CN112984205B

CN112984205B - 空化感测单元

Info

Publication number: CN112984205B
Application number: CN202011374642.XA
Authority: CN
Inventors: 埃贡·苏西奇; 帕维尔·萨夫塞克; 托马斯·波扎尔; 罗克·彼得科夫塞克
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: DK180883B1; RU2753942C1; EP3832272A3; EP3832272B1; CN112984205A; DK201901409A1; EP3832272A2

Abstract

本发明涉及一种空化感测单元，该空化感测单元用于提供空化感测信号并且适于以声学耦合的方式连接到水动力系统的控制阀，控制阀包括壳体，壳体包括内腔室，其特征在于，空化感测单元包括框架主体和具有第一连接部和第二连接部的连接元件，其中第一连接部和第二连接部被配置成以声学耦合的方式连接到彼此，其中声学耦合元件包括第一连接部，并且其中框架主体包括第二连接部。本发明提供了一种用于检测水动力系统中的空化现象的改进的装置，该装置相比现有技术更加独立。

Description

空化感测单元

技术领域

本发明涉及一种用于提供空化感测信号并适于连接到水动力系统的控制阀的空化感测单元。

背景技术

如果水动力流中的流体压力下降，则可能会在水动力系统中发生空化现象。压力下降会在水动力流中产生小的气泡。如果压力升高，气泡可能会向内破裂。向内破裂可能会导致向内破裂的气泡周围的材料损坏。这可能会导致在限制水动力流、机械振动和噪声的壁区域处发生材料侵蚀。例如，空化现象可能会干扰控制阀的功能或破坏控制阀。空化传感器用于避免或抵消空化现象的影响。这些传感器可以检测由空化现象引起的机械振动和/或噪声。然后可以基于传感器信号来致动控制阀。

从WO 2018/210640A1中已知提供了一种具有处理器和连接到处理器的空化传感器的阀。该阀包括壳体，其中空化传感器附接到阀的壳体的外表面或附接到阀的致动元件的壳体的外表面。需要提供一种具有更稳定的设计和更简单的处理的改进的装置。

发明内容

因此，该技术目标可以提供一种用于检测水动力系统中的空化现象的改进的装置，该装置相比现有技术更加独立。

在本发明的一个方面，本发明引入了一种空化感测单元，该空化感测单元与控制阀进行声学连接，所述空化感测单元包括框架主体，该框架主体包括波导束元件，该波导束元件在第一表面处与定位的声学换能器接触，并且在第二表面处与声学传感器接触，并且其中，第二连接部声学连接到所述控制阀的壳体内部的内腔室。

第二连接部可以连接到所述壳体的外部，并且可以仅部分地进入所述壳体中，壳体因此形成了声学连接的一部分。

在实施例中，在波导束元件中形成第一开口，使得能够在所述定位的声学换能器与声学传感器之间进行数据交换和/或电力连接。

空化感测单元可以具有第一连接部，其中第一连接部和第二连接部被配置成以声学耦合的方式连接到彼此，其中声学耦合元件包括第一连接部，并且其中框架主体包括第二连接部。

本发明提供了一种装置，该装置将空化感测单元实现为水动力系统的控制阀。控制阀可以连接到致动器，该致动器被配置成根据空化感测单元的信号致动控制阀。以这种方式，致动器可以以减少或避免空化现象的方式致动控制阀。由提供空化感测信号的空化感测单元执行对控制阀中的空化现象的检测。空化感测单元被布置成检测控制阀的壳体的内腔室中的空化现象。这意味着空化感测单元以连接到控制阀的方式嵌入，使得空化感测单元是控制阀的整体部件。空化感测单元和壳体之间的连接是声学耦合连接。此外，壳体提供了空化感测单元和控制阀之间的声学耦合连接。声学耦合元件可以是用于空化感测单元的传感器座。此外，声学耦合元件改进了壳体与空化感测单元之间的声学耦合。声学耦合元件可以包括壳体表面和传感器表面。壳体表面可以被构造成使得其可以附接到控制阀的壳体。传感器表面可以包括将空化感测单元连接到声学耦合元件的装置。

此外，空化感测单元包括框架主体和具有第一连接部和第二连接部的连接元件，其中第一连接部和第二连接部被配置成以声学耦合的方式连接到彼此，其中声学耦合元件包括第一连接部，并且其中框架主体包括第二连接部。

用于将传感器表面连接到空化感测单元的装置可以是连接元件。当将空化感测单元附接到声学耦合元件时，第一连接部可以连接到第二连接部。例如，第一连接部可以是具有带螺纹的内壁的孔，其中第二连接部可以是具有带螺纹的外表面的杆。在该示例中，可以将空化感测单元拧入到声学耦合元件中以将空化感测单元连接到声学耦合元件。框架主体可以为空化感测单元提供框架，该框架用作声学耦合元件与空化感测单元之间的声桥。

因此，由控制阀中的空化现象引起的声波可以经由壳体传播到空化感测单元。空化感测单元可以检测声波以确定控制阀中的空化现象。因此，本发明提供了一种用于检测水动力系统中的空化现象的改进装置。由于本发明不需要将任何传感器直接附接到控制阀，因此包括空化感测单元的控制阀相比现有技术的装置更加独立。因此，根据本发明的控制阀是自主的。因此，控制阀不需要针对空化感测单元的任何附接做准备。控制阀和致动器之间的连接足以以避免或减少空化现象的方式致动控制阀。此外，这降低了控制阀的成本以及控制阀在水动力系统中的安装成本。

此外，空化感测单元可以例如包括声学传感器元件，其中框架主体包括波导束元件，该波导束元件沿着框架主体的纵向方向远离第二连接部延伸，其中声学传感器元件附接到波导束元件。例如，声学传感器元件包括沿着波导束元件延伸的锆钛酸铅(1eadzirconate titanate)(PZT)箔片。

通过将空化感测单元的声学传感器元件附接到框架主体的波导束元件，通过声学耦合元件和波导束元件在控制阀和声学传感器元件之间形成声桥。此外，波导束元件在空化感测单元中支撑声学传感器元件。

在另一示例中，空化感测单元可以包括围绕框架主体延伸的主体护罩，该主体护罩连接到框架主体，其中至少一个密封元件布置在主体护罩和框架主体之间。

主体护罩保护空化检测单元的内部。例如，主体护罩可以保护框架主体或声学传感器元件免受内腔室中的灰尘和湿气的影响。主体护罩和框架主体之间的传感器元件改进了相对于灰尘和湿气的防护。

此外，空化感测单元可以例如包括用于对空化感测信号进行滤波的电子滤波器元件。

电子滤波器元件可以处理由空化感测单元提供的空化感测信号。因此，直接在空化感测单元中执行对空化感测信号的滤波。

在另一或另外的示例中，空化感测单元可以包括用于放大空化感测信号的电子放大器元件。

在该示例中，空化感测信号在空化感测单元内被电子放大器元件放大。因此，在空化感测单元内执行空化感测信号的放大。电子放大器元件可以与滤波器元件结合。

此外，空化感测单元可以例如包括印刷电路板，该印刷电路板包括被配置成形成电子放大器元件的电路元件和/或电子放大器元件。

因此，印刷电路板被配置成包括电子滤波器元件和/或电子放大器元件。空化感测单元的框架主体可以包括保持印刷电路板的凹口。因此，印刷电路板可以直接嵌入在空化感测单元中。

在另一示例中，空化感测单元可以包括用于将空化感测单元连接到致动器的电连接器，优选为DIN连接器，该电连接器包括电源连接器和用于提供空化感测信号的信号连接器。

因此，可以提供空化感测单元和致动器之间的单电缆连接。这减少了电缆所需的空间。

在本发明的另一方面，提供了一种用于提供空化感测信号的空化感测单元，该空化感测单元被配置成布置在致动器的壳体的内腔室中，致动器用于水动力系统的控制阀，其中空化感测单元被配置成以声学耦合的方式连接到壳体。

根据本发明的空化感测单元的效果和其它实施例类似于根据上述描述的空化感测单元的效果和实施例。因此，可以参考装置的以上描述。

在本发明的另一方面，提供了一种控制阀，该控制阀具有壳体，该壳体具有内腔室，控制阀还包括根据以上描述的空化感测单元，该空化感测单元布置在内腔室中并以声学耦合的方式连接到壳体。

根据本发明的控制阀的效果和其它实施例类似于根据上述描述的空化感测单元的效果和实施例。因此，可以参考装置的以上描述。

在本发明的另一方面，提供了一种致动器，该致动器具有壳体，该壳体具有内腔室，致动器还包括根据以上描述的空化感测单元，该空化感测单元布置在内腔室中并以声学耦合的方式连接到壳体。

根据本发明的致动器的效果和其它实施例类似于根据上述描述的空化感测单元的效果和实施例。因此，可以参考装置的以上描述。

本发明的其它特征、细节和优点根据权利要求表达以及基于附图对示例性实施例进行的以下描述得出。

附图说明

图1是具有控制阀和致动器的水动力系统的示意图；

图2是空化感测单元的部件的示意图；

图3a、图3b是空化感测单元的其它部件的示意图；

图4是空化感测单元的示意图；以及

图5是附接到致动器的空化感测单元的示意图。

具体实施方式

图1示出了水动力系统，该系统整体由附图标记10来表示。

水动力系统10是具有布置在房间22中的热交换器24的热交换系统。热交换器24包括进水口18和出水口20。此外，热交换器24包括进气口26和排气口27。通过热交换器24在水和气流之间进行热交换。进水口18包括控制阀16，该控制阀16由致动器12致动以控制水的流入。致动器12连接到控制阀16以致动控制阀16。致动器12通过使用温度传感器30来致动控制阀16，该温度传感器30可以被布置到进水口18、出水口20、热交换器24和/或房间22中。

此外，空化感测单元14被定位成连接到控制阀16。空化感测单元14可以将关于可能感测到的空化现象的测量数据提供给控制器或致动器12以对控制阀16进行控制，从而避免或减少控制阀16中的空化现象。控制阀16还包括封闭内腔室15的壳体13。空化感测单元14可以例如通过卷绕连接(winding connection)而连接到壳体13。壳体13和空化感测单元14之间的接触使得壳体13与空化感测单元14进行声学耦合。这意味着声波可以至少从壳体13传播到空化感测单元14，从而确保空化感测单元14与内腔室15进行声接触。

可替代地，如图5所示，空化感测单元14布置在致动器12的壳体13′的内腔室15′中，其中致动器12声学耦合到控制阀16。例如，声波可以经由连接控制阀16和致动器12的杆和颈部从控制阀16传播到致动器12的壳体13′。因此，控制阀16的连接到致动器12的部件和壳体13′形成了控制阀16与致动器12之间的声桥。因此，空化感测单元14声学耦合到控制阀16。

图2示出了空化感测单元14的非电子部件。空化感测单元14包括框架主体32、声学耦合元件(即，传感器座)38、主体护罩40、盖42和连接器44，例如DIN连接器，但也可以应用任何其它适当的连接器，例如USB。

主体护罩40包括下端37和上端39。主体护罩40的长度可以在50mm至200mm的范围内，优选为100mm。主体护罩40的直径可以在10mm至50mm的范围内，优选为34mm。上端39包括可以与盖42的外螺纹相互作用的内螺纹。因此，盖42可以连接到主体护罩40。

盖42可以容纳用于将空化感测单元14连接到电子器件和电源的DIN连接器44，该电子器件和电源连接到控制阀16或布置在控制阀16处。DIN连接器44为信号电缆和电力电缆提供单电缆连接。连接到DIN连接器44的电源的电源电压例如可以是24V DC。DIN连接器44可以是DIN安费诺(Amphenol)连接器。

主体护罩40在下端37处包括可以与框架主体32的外螺纹35相互作用的另一内螺纹。因此，框架主体32可以进入到主体护罩40中并且通过旋拧连接到主体护罩40。

框架主体32可以通过具有第一连接部33和第二连接部34的连接元件连接到声学耦合元件38。第一连接部33布置在声学耦合元件38上。在该示例中，第一连接部33是包括螺纹壁的孔。第二连接部34布置在框架主体32上。在该示例中，第二连接部34是具有外螺纹的杆，该外螺纹可以与第一连接部33的内螺纹相互作用。这意味着，第一连接部33和第二连接部34可以通过旋拧连接到彼此。例如，第二连接部34可以是M12螺钉。

声学耦合元件38包括框架主体表面52和壳体表面54。框架主体表面52适于附接到框架主体32。在空化感测单元14与壳体13的连接点处，壳体表面54适合于壳体13的形状。

所示实施例中的声学耦合元件38被形成为具有基本上平坦的截面和第一开口60。

此外，框架主体32包括波导束元件36。在图3a和图3b中解释波导束元件36的功能。

图3a示出了空化感测单元14的待附接到框架主体32的另外的电子部件。图3b示出了附接到框架主体32的声学传感器元件46和印刷电路板50。

在图3a和图3b所示实施例中，空化感测单元14还包括声学传感器元件46和作为声学传感器的一部分的印刷电路板50。波导束元件36被夹在声学换能器48和印刷电路板50之间，其中声学换能器48例如定位在波导束元件36的第一侧，而印刷电路板50定位在波导束元件36的第二侧。声学换能器48和印刷电路板50中的任一个或两者都可以与波导束元件36接触或定位成与波导束元件36相距一定距离。

声学换能器48和印刷电路板50通过第一开口60进行数据通信和/或电力接触，在相对于第二连接部34观察时，第一开口60可以定位在波导束元件36的上端处。声学换能器48包括锆钛酸铅(PZT)箔片。声学传感器元件46附接到框架主体32，其中PZT箔片沿着波导束元件36延伸。通信可以在声学换能器48和声学传感器元件46之间直接进行，或者可以通过连接器44(例如DIN连接器)进行。

此外，声学传感器元件46可以为致动器12提供空化感测信号。可以通过胶黏剂来实现PZT箔片48到波导束元件36的附接。

印刷电路板50可以包括形成电子滤波器元件53的电子电路，该电子滤波器元件53用于对来自声学传感器元件46的空化感测信号进行滤波。印刷电路板50的其它电子电路可以形成电子放大器元件55，该电子放大器元件55可以放大来自声学传感器元件46的空化感测信号。电子放大器元件55的输出可以是0V至10V。

电子滤波器元件53和电子放大器元件55可以相对于彼此定位在印刷电路板50的相反表面处。

印刷电路板50可以通过凹口51附接到框架主体32。在该示例中，印刷电路板50平行于波导束元件36延伸。

图4示出了完整的空化感测单元14。安装有声学传感器元件46和印刷电路板50的框架主体32被引入并连接到主体护罩40中。密封元件58布置在主体护罩40和框架主体32之间。此外，盖42被旋拧到主体护罩40中。另一密封元件56布置在主体护罩40和盖42之间。

DIN连接器44也附接到盖42，并且将电力电缆和信号电缆连接到印刷电路板50和声学传感器元件46。此外，传感器座38通过框架主体表面52附接到框架主体32。

本发明不限于前述实施例之一。可以以多种方式进行修改。

根据权利要求书、说明书和附图得出的所有特征和优点(包括构造细节、空间布置和程序步骤)在单独形式和各种组合形式下对于本发明而言都可以是必需的。

Claims

1.一种空化感测单元，所述空化感测单元与控制阀声学连接，所述空化感测单元包括框架主体，所述框架主体包括波导束元件，所述波导束元件在第一表面处与被定位的声学换能器接触，并且在第二表面处与声学传感器接触，第二连接部声学连接到所述控制阀的壳体内部的内腔室，

其中，所述波导束元件沿着所述框架主体的纵向方向远离所述第二连接部延伸，声学传感器元件附接到所述波导束元件。

2.根据权利要求1所述的空化感测单元，其中，所述第二连接部连接到所述壳体的外部。

3.根据权利要求2所述的空化感测单元，其中，所述第二连接部仅部分地进入所述壳体中，所述壳体因此形成所述声学连接的一部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的空化感测单元，其中，在所述波导束元件中形成的第一开口使得能够在所述被定位的声学换能器与所述声学传感器之间进行数据交换和/或电力连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的空化感测单元，所述空化感测单元还具有第一连接部，其中，所述第一连接部和所述第二连接部被配置成以声学耦合的方式连接到彼此，其中声学耦合元件包括所述第一连接部，并且其中，所述框架主体包括所述第二连接部。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的空化感测单元，其中，所述声学传感器元件包括沿着所述波导束元件延伸的锆钛酸铅箔片。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的空化感测单元，其中，所述空化感测单元包括围绕所述框架主体延伸的主体护罩，所述主体护罩连接到所述框架主体，其中至少一个密封元件布置在所述主体护罩和所述框架主体之间。

8.根据权利要求1所述的空化感测单元，其中，所述空化感测单元包括用于对空化感测信号进行滤波的电子滤波器元件。

9.根据权利要求1所述的空化感测单元，其中，所述空化感测单元包括用于放大空化感测信号的电子放大器元件。

10.根据权利要求8或9所述的空化感测单元，其中，所述空化感测单元包括印刷电路板，所述印刷电路板包括被配置成提供电子滤波器元件和/或电子放大器元件的电路元件。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的空化感测单元，其中，所述空化感测单元包括用于将所述空化感测单元连接到所述控制阀的致动器的电连接器，所述电连接器包括电力连接器和用于提供空化感测信号的信号连接器。

12.根据权利要求11所述的空化感测单元，其中，所述电连接器是DIN连接器。

13.根据权利要求1所述的空化感测单元，其特征在于，所述空化感测单元被配置成布置在用于水动力系统的控制阀的致动器的壳体的内腔室中，其中，所述空化感测单元被配置成以声学耦合的方式连接到所述壳体。

14.一种控制阀，所述控制阀具有壳体，所述壳体具有内腔室，所述控制阀还包括根据权利要求1至12中任一项所述的空化感测单元，所述空化感测单元布置在所述内腔室中并以声学耦合的方式连接到所述壳体。

15.一种致动器，所述致动器具有壳体，所述壳体具有内腔室，所述致动器还包括根据权利要求1至12中任一项所述的空化感测单元，所述空化感测单元布置在所述内腔室中并以声学耦合的方式连接到所述壳体。