测在所述主体中产生的振动，

所述带有传感器的流体控制阀的特征在于，

在所述阀芯与所述阀座抵接时，因在所述阀芯与所述阀座之间无泄漏的情况下才产生冲击的水锤现象而产生所述振动，

所述带有传感器的流体控制阀具有异常判断装置，该异常判断装置在检测到超过规定阈值振幅的所述振动时判断为流体控制阀主体正常，在未检测到超过所述规定阈值振幅的所述振动时判断为流体控制阀主体异常。

2.如权利要求1所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

所述振动传感器是特定为检测所述冲击的传感器。

3.如权利要求1或2所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

所述振动传感器设置在能够检测到所述振动的位置。

4.如权利要求1或2所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

即使所述泄漏是由丝状异物产生的，根据所述振动的检测结果，所述异常判断装置也判断为所述流体控制阀主体异常。

5.如权利要求1或2所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

当规定时间内未检测到所述振动时，所述异常判断装置判断为所述流体控制阀主体异常。

6.如权利要求3所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

即使所述泄漏是由丝状异物产生的，根据所述振动的检测结果，所述异常判断装置也判断为所述流体控制阀主体异常。

7.如权利要求3所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

当规定时间内未检测到所述振动时，所述异常判断装置判断为所述流体控制阀主体异常。

8.如权利要求4所述的带有传感器的流体控制阀，其特征在于，

当规定时间内未检测到所述振动时，所述异常判断装置判断为所述流体控制阀主体异常。