CN114593269A - 一种具失效自我预知功能的阀 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具失效自我预知功能的阀。该阀的本体上具有彼此电连接的第一感测器组件及一控制器。第一感测器组件用以输出关连于阀的心轴的第一参数的依时间感测信号或阀门的第二参数的依时间感测信号。控制器具有储存单元、计算单元及通知单元。计算单元用以即时计算出储存单元储存的最后多个第一参数的依时间感测信号对应的第一参数趋势线以及第一参数的临界值和第一参数趋势线的交点对应的阀的第一时间临界值，或储存的最后多个第二参数的依时间感测信号对应的第二参数趋势线以及第二参数的临界值和第二参数趋势线的交点对应的阀的第二时间临界值。通知单元用以输出第一时间临界值或第二时间临界值至阀的远端。

Description

一种具失效自我预知功能的阀

技术领域

本申请属于阀领域，具体地说，涉及一种具失效自我预知功能的阀。

背景技术

阀的控制可分为远端控制及近端控制。远端控制利用相当程度远离阀所处位置的中央控制系统来进行阀的致动及压力调节控制，是目前本技术领域中的主要控制方式。近端控制则利用阀本身的致动器上所设置的控制器来直接控制致动器进而间接控制阀的作动。然而，无论是远端控制或近端控制，当失效(fai lure)的阀无法即时修复而需要进行更换时，都将需要停止包括阀在内的所有零件的整个系统的运作，进而造成应用这个阀系统的整个制程或产线的停摆，不符经济效益。

随着科学及技术的发展，阀的控制应该更为智能化。如果没有远端的中央控制系统的协助，阀本身是否可能具有自我预知的功能，让阀的操作人员或远端的中央控制系统可以提前知道阀的可能失效时间，进而预先做出因应，避免在阀系统运作的时候才发现阀失效。

这个技术问题是本申请案想要解决的。

发明内容

有鉴于上述问题，本申请提出一种具失效自我预知功能的阀，可利用本身作动过程中透过感测所得到的各种参数来实现即时性的失效自我预知及自我控制的功能，而无须依赖远端的中央控制系统的协助，并能够在阀即将失效或毁损之前，将自我预知出的阀的使用寿命或停止使用时间立即传送到远端的中央控制系统或阀的操作人员，以利失效的阀提早更换。

一实施例中，所提出的阀至少具有本体、阀门、心轴、驱动器、控制器及第一感测器组件。阀门位于本体上形成的一中空腔室内，用以开启和关闭中空腔室。心轴装设于本体内，连接至阀门而和阀门连动。驱动器装设于本体上，用以驱动心轴转动。第一感测器组件具有装设于心轴、阀门、本体或连接本体的一管路上的感测器，用以输出关连于心轴的第一参数、阀门的第二参数、本体的第三参数或管路的第四参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第一参数的依时间感测信号、第二参数的依时间感测信号、第三参数的依时间感测信号或第四参数的依时间感测信号。控制器装设于本体附近，和驱动器及第一感测器组件彼此间电连接，具有储存单元、计算单元及通知单元。储存单元用以即时接收并储存第一参数的依时间感测信号、第二参数的依时间感测信号、第三参数的依时间感测信号或第四参数的依时间感测信号，以及储存对应第一参数、第二参数、第三参数及第四参数的综合效应的一综效参数的随时间变化的计算值，也就是第一参数的依时间感测信号、第二参数的依时间感测信号、第三参数的依时间感测信号及第四参数的依时间感测信号各自和一权重值相乘后的加总。计算单元和储存单元电连接，用以即时计算出储存的第一参数的最后多个的依时间感测信号对应的第一参数趋势线、储存的第二参数的最后多个的依时间感测信号对应的第二参数趋势线、储存的第三参数的最后多个的依时间感测信号对应的第三参数趋势线、储存的第四参数的最后多个的依时间感测信号对应的第四参数趋势线、或储存的最后多个的综效参数的随时间变化的计算值对应的综效参数趋势线，以及计算出第一参数的临界值和第一参数趋势线的交点对应的阀的第一时间临界值、第二参数的临界值和第二参数趋势线的交点对应的阀的第二时间临界值、第三参数的临界值和第三参数趋势线的交点对应的阀的第三时间临界值、第四参数的临界值和第四参数趋势线的交点对应的阀的第四时间临界值、或综效参数的临界值和综效参数趋势线的交点对应的阀的综效时间临界值。通知单元和计算单元电连接，用以传送第一时间临界值、第二时间临界值、第三时间临界值、第四时间临界值及综效时间临界值其中之一至阀的远端。其中，第一参数包括心轴的遭受轴向应力及心轴的遭受扭力其中之一，第二参数包括阀门的各个开关行程中的开关行程时间、阀门的各个开关行程中的开关行程速率、阀门的各个开关行程中的关断时间及阀门的各个开关行程中的关断速率其中之一，第三参数包括本体于阀门的各个开关行程中的内部流体泄漏量，第四参数包括管路及本体连接处于阀门的各个开关行程中的关闭压力。

一实施例中，所提出的阀还具有调压阀，连接至驱动器且和控制器电连接，用以调节输入驱动器的输入压力。

一实施例中，控制器还具有和计算单元电连接的控制单元，储存单元还用以即时储存第一参数的依时间感测信号和第一参数的临界值之间的差距大小或第二参数的依时间感测信号和第二参数的临界值之间的差距大小，控制单元用以依据此差距大小即时控制调压阀以调节输入驱动器的输入压力。

一实施例中，计算单元还用以即时计算出第一参数的一设定值和第一参数趋势线的交点对应的阀的一第一时间目标值、第二参数的一设定值和第二参数趋势线的交点对应的阀的第二时间目标值、第三参数的一设定值和第三参数趋势线的交点对应的阀的第三时间目标值、第四参数的一设定值和第四参数趋势线的交点对应的阀的第四时间目标值、或综效参数的一设定值和综效参数趋势线的交点对应的阀的综效时间目标值，且通知单元还用以传送第一时间目标值、第二时间目标值、第三时间目标值、第四时间目标值及综效时间目标值其中之一至阀的远端，第一参数的设定值小于第一参数的临界值，第二参数的设定值小于第二参数的临界值，第三参数的设定值小于第三参数的临界值，第四参数的设定值小于第四参数的临界值，综效参数的设定值小于综效参数的临界值。

一实施例中，计算单元还用以即时判断储存的第一参数的依时间感测信号的大小是否超出第一参数的设定值、判断储存的第二参数的依时间感测信号的大小是否超出第二参数的设定值、判断储存的第三参数的依时间感测信号的大小是否超出第三参数的设定值、判断储存的第四参数的依时间感测信号的大小是否超出第四参数的设定值、或判断储存的综效参数的随时间变化的计算值的大小是否超出综效参数的设定值。

一实施例中，第一参数的临界值包括驱动器的最大输出扭力。

一实施例中，当第一参数是心轴的遭受扭力且第一参数的临界值是驱动器的最大输出扭力时，第一感测器组件还用以输出关连于心轴的遭受扭力在阀门的各个开关行程中随着阀门的位置变化而变化的一遭受扭力的依位置感测信号；储存单元还用以即时接收并储存心轴的遭受扭力的依位置感测信号；计算单元还用以即时判断所储存的心轴的遭受扭力的依位置感测信号的大小是否超出心轴的一设定扭力。

一实施例中，通知单元还用以依据计算单元的判断结果传送阀的故障造成原因至阀的远端。

一实施例中，第一参数是心轴的遭受轴向应力且第一参数的临界值包括心轴的容许应力。可选地，计算单元还用以依据心轴的屈服强度随心轴的温度变化而变化的结果即时校正心轴的容许应力。可选地，储存单元还用以即时接收并储存随着温度变化而变化的心轴的屈服强度。可选地，计算单元还用以即时判断所储存的心轴的遭受轴向应力的依时间感测信号的大小是否超出心轴的一设定应力，设定应力小于心轴的容许应力。

一实施例中，所提出的阀还具有第二感测器组件，具有装设于驱动器上的感测器，和控制器电连接，用以输出关连于驱动器的第五参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第五参数的依时间感测信号；其中，储存单元还用以即时接收并储存第五参数的依时间感测信号；计算单元还用以即时计算出储存的最后多个的第五参数的依时间感测信号对应的第五参数趋势线，以及即时计算出第五参数的临界值和第五参数趋势线的交点对应的阀的第五时间临界值，第五参数包括驱动器的扭力及输入气压其中之一；且通知单元还用以传送第五时间临界值至阀的远端。可选地，通知单元还用以传送驱动器的故障造成原因至阀的远端。

各实施例中，第一时间临界值、第二时间临界值、第三时间临界值、第四时间临界值及综效时间临界值其中之一为阀门的累计开关行程次数。

综上所述，依照本申请实施例或其变化例所提供的阀具有失效自我预知功能，符合包括阀的整体系统的实际控制需求。所提方案具体改进现有阀无法进行失效的自我预知及发出即将失效通知的缺失。所揭示的阀利用控制器中的计算单元计算出阀于使用一段时间后将失效的时间点，并预先通知远离阀的工作人员或远端控制系统，让工作人员可以提早更换即将失效的阀，避免单一阀的失效影响整个阀系统的运作。

为让本申请的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是本申请一实施例的具失效自我预知功能的阀的平面示意图。

图2是图1中的控制器的功能方块图。

图3是本申请一实施例中的关连于心轴的第一参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第一参数的依时间感测信号、第一参数趋势线及第一时间临界值的关系示意图。

图4是本申请一实施例中的关连于阀门的第二参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第二参数的依时间感测信号、第二参数趋势线及第二时间临界值的关系示意图。

图5是本申请一实施例中的关连于心轴的遭受扭力在阀门的各个开关行程中随着阀门的位置变化而变化的三组遭受扭力的依位置感测信号。

图6是本申请一实施例中的关连于本体的第三参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第三参数的依时间感测信号、第三参数趋势线及第三时间临界值的关系示意图。

图7是本申请一实施例中的关连于连接本体的一管路的第四参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第四参数的依时间感测信号、第四参数趋势线及第四时间临界值的关系示意图。

图8是本申请一实施例中的关连于驱动器的第五参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第五参数的依时间感测信号、第五参数趋势线及第五时间临界值的关系示意图。

图9是本申请一实施例中的关连于驱动器的输出气压在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的感测信号曲线的示意图。

图10是本申请一实施例中的关连于阀的综效参数在阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的综效参数的随时间变化的计算值、综效参数趋势线及综效时间临界值的关系示意图。

具体实施方式

本申请揭示一种具失效自我预知功能的阀，以下文中所叙及的已为本技术领域的通常知识者所能明了者，将不再作完整描述，例如阀的基本操作原理。另外，以下文中所叙及的技术用语的意思如有与本技术领域的通常用语的意思不同时，以文中的意思为准，而文中所对照的图示意在表达与本发明特征有关的含义，并未依据实际尺寸完整绘制，亦先行叙明。

请参照图1及图2，一实施例中，所揭露的阀10包括一本体101、一阀门102、一心轴103、一驱动器104、一控制器106及一第一感测器组件107。控制器106具有一储存单元1061、一计算单元1062、一通知单元1063及一控制单元1064。储存单元1061、通知单元1063及控制单元1064均和计算单元1062电连接。阀门102位于本体101上形成的一中空腔室1011内，用以开启和关闭腔室1011以控制流经中空腔室1011的流体流量。心轴103装设于本体101内，连接至阀门102，和阀门102连动。驱动器104装设于本体101上，连接至心轴103，可为电动或气动的动力输出装置，用以驱动心轴103转动。此外，阀10还可进一步包括一调压阀105，其连接至驱动器104，用以调节输入驱动器104的源压力。第一感测组件107具有一个或一个以上装设于本体101、阀门102、心轴103或连接本体101的一管路109的感测器。

请参照图1至图4，一实施例中，第一感测器组件107具有装设于心轴103上的感测器，用以输出关连于心轴103的第一参数A1在阀门102的各个开关行程中随着时间变化而变化的第一参数的依时间感测信号SA1(图3中以黑点表示)。或者，第一感测器组件107具有装设于阀门102上的感测器，用以输出关连于阀门102的第二参数A2在阀门102的各个开关行程中随着时间变化而变化的第二参数的依时间感测信号SA2(图4中以黑点表示)。所称的阀门102的各个开关行程是阀门102的从完全开启到完全关闭腔室1011的每个行程(stroke)。通常情况下，以旋转行程的阀来说，阀门102于完全开启腔室1011的位置是阀门102的轴向中心线和腔室1011的轴向中心线呈90度相交，而阀门102于完全关闭腔室1011的位置是阀门102的轴向中心线和腔室1011的轴向中心线呈平行或重合。当阀10的失效和心轴103的遭受轴向应力或遭受扭力相关时，前述的第一参数A1可以是心轴103的遭受轴向应力或遭受扭力，而第一感测器组件107包括应变感测器(如应变规)、应力感测器或扭力感测器。所称的遭受轴向应力是心轴103在阀门102的各个开关行程中所遭受的轴向应力。所称的遭受扭力是心轴103在阀门102的各个开关行程中所遭受的扭力。当阀10的失效和阀门102的开关行程的运作相关时，前述的第二参数A2包括阀门102的各个开关行程中的开关行程时间、阀门102的各个开关行程中的开关行程速率、阀门102的各个开关行程中的关断时间及阀门102的各个开关行程中的关断速率其中之一，而第一感测器组件107包括计时器。所称的阀门102的各个开关行程中的开关行程时间是阀门102在各个从完全开启到完全关闭腔室1011的行程中的花费时间。所称的阀门102的各个开关行程中的开关行程速率是阀门102在各个从完全开启到完全关闭腔室1011的行程中的行进速率。所称的阀门102的各个开关行程中的关断时间是阀门102在各个从完全开启到完全关闭腔室1011的行程中，从即将关闭腔室1011到完全关闭腔室1011的过程中的花费时间。所称的阀门102的各个开关行程中的关断速率是阀门102在各个从完全开启到完全关闭腔室1011的行程中，从即将关闭腔室1011到完全关闭腔室1011的过程中的行进速率。

如图1至图4所示，一实施例中，控制器106装设于本体101附近，和驱动器104、调压阀105及第一感测器组件107彼此间电连接，用以对驱动器104、调压阀105及第一感测器组件107进行控制，以对阀10进行操作监控及发出通知。储存单元1061用以即时接收并储存第一参数的依时间感测信号SA1或第二参数的依时间感测信号SA2。计算单元1062和储存单元1061电连接，用以即时计算出储存单元1061所储存的最后多个第一参数的依时间感测信号SA1的第一参数趋势线201(见图3)或储存单元1061所储存的最后多个第二参数的依时间感测信号SA2的第二参数趋势线202(见图4)。图3中，所称的最后多个第一参数的依时间感测信号(也称第一参数的最后多个的依时间感测信号)SA1是在时间t_N1-K1至t_N1所对应的第一参数的依时间感测信号SA1，其中时间t_N1所对应的第一参数的依时间感测信号SA1为储存单元1061所储存的最后一个第一参数的依时间感测信号SA1，时间t_N1-K1所对应的第一参数的依时间感测信号SA1为储存单元1061所储存的自最后一个往前算第K1个的第一参数的依时间感测信号SA1，N1及K1均为整数，K1小于N1。一实施例中，N1至少为30，K1至少为1。图4中，所称的最后多个第二参数的依时间感测信号SA2是在时间t_N2-K2至t_N2所对应的第二参数的依时间感测信号SA2，其中时间t_N2所对应的第二参数的依时间感测信号SA2为储存单元1061所储存的最后一个第二参数的依时间感测信号SA2，时间t_N2-K2所对应的第二参数的依时间感测信号SA2为储存单元1061所储存的自最后一个往前算第K2个的第二参数的依时间感测信号SA2，N2及K2均为整数，K2小于N2。一实施例中，N2至少为30，K2至少为1。如图3所示，当计算单元1062用以计算出储存单元1061所储存的最后多个第一参数的依时间感测信号SA1的第一参数趋势线201时，计算单元1062还用以计算出第一参数A1的临界值A_max和第一参数趋势线201的交点所对应的阀10的第一时间临界值t_L1。如图4所示，当计算单元1062用以计算出储存单元1061所储存的最后多个第二参数的依时间感测信号SA2的第二参数趋势线202时，计算单元1062还用以计算出第二参数A2的临界值B_max和第二参数趋势线202的交点所对应的阀10的第二时间临界值t_L2。如图2所示，通知单元1063用以传送第一时间临界值t_L1或第二时间临界值t_L2至阀10的远端，例如远离阀10的远端控制系统或工作人员。第一时间临界值t_L1或第二时间临界值t_L2可以是阀门102的累计开关行程次数，例如阀门102的开关行程的第10000次，也可以是阀门102的开关行程的累计时间，例如第50000小时。

如图1至图4所示，一实施例中，储存单元1061还用以即时储存第一参数的依时间感测信号SA1和第一参数A1的临界值A_max之间的差距大小|A_max-SA1|或者第二参数的依时间感测信号SA2和第二参数A2的临界值B_max之间的差距大小|B_max-SA2|，控制单元1064还用以依据这些差距大小即时控制调压阀105以调节输入驱动器104的输入压力。举例而言，当这些差距大小开始低于一设定值时，代表心轴103的遭受轴向应力或遭受扭力或阀门102的各个开关行程中的开关行程时间逐渐到达临界值，为了避免心轴103受到损坏，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来降低输入驱动器104的输入压力。

如图1至图3所示，一实施例中，当第一参数A1是心轴103的遭受轴向应力时，第一参数A1的临界值A_max可以是心轴103的容许应力S_max。此情况下，计算单元1062还用以依据心轴103的屈服强度(yield strength)随心轴103的温度变化而变化的结果即时校正心轴103的容许应力S_max，而心轴103的温度变化系利用第一感测器组件107中所包括的温度感测器来得到。因此，储存单元1061还用以即时接收并储存随着温度变化而变化的心轴103的屈服强度。另一方面，计算单元1062还用以即时判断储存单元1061所储存的第一参数的依时间感测信号SA1的大小是否超出第一参数A1的一设定值A_th，第一参数A1的设定值A_th小于第一参数的临界值A_max。如图3所示，计算单元1062还用以即时判断所储存的心轴103的遭受轴向应力依时间的感测信号的大小是否到达心轴103的一设定应力S_th。这里的设定应力S_th小于心轴103的容许应力S_max。此外，计算单元1062还用以即时计算出心轴103的设定应力S_th和第一参数趋势线201的交点所对应的阀10的一第一时间目标值t_G1，且通知单元1063还传送此第一时间目标值t_G1至远离阀10所在位置的远端控制系统或工作人员，以即时掌握阀10的运作状况及提早更换有问题的阀10。另一方面，当心轴103的遭受轴向应力小于设定应力S_th时，心轴103仍处于堪用状态，为了让心轴103可以维持转动且让阀门102的运作保持顺畅，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来适时增加输入驱动器104的输入压力；当心轴103的遭受轴向应力大于设定应力S_th但小于容许应力S_max且未发生失效时，为了保护心轴103免于损坏，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来降低输入驱动器104的输入压力。

如图1至图3所示，一实施例中，当第一参数A1是心轴103的遭受扭力时，第一参数A1的临界值A_max可以是驱动器104的最大输出扭力T_max。在此情况下，计算单元1062还用以即时判断所储存的心轴103的遭受扭力依时间的感测信号SA1的大小是否超出心轴103的一设定扭力T_th，此设定扭力T_th小于驱动器104的最大输出扭力T_max。图3中，第一时间临界值t_L1为驱动器104的最大输出扭力T_max和第一参数趋势线201的交点所对应的阀门102的开关行程次数。进一步地，如图3所示，计算单元1062还用以即时计算出心轴103的设定扭力T_th和第一参数趋势线201的交点所对应的阀10的一第一时间目标值t_G1，且通知单元1063还输出此第一时间目标值t_G1至阀10的远端或阀10所在位置附近的工作人员，以即时掌握阀10的运作状况及提早更换有问题的阀10。另一方面，当心轴103的遭受扭力小于设定扭力T_th时，心轴103仍处于堪用状态，为了让心轴103可以维持转动且让阀门102的运作保持顺畅，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来适时增加驱动器104的输入压力；当心轴103的遭受扭力大于设定扭力T_th但小于最大输出扭力T_max时，为了保护心轴103免于损坏，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来降低输入驱动器104的输入压力。

如图1及5所示，一实施例中，第一感测器组件107还用以输出关连于心轴103的遭受扭力在阀门102的各个开关行程中随着阀门102的位置变化而变化的遭受扭力的依位置感测信号ST，这些感测信号ST并由储存单元1062即时储存。此情况下，第一感测器组件107除了包括扭力感测器或应变感测器外，还包括了阀门位置感测器，用以侦测相关于阀门102在每个开关行程中的位置的资讯。图5中仅显示三组心轴遭受扭力的依位置感测信号ST，但本申请不以此为限。图5中，以旋转行程的阀为例，就每组心轴遭受扭力的依位置感测信号ST而言，在阀门开启角度Φ＝0度，即阀门关闭状态下，心轴遭受扭力为最大，而在阀门开启角度Φ＝30至60度状态下，心轴遭受扭力为最小。另外，比较各组的心轴遭受扭力的依位置感测信号ST，心轴103的遭受扭力会随着阀门102的开关行程次数的增加而增大，图5中的曲线301至303分别代表阀门开关次数为2000次、4000次及6000次的心轴遭受扭力的依位置感测信号ST的连线。这些曲线还反映出了阀10的故障造成原因，例如曲线302接近阀座被异物卡住时的心轴扭力表现，而曲线303接近阀座磨耗时的心轴扭力表现。此情况下，可以利用图2中的储存单元1061即时接收并储存心轴103的遭受扭力的依位置感测信号ST，并利用图2中的计算单元1062即时判断所储存的心轴103的遭受扭力的依位置感测信号ST的大小是否超出心轴103的设定扭力T_th。如果没有超出，代表心轴仍处于堪用状态，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来增加输入驱动器104的输入压力，以维持心轴103的转动和保持阀门102的顺畅运作；如果超出，通知单元1063可以依据计算单元1062的判断结果传送阀10的故障造成原因，包括阀座被异物卡住及阀座磨耗等，至远离阀10所在位置的远端控制系统或工作人员。

如图1、2及4所示，一实施例中，计算单元1062也可以单独或同时计算出储存单元1061所储存的最后多个第二参数的依时间感测信号SA2的第二参数趋势线202，以及单独或同时计算出第二参数A2的临界值B_max和第二参数趋势线202的交点所对应的阀10的第二时间临界值t_L2时，计算单元1062还用以单独或同时即时判断储存单元1061所储存的第二参数的依时间感测信号SA2的大小是否超出第二参数A2的一设定值B_th，第二参数A2的设定值B_th小于第二参数的临界值B_max。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第二参数A2的设定值B_th和第二参数趋势线202的交点所对应的阀102的一第二时间目标值t_G2，且通知单元1063还传送此第二时间目标值t_G2至远离阀10所在位置的远端控制系统或工作人员，以即时掌握阀10的运作状况及提早更换有问题的阀10。另一方面，当阀门102的开关行程时间增加但小于一设定值(例如通常行程时间的30％)时，为了让阀门102的运作保持顺畅，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来适时增加输入驱动器104的输入压力；当阀门102的开关行程时间大于设定值时，为了保护心轴103免于损坏，这时阀10可以透过控制单元1064控制调压阀105来降低输入驱动器104的输入压力。

如图1、2及6所示，一实施例中，第一感测器组件107还具有装设于本体101上的感测器，用以输出关连于本体101的至少一第三参数A3在阀门102的各个开关行程中随着时间变化而变化的第三参数的依时间感测信号SA3。当阀10的失效和本体101内部的流体泄漏相关时，所称的第三参数A3包括本体101在阀门102的各个开关行程中的内部流体泄漏量，而第一感测器组件107还包括一流量计。本实施例中，储存单元1061还用以即时接收并储存第三参数的依时间感测信号SA3，计算单元1062还用以单独或同时即时判断所储存的最后多个的第三参数的依时间感测信号SA3的第三参数趋势线203(见图6)。图6中，所称的最后多个第三参数的依时间感测信号SA3是在时间t_N3-K3至t_N3所对应的第三参数的依时间感测信号SA3，其中时间t_N3所对应的第三参数的依时间感测信号SA3为储存单元1061所储存的最后一个第三参数的依时间感测信号SA3，时间t_N3-K3所对应的第三参数的依时间感测信号SA3为储存单元1061所储存的自最后一个往前算第K3个的第三参数的依时间感测信号SA3，N3及K3均为整数，K3小于N3。一实施例中，N3至少为30，K3至少为1。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第三参数A3的临界值C_max和第三参数趋势线203的交点所对应的阀10的第三时间临界值t_L3，且通知单元1063还用以传送第三时间临界值t_L3至阀10的远端，例如远离阀10的远端控制系统或工作人员。又，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第三参数A3的一设定值C_th和第三参数趋势线203的交点所对应的阀的一第三时间目标值t_G3，且通知单元1063还用以传送第三时间目标值t_G3，第三参数A3的设定值C_th小于第三参数的临界值C_max。这里的第三时间目标值t_G3可以是阀门102的开关行程次数，例如是阀门102的第50000次开关行程。一实施例中，控制器106可以先判断当前的阀门开关行程的累计时间是否到达第三时间目标值t_G3，若否，通知单元1063将当前的阀门开关行程的累计时间和第三时间目标值t_G3之间的差距传送至阀10的远端，若是，通知单元1063将当前的阀门开关行程的累计时间和第三时间临界值t_L3之间的差距传送至阀10的远端。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时判断储存单元1061所储存的第三参数的依时间感测信号SA3的大小是否超出第三参数A3的设定值C_th。

如图1、2及7所示，一实施例中，第一感测器组件107还具有装设于管路109上的感测器，用以输出关连于管路109的至少一第四参数A4在阀门102的各个开关行程中随着时间变化而变化的第四参数的依时间感测信号SA4。当阀10的失效和受到阀10所控制的管路109内部的流体压力有关时，所称的第四参数A4包括管路109及本体101连接处1091在阀门102的各个开关行程中的关闭压力，即连接处1091在阀门102关闭中空腔室1011时的压力表现，而所称的第一感测器组件107还包括一流体压力感测器。本实施例中，储存单元1061还用以即时接收并储存第四参数的依时间感测信号SA4，计算单元1062还用以即时判断所储存的最后多个的第四参数的依时间感测信号SA4的第四参数趋势线204(见图7)。如图7所示，所称的最后多个第四参数的依时间感测信号SA4是在时间t_N4-K4至t_N4所对应的第四参数的依时间感测信号SA4，其中时间t_N4所对应的第四参数的依时间感测信号SA4为储存单元1061所储存的最后一个第四参数的依时间感测信号SA4，时间t_N4-K4所对应的第四参数的依时间感测信号SA4为储存单元1061所储存的自最后一个往前算第K4个的第四参数的依时间感测信号SA4，N4及K4均为整数，K4小于N4。一实施例中，N4至少为30，K4至少为1。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第四参数A4的临界值D_max和第四参数趋势线204的交点所对应的阀10的第四时间临界值t_L4，且通知单元1063还用以输出第四时间临界值t_L4至阀10的远端。又，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第四参数A4的一设定值D_th和第四参数趋势线204的交点所对应的阀的一第四时间目标值t_G4，且通知单元1063还用以传送第四时间目标值t_G4至阀10的远端，第四参数A4的设定值D_th小于第四参数的临界值D_max。这里的时间目标值t_G4可以是阀门102的开关行程次数，例如是阀门102的第50000次开关行程。一实施例中，控制器106可以先判断当前的阀门开关行程的累计时间是否到达第四时间目标值t_G4，若否，通知单元1063将当前的阀门开关行程的累计时间和第四时间目标值t_G4之间的差距传送至阀10的远端，若是，通知单元1063将当前的阀门开关行程的累计时间和第四时间临界值t_L4之间的差距传送至阀10的远端。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时判断储存单元1061所储存的第四参数的依时间感测信号SA4的大小是否超出第四参数A4的设定值D_th。

如图1、2及8所示，一实施例中，本申请所揭露的阀10还可以包括一第二感测器组件108，具有装设于驱动器104上的感测器，和控制器106电连接，用以输出关连于驱动器104的至少一第五参数A5在阀门102的各个开关行程中随着时间变化而变化的第五参数感测信号SA5。驱动器104可以是气动式或电动式。当阀10尚未失效但驱动器104失效时，阀10的失效即和驱动器104相关。第五参数A5包括驱动器104的扭力T和输出气压P，而第二感测器组件108包括扭力感测器、应力感测器、应变感测器或压力感测器。本实施例中，储存单元1061还用以即时接收并储存第五参数的依时间感测信号SA5，计算单元1062还用以单独或同时即时判断所储存的最后多个的第五参数的依时间感测信号SA5的第五参数趋势线205(见图8)。如图8所示，所称的最后多个第五参数的依时间感测信号SA5是在时间t_N5-K5至t_N5所对应的第五参数的依时间感测信号SA5，其中时间t_N5所对应的第五参数的依时间感测信号SA5为储存单元1061所储存的最后一个第五参数的依时间感测信号SA5，时间t_N5-K5所对应的第五参数的依时间感测信号SA5为储存单元1061所储存的自最后一个往前算第K5个的第五参数的依时间感测信号SA5，N5及K5均为整数，K5小于N5。一实施例中，N5至少为30，K5至少为1。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第五参数A5的最小临界值E_min和第五参数趋势线205的交点所对应的阀10的第五时间临界值t_L5，且通知单元1063还用以输出第五时间临界值t_L5至阀10的远端。又，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出第五参数A5的一设定值E_th和第五参数趋势线205的交点所对应的阀的一第五时间目标值t_G5，且通知单元1063还用以传送第五时间目标值t_G5至阀10的远端，第五参数A5的设定值E_th大于第五参数的最小临界值E_min。这里的第五时间目标值t_G5可以用驱动器104的累计作动时间或次数来表示，或者转换成用阀门102的累计开关行程时间或次数来表示。一实施例中，控制器106可以先判断当前的驱动器104的累计作动时间或次数或阀门开关行程的累计时间或次数是否到达第五时间目标值t_G5，若否，通知单元1063将当前的驱动器104的累计作动时间或次数或阀门开关行程的累计时间或次数和第五时间目标值t_G5之间的差距传送至阀10的远端，以提醒远端控制系统或工作人员发生即将到达第五时间目标值t_G5的状况；若是，通知单元1063将当前的驱动器104的累计作动时间或次数或阀门开关行程的累计时间或次数和第五时间临界值t_L5之间的差距传送至阀10的远端，以提醒远端控制系统或工作人员发生即将到达第五时间临界值的状况。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时判断储存单元1061所储存的第五参数的依时间感测信号SA5的大小是否超出第五参数A5的设定值E_th。

一实施例中，如图9所示，当驱动器104的第五参数A5是输出气压P时，第二感测器组件108所测得的感测信号是输出气压P的感测信号SP，输出气压的最大临界值为P_max。这时，储存单元1061还用以即时接收并储存此一输出气压P的感测信号SP，计算单元1062还用以单独或同时即时判断此一输出气压P的变化是否为正常。如图9所示，驱动器的输出气压P随着阀门102的开关行程时间的增加而递减，曲线401、402及403分别表示驱动器的正常气压输出表现、排气不良表现及泄漏发生表现。因此，本实施例中，在第二感测器组件108的帮助下，控制器106可以依据第二感测器组件108输出的输出气压P的感测信号SP，判断驱动器的输出气压P是否落在正常气压输出曲线401，若否，可以进一步判断输出气压P及曲线402或403的关系，得到驱动器104的将来故障的造成原因，例如排气不良或泄漏发生(例如驱动器活塞封环损坏引起)，并利用通知单元1062将这些故障造成原因传送至阀10的远端，例如远端的控制系统或工作人员(图未示)，让远端的控制系统或工作人员可以提早对驱动器104的损坏零件进行维修或更换整个驱动器104，以早期避免驱动器104的失效造成阀10运作上的失效。

上述各实施例中的第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4及第五参数A5分别关连于阀10的心轴103、阀门102、本体101、管路109及驱动器104等零组件，由于心轴103及阀门102直接关连于阀10的运作，因此第一参数A1及第二参数A2在具失效自我预知功能的阀的时间临界值的预知上的重要性大于其他参数，但这并非意味着其他参数在具失效自我预知功能的阀的时间临界值的预知上可被完全忽略。此外，分别依据第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4及第五参数A5所得到的第一时间临界值t_G1、第二时间临界值t_G2、第三时间临界值t_G3、第四时间临界值t_G4、第五时间临界值t_G5彼此间或有差异，远离阀10的远端控制系统和工作人员可以个别利用这些时间临界值或综合比较这些时间临界值后做出对阀10进行后续更换或维修的决策，或者直接由控制器106比较这些时间临界值并基于较大安全系数的考量传送最小的时间临界值至远离阀10的远端控制系统和工作人员。

其他实施例中，如图10所示，可以将第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4及第五参数A5其中任两个以上的参数分别和一权重值(weighting value)相乘后加总视为一综效参数A6。此一综效参数(synergistic parameter)A6为第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4及第五参数A5其中任两个以上的参数的综合效应的对应参数。而第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4及第五参数A5中各个参数的匹配权重值依各个参数在阀的运作过程中的重要性来衡量，可通过实验及经验法则得到，本申请不在此设限。此外，可利用计算单元1062即时计算所储存的最后多个的综效参数的随时间变化的计算值SA6的综效参数趋势线206。综效参数的随时间变化的计算值SA6并非是感测得到的，而是计算单元1062将所要进行综效效应计算的参数例如第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4及第五参数A5的时间感测信号SA1、SA2、SA3、SA4及SA5经上述加权计算后得到的。因此，储存单元1061还用以即时储存综效参数的随时间变化的计算值SA6。如图10所示，所称的最后多个综效参数的随时间变化的计算值SA6是在时间t_N6-K6至t_N6所对应的综效参数的随时间变化的计算值SA6，其中时间t_N6所对应的综效参数的随时间变化的计算值SA6为储存单元1061所储存的最后一个综效参数的随时间变化的计算值SA6，时间t_N6-K6所对应的综效参数的随时间变化的计算值SA6为储存单元1061所储存的自最后一个往前算第K6个的综效参数的随时间变化的计算值SA6，N6及K6均为整数，K6小于N6。一实施例中，N6至少为30，K6至少为1。此外，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出综效参数A6的临界值Σ_max和综效参数趋势线206的交点所对应的阀10的综效时间临界值t_L6，且通知单元1063还用以输出综效时间临界值t_L6至阀10的远端。又，计算单元1062还用以单独或同时即时计算出综效参数A6的一设定值Σ_th和综效参数趋势线206的交点所对应的阀的一综效时间目标值t_G6，且通知单元1063还用以传送综效时间目标值t_G6至阀10的远端，综效参数A6的设定值Σ_th小于综效参数A6的临界值Σ_max。这里的综效时间目标值t_G6可以用阀门102的累计开关行程时间或次数来表示。一实施例中，控制器106可以先判断当前的阀门开关行程的累计时间或次数是否到达综效时间目标值t_G6，若否，通知单元1063将当前的阀门开关行程的累计时间或次数和第综效时间目标值t_G6之间的差距传送至阀10的远端，以提醒远端控制系统或工作人员发生即将到达综效时间目标值t_G6的状况；若是，通知单元1063将当前的阀门开关行程的累计时间或次数和综效时间临界值t_L6之间的差距传送至阀10的远端，以提醒远端控制系统或工作人员发生即将到达综效时间临界值t_L6的状况。相较于仅以单一参数所得到的时间目标值及时间临界值，以综效参数所得到的时间目标值及时间临界值可以更为精确，让具失效自我预知功能的阀的预知效果更好。其他实施例中，计算单元1062还可用以单独或同时判断所储存的综效参数A6随时间变化的计算值SA6的大小是否超出综效参数的设定值Σ_th。

上述各实施例中，计算单元1062所计算出的第一参数趋势线201、第二参数趋势线202、第三参数趋势线203、第四参数趋势线204、第五参数趋势线205及综效参数趋势线206分别利用储存单元1061储存的最后多个第一参数的依时间感测信号SA1、最后多个第二参数的依时间感测信号SA2、最后多个第三参数的依时间感测信号SA3、最后多个第四参数的依时间感测信号SA4、最后多个第五参数的依时间感测信号SA5及最后多个综效参数的随时间变化的计算值SA6进行多项式回归所得到。在图3、图4、图6、图7、图8及图10中，采用最后多个第一参数的依时间感测信号SA1、最后多个第二参数的依时间感测信号SA2、最后多个第三参数的依时间感测信号SA3、最后多个第四参数的依时间感测信号SA4、最后多个第五参数的依时间感测信号SA5及最后多个综合参数随时间变化的计算值SA6的理由是，随着阀门开关行程时间的累计，最后多个的这些参数的依时间感测信号或随时间变化的计算值最贴近阀10的当下运作状态，依据这些感测信号及计算值所计算出的趋势线更能准确反映出阀10的未来失效时间。另一方面，图3、图4、图6、图7、图8及图10中的第一参数趋势线201、第二参数趋势线202、第三参数趋势线203、第四参数趋势线204、第五参数趋势线205及综效参数趋势线206及其线型仅是例示，这些趋势线的真实线型取决于储存单元1061储存的最后多个这些参数的依时间感测信号或随时间变化的计算值的分布状况以及计算单元1062计算出这些趋势线时所利用的回归模型，本申请不在此设限。再一方面，随着储存单元1061储存的这些参数的依时间感测信号或随时间变化的计算值的累计个数变多，计算单元1062计算得到的第一时间临界值、第二时间临界值、第三时间临界值、第四时间临界值、第五时间临界值及综效时间临界值对于阀的失效自我预知的参考性提升。此外，所提出的阀10除了包括心轴103、阀门102、本体101、管路109及驱动器104外，可能还包括其他零组件，本申请不在此设限，而和这些零组件相关连的参数也不限于所揭示的第一参数A1、第二参数A2、第三参数A3、第四参数A4、第五参数A5及这些参数其中任两个以上的参数的综效参数，亦可能包括其他参数及所有参数中任两个以上的参数的综效参数。无论如何，只要是对于阀的所有零组件的相关连参数进行感测，并进一步以阀的控制器计算出感测信号的趋势线和基于趋势线得到时间临界值以做出阀的失效时间预知，均应为本发明的精神和范围内的应用。此外，本申请中的计算单元1062所具有的计算能力，只要能够实现上述实施例所提到的计算结果，都属于本申请的范畴，本申请不在此设限。

综上所述，依照本申请各实施例所提出的阀具有失效自我预知功能，符合包括阀的整体系统的实际控制需求。所提方案具体改进了现有阀无法进行失效的自我预知及发出即将失效通知的缺失，相较于既有技术明显具有突破性的进步优点，确实具有功效的增进。本案所揭示的内容未曾于国内或国外公开或揭露，所提出的阀利用了控制器中的计算单元计算出阀于使用一段时间后将失效的时间点，并预先通知远离阀的工作人员或远端控制系统，让工作人员可以提早更换即将失效的阀，避免单一阀的失效影响整个阀系统的运作。

上列详细说明为针对本申请的一可行实施例的具体说明，上述实施例并非用以限制本申请的专利范围，凡未脱离本申请技艺精神所为的等效实施或变更，均应包括于本申请的专利范围中。

Claims (15)

1.一种具失效自我预知功能的阀，所述阀具有一本体、一阀门、一心轴及一驱动器，所述阀门位于所述本体上形成的一中空腔室内用以开启和关闭所述中空腔室，所述心轴装设于所述本体内并连接至所述阀门和所述阀门连动，所述驱动器装设于所述本体上用以驱动所述心轴转动，其特征在于，所述阀包括：

一第一感测器组件，具有装设于心轴、阀门、本体或连接本体的一管路上的感测器，用以输出关连于所述心轴的第一参数、所述阀门的第二参数、所述本体的第三参数或所述管路的第四参数在所述阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的依时间感测信号；和

一控制器，和所述驱动器及所述第一感测器组件彼此间电连接，所述控制器具有：

一储存单元，用以即时接收并储存所述第一至第四参数其中之一的依时间感测信号，以及储存对应所述第一参数、所述第二参数、所述第三参数及所述第四参数的综合效应的一综效参数的随时间变化的计算值，所述计算值为所述第一至第四参数的依时间感测信号各自和一权重值相乘后的加总；

一计算单元，和所述储存单元电连接，用以即时计算出储存的所述第一至第四参数其中之一的最后多个的依时间感测信号各自对应的第一、第二、第三或第四参数趋势线、或储存的最后多个的所述计算值对应的综效参数趋势线，以及计算出所述第一至第四参数的临界值各自和所述第一至第四参数趋势线的交点对应的第一、第二、第三或第四时间临界值、或所述综效参数的临界值和所述综效参数趋势线的交点对应的综效时间临界值；和

一通知单元，和所述计算单元电连接，用以传送所述第一至第四时间临界值及所述综效时间临界值其中之一至所述阀的远端。

2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，还包括：

一调压阀，连接至所述驱动器且和所述控制器电连接，用以调节输入所述驱动器的输入压力。

3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，所述控制器还具有一控制单元，所述控制单元和所述计算单元电连接，所述储存单元还用以即时储存所述第一参数的依时间感测信号和所述第一参数的所述临界值之间的差距大小或所述第二参数的依时间感测信号和所述第二参数的所述临界值之间的差距大小，所述控制单元用以依据所述差距大小即时控制所述调压阀以调节输入所述驱动器的所述输入压力。

4.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述计算单元还用以即时计算出所述第一参数的一设定值和所述第一参数趋势线的交点对应的第一时间目标值、所述第二参数的一设定值和所述第二参数趋势线的交点对应的第二时间目标值、所述第三参数的一设定值和所述第三参数趋势线的交点对应的第三时间目标值、所述第四参数的一设定值和所述第四参数趋势线的交点对应的第四时间目标值、或所述综效参数的一设定值和所述综效参数趋势线的交点对应的综效时间目标值，且所述通知单元还用以传送所述第一至第四时间目标值及所述综效时间目标值其中之一至所述阀的远端，所述第一参数的所述设定值小于所述第一参数的所述临界值，所述第二参数的所述设定值小于所述第二参数的所述临界值，所述第三参数的所述设定值小于所述第三参数的所述临界值，所述第四参数的所述设定值小于所述第四参数的所述临界值，所述综效参数的所述设定值小于所述综效参数的所述临界值。

5.根据权利要求4所述的阀，其特征在于，所述计算单元还用以即时判断储存的所述第一参数的依时间感测信号的大小是否超出所述第一参数的所述设定值、判断储存的所述第二参数的依时间感测信号的大小是否超出所述第二参数的所述设定值、判断储存的所述第三参数的依时间感测信号的大小是否超出所述第三参数的所述设定值、判断储存的所述第四参数的依时间感测信号的大小是否超出所述第四参数的所述设定值、或判断储存的所述综效参数的随时间变化的所述计算值的大小是否超出所述综效参数的所述设定值。

6.根据权利要求4所述的阀，其特征在于，所述第一参数的所述临界值包括所述驱动器的最大输出扭力。

7.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述第一参数是所述心轴的遭受扭力且所述第一参数的所述临界值包括所述驱动器的最大输出扭力。

8.根据权利要求7所述的阀，其特征在于，所述第一感测器组件还用以输出关连于所述心轴的所述遭受扭力在所述阀门的各个开关行程中随着所述阀门的位置变化而变化的一遭受扭力的依位置感测信号；所述储存单元还用以即时接收并储存所述心轴的所述遭受扭力的依位置感测信号；所述计算单元还用以即时判断储存的所述心轴的所述遭受扭力的依位置感测信号的大小是否超出所述心轴的一设定扭力。

9.根据权利要求8所述的阀，其特征在于，所述通知单元还用以依据所述计算单元的判断结果传送所述阀的故障造成原因至所述阀的远端。

10.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述第一参数是所述心轴的遭受轴向应力且所述第一参数的临界值包括所述心轴的容许应力。

11.根据权利要求10所述的阀，其特征在于，所述计算单元还用以依据所述心轴的屈服强度随所述心轴的温度变化而变化的结果即时校正所述心轴的所述容许应力，且所述储存单元还用以即时接收并储存随着温度变化而变化的所述屈服强度。

12.根据权利要求10所述的阀，其特征在于，所述计算单元还用以即时判断储存的所述心轴的遭受轴向应力的依时间感测信号的大小是否超出所述心轴的一设定应力，所述设定应力小于所述心轴的所述容许应力。

13.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，还包括：

一第二感测器组件，具有装设于所述驱动器上的感测器，和所述控制器电连接，用以输出关连于所述驱动器的第五参数在所述阀门的各个开关行程中随着时间变化而变化的第五参数的依时间感测信号；

其中，所述储存单元还用以即时接收并储存所述第五参数的依时间感测信号；所述计算单元还用以即时计算出储存的最后多个的所述第五参数的依时间感测信号对应的第五参数趋势线，以及即时计算出所述第五参数的临界值和所述第五参数趋势线的交点对应的第五时间临界值，所述第五参数包括所述驱动器的扭力及所述驱动器的输入气压其中之一；且所述通知单元还用以传送所述第五时间临界值至所述阀的远端。

14.根据权利要求13所述的阀，其特征在于，所述通知单元还用以传送所述驱动器的故障造成原因至所述阀的远端。

15.根据权利要求1至14其中任一项所述的阀，其特征在于，所述第一至第四时间临界值及所述综效时间临界值其中之一为所述阀门的累计开关行程次数。

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