CN107850234A - 基于环境条件和产品寿命的电磁阀的补偿性能 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了一种用于基于环境条件和可选地基于产品寿命补偿性能的电磁阀以及相关的控制方法。电磁阀功率消耗基于预定数据库信息以交叉参考给定的操作温度和可选地参考阀操作循环而得到前瞻性地优化。净效应是在正常条件下减少了功率损耗并且在需要时选择性地将更高的功率施加至阀线圈。

Description

基于环境条件和产品寿命的电磁阀的补偿性能

技术领域

本公开内容一般地涉及阀。具体而言，本公开内容涉及电磁操作阀。

背景技术

在许多电磁阀应用中，尤其是在工业和商业应用中需要在较宽范围的温度下操作电磁阀。例如，通过增加了操作阀所需的功率量的低温操作，由于机械部件的性质改变，阀的机械性能可能受到显著的影响。此外，随着阀经历其寿命周期，许多机械部件的性质老化，导致所需要的机械力增加，并且需要更多的电线圈功率来工作。在这种阀的设计中，本领域技术人员通常会对最坏的情况条件进行评估，然后将线圈的绕组设计成能够适应最坏情况的功率水平。这当然会导致与较为正常的操作条件相比装置的功率消耗过度。

已知的是各种已知的专利和申请中都说明了对电磁线圈的响应的测量和影响。例如，加拿大第2221667号公开内容教导了一种比例阀，其中不同的电流导致内阀芯的位置不同。CA’667试图通过感测阀的油入口的温度以及间接地感测影响线圈阻抗的线圈温度从而更精确地保持阀芯的位置。控制器基于阻抗的变化调节线圈的电压，从而实现通过线圈的电流恒定，以保持阀芯上的力恒定。美国第8681468号专利教导了一种电磁阀控制的方法，其公开了例如在电磁阀实际接合发生时测量电磁阀线圈两端的电压和通过电磁阀线圈的电流来控制阀。US‘468教导了一种反应式系统，其持续地测量和监控电流和电压，并基于阀的性能(例如时序)进行调节以减小阀的过度功率。美国第2014/0222313 A1号教导了一种方法，其依据预定的时序表为液压控制系统的电磁阀供电以移动连接至开关部件的电磁阀的阀元件，以在阀元件移动时传递加压流体来转换开关部件。操作参数被测量，并且可以是阀元件移动的时间段，或者流体的感测操作参数(例如压力或温度)。然后将所测量的参数与预定参数相比较，并且然后基于该差异来调节电磁阀的通电。

但是，由于复杂性、寿命以及成本的原因，这些专利和申请显然公开了在行业中通常尚未实施的系统和方法。在许多情况下，尤其是对于接通和断开而不是按比例控制到可变位置的螺线管操作方向控制的阀，假设在促动下相同的电流将产生相同的结果，则控制系统监测由于线圈操作生热引起的电阻变化，并调节电压或占空比以产生用于促动电磁阀的恒定电流。

目前仍然需要一种用于在各种环境操作条件下的电磁阀的控制系统，其不需要对电磁阀进行持续的监视，简单而且便宜，并且可以在现场广泛地适用。

发明内容

本公开提供了一种用于基于环境条件和可选地基于产品寿命补偿性能的电磁阀以及相关的控制方法。电磁线圈功率消耗可基于预定的数据库信息以交叉参考给定的操作温度和可选的阀操作循环而被前瞻性地优化。净效应是在正常情况下降低功耗，并在需要时选择性地将更高的功率施加到阀线圈。

本公开提供了一种用于电磁操作阀的系统，包括：具有入口和出口的阀；与阀耦接的螺线管，其具有线圈；与螺线管耦接的控制器；与控制器耦接的环境传感器；耦接到控制器的电源；以及取决于环境条件对于到螺线管的功率的预定调节的数据库，其中所述控制器被配置成基于来自所述环境传感器的输入将到所述螺线管的功率调节一定量，所调节的量是通过访问所述数据库确定的。

本公开提供了一种控制电磁操作阀的方法，所述电磁操作阀具有入口和出口；与阀耦接的螺线管，其具有线圈；与螺线管耦接的控制器；与控制器耦接的环境传感器；耦接到控制器的电源；以及取决于环境条件对到所述螺线管的功率进行预定调节的数据库，所述方法包括：通过所述环境传感器感测环境条件；访问具有环境条件的数据库；基于环境条件的数据库信息，通过控制器确定是否要做出功率调节，以及，如果数据库指示基于环境条件要做出调节，则调节到螺线管的功率。

附图说明

图1是根据本发明的具有控制器的电磁操作阀(SOV)的示意图。

具体实施方式

上面描述的附图和下面对具体结构和功能的书面说明不是为了限制申请人发明的范围或所附权利要求的范围。而是，提供附图和书面说明用于教导任意的本领域技术人员来制造和使用要寻求专利保护的本发明。那些本领域技术人员将认识到，为了清楚性和进行理解，并非说明和示出了本发明的商业实施例的所有特征。本领域的技术人员还将认识到，结合本公开的各方面的实际商业实施例的发展将需要许多实施特定的决定以达到开发者对商业实施例的最终目标。这些实施特定的决定可能包括且可能不限于遵守与系统相关的、与业务相关的、与政府相关的以及其它的约束，这些约束可能因具体实施、地点和时间推移而有所不同。虽然开发者的工作在绝对意义上可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员而言，这样的工作将是常规行为。必须理解的是，本文公开和教导的本发明易于进行多种且不同的修改和替代形式。单数术语(诸如但不限于“一”)的使用不旨在限制项目的数量。此外，使用关系术语，例如但不限于“顶部”，“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“侧”等在文字说明书中用于具体参考附图的清楚性，而不是意在限制本发明或所附权利要求的范围。在适当的情况下，一个或多个元素可能已经被标记为“A”或“B”以指定为给定类别的元素的不同成员。当一般地提及这样的元素时，可以使用数字而不用字母。此外，这样的指定并不限制可用于这种功能的元素的数量。此外，系统的各种方法和实施例可以被包括在彼此的结合中以产生所公开的方法和实施例的变型。单数元素的讨论可以包括复数元素，反之亦然。对至少一个项目的参考可以包括一个或多个项目。而且，实施例的各个方面可以彼此结合使用以实现对本公开的理解目的。除非上下文另有要求，否则词语“包含(comprise)”或变体例如“包含(comprises)”或“正包含”应理解为意味着包括至少所述元素或步骤，或元素或步骤或其等同物的组，而不是排除更大的数量或任何其它元素或步骤，或元素或步骤或其等同物的组。设备或系统可被用于处于多种方向和定向。术语“耦接”、“正耦接”、“耦接器”等术语在本文中被广泛地使用，并且可以包括用于固定、绑定、粘合、紧固、附接、连接、插入其中、形成在其上或其中、联通的任何方法或装置，或以其它方式例如机械地、磁性地、电气地、化学地、可操作地、与中间元件直接地或间接地、一个或多个构件结合在一起，并且还可以包括但不限于以统一的方式将一个功能构件与另一个功能构件一体地形成。该耦接可能发生在任何方向，包括旋转。

本公开提供了一种用于基于环境条件和可选地基于产品寿命补偿性能的电磁阀和相关的控制方法。基于预定的数据库信息以交叉参考给定的操作温度和可选的阀操作循环前瞻性地优化电磁线圈功率消耗。净效应是在正常情况下降低功耗，并在需要时选择性地将更高的功率施加到阀线圈。

图1是根据本发明的具有控制器的电磁操作阀(SOV)的示意图。SOV2包括具有至少一个入口6和至少一个出口8的阀4。通过示例性阀的流动由可在流动通道上打开和关闭的隔膜10控制。也可以使用本领域已知的其它流量控制方法。螺线管12可被安装在阀4上并且通常包括由线圈16包围的电枢14。当通电时，线圈16以所示的定向大致向上移动柱塞18以移动隔膜10。当线圈不通电时，弹簧20通常使柱塞返回到静止位置。

诸如微控制器或其它合适的处理器的控制器30被耦接到螺线管12。电源32耦接到由控制器30控制的功率切换装置34，以通过电力线36将电力输送到线圈16。在一些实施例中，电源32和功率切换装置34可以是整体单元。环境传感器38也被耦接到控制器30。环境传感器30可以感测各种环境条件中的一个或多个，诸如周围环境温度、阀4中的流体压力，以及可能影响阀性能的其它间接条件。数据库44被耦接到控制器30。数据库44可以包含基于环境传感器的读数和/或其它预定标准的预定调节标准。

在操作中，控制器30和相关联的控制电路通过连接到SOV线圈的受控功率切换装置提供功率，并接收周围环境温度、线路压力和/或其它条件的输入。数据库44可以包括基于温度或其它预定环境条件提供关于所需线圈电流的信息的值的表格，并且诸如通过基于这样的环境条件调节电流来前瞻性地调节功率。术语“功率”被广义地使用，且可以包括对电流或电压(或者甚至由可变电阻引起的电阻)或其任何组合的调节，以补偿由预定数据引起的环境条件的变化。有利地，与先前的工作相比，这些调节可以独立于从阀接收的监测输入来进行。这种先前的工作可以基于所测量的电阻变化或接合时间或施加的力来调节电流或电压。在本发明中，虽然可以周期性地测量线圈电流，但是对于特定的环境条件，该判定在于要将功率调节多少达到由预定量指示的水平。例如，如果存储在数据库中的数据指示在-40℃的环境中阀需要多出15％的工作电流起作用，则控制器可以前瞻性地调节电流而不必测量线圈中由于周围环境温度引起的电阻变化或其它变化。其它环境条件可以基于预定的因素和数据来测量和做出调节，而不需要从螺线管或阀直接测量。因此，本发明可以比之前工作简单得多且以低得多的成本来完成对电流的调节。

可选地，作为进一步调节，本系统可以接收关于阀操作的循环次数的输入。控制器30可以被编程为对SOV已被操作的循环次数进行计数，以确定阀处于其生命周期中的何处。输入线40将来自螺线管12的信息提供给控制器30，包括诸如操作循环次数、循环持续时间和其它操作信息的信息。数据库44可以包含基于阀循环的进一步的预定调节标准。当阀达到某个预定的量，例如100,000次循环时，控制器30可以基于存储在数据库中的数据将功率调高预定量，来补偿由运动部件的磨损引起的增加的摩擦力。

有利地，本发明与已知的先前工作的区别在于简化了操作。本发明不需要对线圈电阻变化、精确的阀定位、力的大小，或甚至阀的定时进行调节。在这种情况下，大多数先前的工作都需要实时测量来反应性地补偿螺线管性能的变化。相反，本发明可以通过简单的测量和预定的数据库信息来补偿大尺度的变化，从而为SOV的操作提供足够的准确度。在许多情况下，可以设想本发明将应用于以开/关位置操作而不是以成比例的位置操作的直接控制阀。

除非另外具体限制，步骤的顺序可以以各种顺序发生。本文描述的各步骤可以与其它步骤组合、与所述步骤交叉，和/或分成多个步骤。类似地，各元素已经在功能上进行了描述并且可以被实现为单独的部件或者可以被组合成具有多个功能的部件。

本发明已经在前文中以优选实施例以及其它实施例进行了说明，但并非本发明的每一个实施例都已进行说明。例如，将以上所说明的得到的流量的差异考虑在内就可以类似地设计出其它的尺寸。鉴于在此公开的教导，本领域的普通技术人员可以对所描述的实施例进行显而易见的修改和改变。根据专利法，权利要求书确定了等价物的范围，而不是所公开的示例性实施例来确定，同时理解为在这样的权利要求的范围内还存在其它实施例。

Claims (11)

1.一种用于电磁操作阀的系统，包括：

阀，其具有入口和出口；

螺线管，其与所述阀耦接，所述螺线管具有线圈；

控制器，其与所述螺线管耦接；

环境传感器，其与所述控制器耦接；

电源，其与所述控制器耦接；以及

取决于环境条件对于到螺线管的功率的预定调节的数据库；

其中所述控制器被配置成基于来自所述环境传感器的输入将到所述螺线管的功率调节一定量，该量通过访问所述数据库而确定。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成独立于从所述阀接收到的监测的输入来调节功率。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器进一步被配置成计算所述螺线管的操作循环的次数，并且其中所述数据库包括取决于所述螺线管的所述操作循环的次数的对于到所述螺线管的功率的预定调节。

4.如权利要求1所述的系统，进一步包括从所述螺线管到所述控制器的输入线。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述环境传感器感应所述阀的周围环境温度。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述环境传感器感应所述阀中的流体压力。

7.一种控制电磁操作阀的方法，所述电磁操作阀具有入口和出口；与所述阀耦接的螺线管，其具有线圈；与所述螺线管耦接的控制器；与所述控制器耦接的环境传感器；耦接到所述控制器的电源；以及取决于环境条件对于到所述螺线管的功率的预定调节的数据库，所述方法包括：

通过所述环境传感器感测环境条件；

使用所述环境条件访问所述数据库；

基于用于所述环境条件的数据库信息，通过所述控制器确定是否要做出功率调节；以及

如果所述数据库指示基于所述环境条件要做出调节，则调节到所述螺线管的功率。

8.如权利要求7所述的系统，其中调节到所述螺线管的所述功率是独立于从所述阀接收到的监测的输入发生的。

9.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

计算所述螺线管的操作循环的次数；

使用所述循环的次数访问所述数据库；

基于用于所述循环的次数的数据库信息，通过所述控制器确定是否要做出功率调节；以及

如果所述数据库指示基于所述循环的次数要做出调节，则调节到所述螺线管的功率。

10.如权利要求7所述的方法，其中感应所述环境条件包括感应所述阀的周围环境温度。

11.如权利要求7所述的方法，其中感应所述环境条件包括感应所述阀中的流体压力。