CN1931704A - 向容器填充预定量流体的方法和设备以及填充机 - Google Patents

向容器填充预定量流体的方法和设备以及填充机 Download PDF

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Abstract

公开了一种设备，其包括用于输送流体流进入容器(12)中的喷嘴(14)；阀(16)，其包含用于控制所述流体流的活动阀构件(27)；用于向所述活动阀构件(27)发送位置控制信号的装置(54)，从而所述活动阀构件(27)将要遵循期望的位移与时间曲线，其中所述曲线将输送进入所述容器(12)中的流体的量调整至预定的量。所述设备还包括检测装置(56)，其用于检测由活动阀构件(27)响应于位置控制信号检测而遵循的实际位移与时间曲线的点；以及比较装置(58)，其用于比较所检测点与期望的位移与时间曲线上的对应点。

Description

向容器填充预定量流体的方法和设备以及填充机
技术领域
本发明涉及填充容器的方法和设备，以及填充机。
背景技术
公知的是利用这样的设备向容器填充预定量的流体，其中所述设备包括用于将流体流(fluid flow)输送进入容器的喷嘴，以及阀，其包括用于控制流体流的活动阀构件。
采用这种设备而实现的公知方法包括向活动阀构件发出位置控制信号的步骤，从而所述活动阀构件将要遵循期望的位移与时间曲线，该曲线将输送进入容器中的流体的量调整至预定的量。
这种方法例如在日本专利公开文献No.JP-A-9-156697中公开。
阀构件的期望的位移与时间曲线通过测试而确定，这些测试经常是在校准设备的过程中完成。位置控制信号然后被发出，从而阀构件遵循该位移与时间曲线。
填充机包括多个相同的填充设备，通常在四个至一百五十个之间。因为位置控制信号可被施加至每个设备，所以该方法对于填充容器而言是一种便宜的方式。
然而，公知的方法是基于相同填充设备的基本假设，而实际上这并是不现实的。
而且，阀构件对于给定的控制信号的响应随着时间降低，例如由于磨损。在这种情况中，位置控制信号可导致输送错误量的流体。
发明内容
本发明旨在通过提供根据权利要求1填充容器的方法而克服现有的问题。该方法的其它特征在从属权利要求2至9中阐述。
本发明还提供根据权利要求10填充容器的设备。该设备的其它特征在从属权利要求11至14中阐述。
本发明还提供了根据权利要求15的填充机。
附图说明
以下，将参看附图通过实例详细说明本发明，其中：
图1是根据本发明的、用于填充容器的设备的剖视图；
图2A、2B以及3A、3B示出了控制图1的填充设备的信号，以及设备的期望的响应；并且
图4是由图1的填充设备所实现的填充方法的流程图。
具体实施方式
在以下说明中，术语“上方”、“下方”、“高”、“低”等参照的是竖直轴线X，容器以及填充设备大体沿所述竖直轴线X延伸，并且流体沿所述竖直轴线X从填充设备流至容器。容器位于填充设备下方。
图1中所示的填充设备是由附图标记10代表。其将要用可以是水或任何类型的液体的流体填充在这种情况中为瓶子的容器12。
填充设备10包括喷嘴14，其用于沿竖直轴线X输送流体流进入容器12；以及阀16，其用于控制流体流通过喷嘴14。
喷嘴14的形状为竖直管，其位于容器12的开口18上方。管的直径在其下侧端部20附近减小，其中所述下侧端部20面向开口18。
阀16包括外侧壳体22，其从喷嘴14向上延伸，从而壳体22和喷嘴14一起限定了沿轴线X的细长竖直腔体23。壳体与喷嘴14是一体的。
壳体22包括内侧台肩24，其在腔体23中从壳体22延伸并且朝向上。
用于供应流体的开口26设置在壳体22的侧部上，并且在腔体23的最上侧部分中开口。
活动阀构件27在腔体23中延伸，例如在喷嘴14与壳体22中延伸。所述活动阀构件从喷嘴14的下侧端部20伸至壳体22的顶罩30。
活动阀构件27经由下侧引导部分32以及上侧引导部分34被安置，其中所述下侧引导部分32与所述上侧引导部分34这两者设置在壳体22中位于台肩24上方并与其隔开。
活动阀构件27包括主体下侧部分，其包含适于控制流体流的柱塞28。为此，柱塞28包括带有径向环形密封垫圈38的径向外侧凸缘36。径向外侧凸缘36位于壳体22的台肩24与下侧引导部分32之间。垫圈38适于密封地接合壳体22的台肩24，以防止流体流通过喷嘴14。在这种情况中，柱塞28被称为处于其关闭位置。
环形柔性膜片40连接至壳体22，并且在腔体23的顶部连接至柱塞，从而防止流体接触下侧引导部分32。
为了操作活动阀构件27从而安放柱塞28使其处于控制流体流的合适位置，活动阀构件27还包括上侧部分，其包含下侧操作活塞42和上侧操作活塞44。该上侧部分固定至柱塞28的顶部或者与其一体形成。下侧活塞42在壳体22的两个引导部分32、34之间竖直滑动，而上侧活塞44在上侧引导部分34与顶罩30之间竖直滑动。
活动阀构件27还通过两个弹簧46、48以及两个管道50、52被操作，其中所述两个管道50、52设置在所述壳体22中，用于引导压缩空气。弹簧46比弹簧48的弹性力更大。弹簧46、48以及管道50、52都通过它们的竖直位置被区分。
更具体地讲，下侧活塞42通过在下侧活塞42与上侧引导部分34之间压缩的下侧弹簧46被向下推压，并且通过经由下侧引导部分32与下侧活塞42之间的下侧管道50引入的压缩空气被向上推压。
下侧管道50通过下侧空气阀51被控制。
同样地，上侧活塞44通过在上侧活塞44与上侧引导部分34之间压缩的上侧弹簧48被向上推压，从而通过经由上侧引导部分34与顶罩30之间的上侧管道52所引入的压缩空气被向下推压。
上侧管道52通过上侧空气阀53被控制。
在仅仅使用下侧管道50时，阀16操作为双位阀。活动阀构件27可处于第一稳定位置，也就是，前述柱塞28的关闭位置，在该位置中，柱塞28防止流体流通过喷嘴14；以及第二稳定位置，也称为打开位置，在该位置中，柱塞28允许流体以最大的流速流过喷嘴14。
在下侧管道50以及上侧管道52都被使用时，阀16操作为三位阀。在这种情况中，活动阀构件27还可处于中间位置，从而柱塞28允许流体以小于最大流速的中等流速流动。
这些位置中的每个位置对应于沿竖直轴线X的活动阀构件27的竖直位置，以及因而柱塞28的竖直位置。
填充设备10还包括装置54，其通过操作空气阀51、53而向活动阀构件存储和发送位置控制信号。所述位置控制信号使得，柱塞28将要遵循期望的位移与时间曲线，其中所述曲线将输送进入容器12中的流体的量调整至预定的量。参看图2A、2B、3A以及3B以下将进一步说明位置控制信号。
填充设备10还包括检测装置56，其用于检测实际位移与时间曲线上的点，其中活动阀构件27以及柱塞28响应于位置控制信号而遵循所述实际位移与时间曲线。检测装置56可包括磁传感器、机械传感器、光学传感器、电气传感器、电子传感器或者电感传感器。其可位于下侧引导部分32中，如图所示，或者位于任何其它方便的位置，例如在填充设备的顶部上，与活动阀构件27接触或不与其接触。检测装置56的位置取决于所使用的填充设备的类型。
还设置比较装置58，其用于比较检测的点与活动阀构件27的期望的点。比较装置58可调整存储在装置54中的位置控制信号。
上述填充设备10被集成在填充机(未示出)中，所述填充机包括多个理论上相同的填充设备。
填充机还可包括至少一个附加改型的填充设备，其类似于填充设备10，除此之外，所述附加改型的填充设备不包括用于存储和发送位置控制信号的装置54，也不包括比较装置58。实际上，所述附加改型的填充设备包括用于测量输送进入相应的附加容器中的流体流的装置，以及用于向其柱塞发出附加位置控制信号的装置，以将输送进入容器中的流体的量调整至预定的量，其中所述附加位置控制信号是取决于所测量的流体流。
附加改型的填充设备还包括根据所述附加位置控制信号获取所述期望的位移与时间曲线的装置。
位置控制信号的实例示于图2A中，其中阀16被用作为双位阀。在这种情况中，位置控制信号包括从时刻T0开始并且在时刻T2结束的阶跃信号，在所述时刻T0开始容器12的填充。所述信号使得下侧空气阀51在时刻T0与时刻T2之间打开。
因此，阶跃信号构成了具有预定持续时间的时段，其控制活动阀构件27以占据柱塞28的稳定打开位置。
在图2B中示出了活动阀构件27的可能的期望的位移与时间曲线，其与柱塞28的相一致。在时刻T0，柱塞28处于其关闭位置。从时刻T0至时刻T1，活动阀构件27在压缩空气的作用下将要向上移动，直至在时刻T1柱塞28到达其打开位置。活动阀构件27停留在该位置直至时刻T2。从时刻T2至时刻T3，在下侧弹簧46的作用下，活动阀构件27将要向下移动，直至柱塞28在时刻T3回到其关闭位置。
相似地，在图3A中示出了位置控制信号的实例，其中阀16被用作为三位阀。在这种情况中，位置控制信号包括两个信号分量，所述每个信号分量用于对应的空气阀51、53。
用于下侧空气阀51的信号分量与图2A的位置控制信号相同，也就是从时刻T0′至时刻T4′的阶跃信号。
用于上侧空气阀53的信号分量是从在时刻T0′之后从时刻T2′开始、在时刻T4′结束的阶跃信号。
然后，位置控制信号包括两个时段，一个时段在T0′与T2′之间，另一个时段在T2′与T4′之间，每个时段具有预定的持续时间，并且每个时段控制活动阀构件27以及柱塞28，以占据对应的稳定位置。
在图3B中示出了活动阀构件27的期望的位移与时间曲线，其与柱塞28的相一致。在时刻T0′，柱塞28处于其关闭位置。从时刻T0′至时刻T1′，在由下侧管道50引入的压缩空气的作用下，活动阀构件27将要向上移动，直至柱塞28在时刻T1′到达其打开位置。从时刻T2′开始，活动阀构件27将要稍微向下移动，这是由于在上侧管道52中压缩空气的引入。然后，柱塞28在时刻T3′到达其中间位置。活动阀构件27停止直至时刻T4′。从时刻T4′至时刻T5′，在下侧弹簧46的作用下，活动阀构件27将要向下移动，直至柱塞28在时刻T5′回到其关闭位置。
现在参看图4，填充方法包括获得位置控制信号与通过喷嘴的流体的流量之间关系的第一步骤100。这通过以下方式完成，即确定位移控制信号与活动阀构件27以及柱塞28的响应例如其沿轴线X的竖直位置之间的关系，并且确定活动阀构件27以及柱塞28的位置与通过喷嘴14的流体的流量之间的关系。为了改进该方法，由于流体的流量取决于供应开口26处的入口静流体压力，因此表示流体流量与入口静流体压力关系的曲线可从实验获得，并且引入前述计算中。这些关系可以是通过理论方法取得或者通过经验取得，例如借助于上述改型的填充设备。
然后，方法包括通过利用第一步骤100的结果依据阀16使用的位置的数量而确定图2A或3A的位置控制信号的第二步骤200。
在这两种情况中，限定位置控制信号的时间被确定为，在特定的入口静流体压力(如果该参数被使用的话)处，期望的响应曲线下的面积对应于预定量的流体。
然后，在第三步骤300，适当的位置控制信号被发送至空气阀51、53。
在第四步骤400中，活动阀构件27的实际位移与时间曲线上的、响应于位置控制信号的点通过检测装置56被检测。这通过以下方式而完成，即测量活动阀构件27以及柱塞28到达至少一个预定位置的时间。优选地，使用稳定位置，这导致测量时刻T1测以及T3测或者T1′测、T3′测和T5′测。
方法还包括比较检测的点与曲线的对应期望的点的第五步骤500。为此，测量时刻与期望时刻被比较，在所述期望时刻，活动阀构件27根据期望的位移与时间曲线应当已经到达预定的位置。也就是说，T1测和T3测与T1和T3比较，或者T1′测、T3′测和T5′测与T1′、T3′和T5′比较。
然后，如果这种比较说明了期望时刻与测量时刻之间的差别超过了预定阈值，其中所述预定阈值在数学上与入口静流体压力有关，则方法继续到调整位置控制信号的第六步骤600，以便填充下一个容器12。调整包括改变限定位置控制信号的时刻，也就是说时段的持续时间，从而活动阀构件27再次遵循期望的位移与时间曲线。
可选地，还设置产生警报的装置(未示出)，并且调整位置控制信号的步骤替换为针对比较结果产生警报信号的步骤，或者随后完成该步骤。
在另一个实施例中，通过在至少一个对应预定的时刻检测活动阀构件27的至少一个实际位置，而实现检测步骤400。
在这种情况中，通过比较检测的实际位置与期望的位置而实现第五步骤500，其中所述期望的位置应当是根据期望的位移与时间曲线活动阀构件27在预定的时刻所占据的位置。
在另一个实施例中，在步骤400，连续检测活动阀构件27的实际位置，从而确定其实际连续位移与时间曲线。然后在步骤500，比较实际连续位移与时间曲线与期望的位移与时间曲线。
通过上述说明而清楚的是，本发明可应用于包括活动阀构件的任何种类的填充设备，如果其可测量阀构件的移动的话。

Claims (16)

1.一种用填充设备(10)向容器(12)填充预定量的流体的方法，其中所述填充设备(10)包括：
喷嘴(14)，其用于将流体流输送进入所述容器(12)中，以及
阀(16)，其包含用于控制所述流体流的活动阀构件(27)；
所述方法包括向所述活动阀构件(27)发出位置控制信号的步骤(300)，从而所述活动阀构件(27)将要遵循期望的位移与时间曲线，其中所述期望的位移与时间曲线将输送进入所述容器(12)中的流体的量调整至预定的量，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
检测步骤(400)，其中，检测由所述活动阀构件(27)响应于所述位置控制信号而遵循的实际位移与时间曲线上的点，以及
比较步骤(500)，其中，比较所检测的点与所述期望的位移与时间曲线上的对应的点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过测量所述活动阀构件(27)到达预定位置的时刻而实现所述检测步骤(400)，以及
通过比较所测量的时刻与期望的时刻而实现所述比较步骤(500)，其中在所述期望的时刻，所述活动阀构件(27)应当根据所述期望的位移与时间曲线而已经到达所述预定位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定位置对应于所述活动阀构件(27)的稳定位置，即打开位置，在该位置，所述活动阀构件允许所述流体以最大流速流过所述喷嘴(14)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过在预定时刻检测所述活动阀构件(27)的实际位置而实现所述检测步骤(400)，并且
通过比较所检测的实际位置与期望的位置而实现所述比较步骤(500)，其中在所述期望的位置，所述活动阀构件(27)应当根据所述期望的位移与时间曲线而已经占据所述预定时刻。
5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，还包括响应于所述比较的结果调整所述位置控制信号的步骤(600)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述位置控制信号包括具有预定持续时间的至少一个时段，所述时段控制所述活动阀构件(27)以占据稳定位置，并且
所述调整步骤包括改变所述时段的持续时间。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整步骤被完成以便填充下一个容器(12)。
8.根据权利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，还包括在所述检测的点与所述期望的点之间的差异超过预定阈值时响应于所述比较的结果而产生警报信号的步骤(600)。
9.根据权利要求1至8任一所述的方法，其特征在于，所述期望的位移与时间曲线被确定为与所述喷嘴(14)的流体入口(26)处的流体的入口静流体压力有关。
10.一种用于向容器(12)填充预定量的流体的设备，其包括：
喷嘴(14)，其用于输送流体流进入所述容器(12)中，
阀(16)，其包含用于控制所述流体流的活动阀构件(27)，
用于向所述活动阀构件(27)发送位置控制信号的装置(54)，从而所述活动阀构件(27)将要遵循期望的时间相关行程，其中所述行程将输送进入所述容器(12)中的流体的量调整至预定的量，
其特征在于，所述设备还包括：
检测装置(56)，其用于检测所述活动阀构件(27)响应于所述位置控制信号而遵循的实际位移与时间曲线上的点，以及
比较装置(58)，其用于比较所检测的点与所述活动阀构件(27)的期望的位移与时间曲线上的对应的点。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，
所述检测装置(56)适于测量所述活动阀构件(27)已经到达预定位置的时刻，并且
所述比较装置(58)适于比较所测量的时刻与期望的时刻，其中在所述期望的时刻，所述活动阀构件(27)根据所述期望的位移与时间曲线应当已经到达所述预定的位置。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述预定的位置对应于所述活动阀构件(27)的稳定位置，即打开位置，在所述打开位置，所述活动阀构件允许所述流体以最大流速流过所述喷嘴(14)。
13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，
所述检测装置(56)适于检测所述活动阀构件(27)在预定时刻的实际位置，并且
所述比较装置(58)适于比较所检测的实际位置与期望的位置，其中在所述期望的位置，所述活动阀构件(27)应当根据所述期望的位移与时间曲线处于所述预定的时刻。
14.根据权利要求10至13任一所述的设备，其特征在于，还包括比较装置(58)，其响应于所述比较的结果而调整所述位置控制信号。
15.根据权利要求10至14任一所述的设备，其特征在于，所述活动阀构件(27)包括柱塞(28)，所述柱塞在所述喷嘴(14)中至少在第一稳定位置与第二稳定位置之间沿纵向滑动，其中所述第一稳定位置被称为关闭位置，在该位置，所述柱塞(28)防止流体流过所述喷嘴(14)，而所述第二稳定位置被称为打开位置，在该位置，所述柱塞(28)允许所述流体以最大流速流过所述喷嘴(14)，并且所述检测装置(56)适于检测所述柱塞(28)相对于所述喷嘴(14)而遵循的实际纵向位移与时间曲线上的点。
16.一种填充机，其特征在于，包括：
多个根据权利要求10至15任一所述的填充设备；
至少一个附加的填充设备，其包含：
附加的喷嘴，其用于输送流体流进入附加的容器中，
附加的阀，其包含用于控制所述流体流通过所述喷嘴的附加的活动阀构件，
测量装置，其用于测量经由所述喷嘴输送进入所述附加的容器中的流体流量，
附加的发送装置，其用于响应于所测量的流体流量而向所述附加的活动阀构件发送附加的位置控制信号，以将经由所述附加的喷嘴而输送进入所述附加的容器中的流体的量调整至预定的量，以及
用于根据所述附加的位置控制信号获取所述期望的位移与时间曲线的装置。
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