TWI314624B - Device for monitoring the flow of a fluid flowing through or from a conduit, such as a lubricant or an article treatment fluid, and the monitoring method implemented by the device - Google Patents
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Description
1314624 玖、發明說明: (一) 發明所屬之技術領域 本發明掲示一種用於監測流經或流自導管之流體流量 的裝置’諸如潤滑油或物件處理流體。本發明也揭示該裝 置所實施之方法。 (二) 先前技術 在本文中’用語“流體”意即任何液體、氣體或以氣體 或流體裝置來傳輸’其中懸浮粒子或粉末所構成的流動元 素。 習知之處理過程需要精確地監測流體供給之狀態。例 如’其中之一是眾所周知的潤滑處理過程;在本處理過程 中’當加工工件時極小或大量諸如油之潤滑油,經由在油 泵構件及所要潤滑構件,例如機械工具主軸軸承、或實際 機械工具間的連接管件來進給。此種潤滑明顯地重要,因 爲顯而易見地’其任何中斷在第一情形中將導致軸承之斷 裂,及在第二情形中工具之斷裂。 在其他處理過程也存在例如油漆、粉末等之流體噴塗 到物件上;在此處理過程中,噴塗中斷或不規則性將導致 所生產工件不良。在更進一步諸如油及/或其他特定物質之 纖維浸油的處理過程中,該物質在紗線捲軸繞捲期間來施 加;再者在本情形中,該物質在進給到實施噴塗紗線處理 站中的任何中斷,表示在紗線浸油處理過程中的嚴重不良。 自世界專利第W0 01/36861號所習知方法(及對應裝 置),用於監測利用空氣之油流量來潤滑機械組件。其中, -5- 1314624 本方法包含使用光電子感測器,其具有光源及接收器,在 其間定位導管之透明部份,油及空氣通過導管來導向所要 潤滑之構件。接收器連接到控制構件,其根據接收器所感 測之光來修改光源所發射的照射強度,使得保持定光量來 碰撞(strike)接收器,而不管流體通過導管所產生在光之衰 減。控制構件也連接到電路,其根據使得光源造成修改發 射光之強度的信號,來定義所進給到受潤滑構件之油量、 或出現在該導管內空氣流量之強度、或使得該受潤滑構件 去致動(警告經過導管之任何流量異常)。 因此,上述習知裝置評估經過導管之.流體流量率,然 而,其視對光源所產生光之強度的連續修改而定,使得保 持接收器所感測之値恆定。因此,流量率評估値必需考慮 光單元補償時間(爲保持接收器所感測之値恆定),而且可 在很短時間內獲得流量率評估値(即,在即時時間內)。 而且’如果通過管道之流體對光不滲透(諸如油漆), 則習知裝置不能決定本流體之流量率,因爲光源不能以此 方式來控制使得接收器可接收光信號。 習知解決方案不能夠量測噴霧器或噴射噴嘴所發射(例 如噴塗)流體之流量率。而且,習知解決方案使用簡單光感 測器’而使得經過大尺寸導管之流體不能受到監測(諸如這 些使用於例如輸送在數位控制自動機械內使得工具潤滑的 水/油乳化液。) (三)發明內容 本發明之一目的在於提供一種裝置,能以絕對確定地 -6 - 1314624 來監測所進給到作業區或自相關儲槽或進給區之流體的進 給或流量中斷狀態,此監測也可用於對光不滲透之流體。 本發明之另一目的在於提供一種具有所述型式之裝 置’其絕不影響監測之流量,而且其使得能直接地決定流 體及/或流量率之狀態,而本決定沒有受到相關於裝置內或 在其作業模態中調整之時間變數影響。 本發明之又一目的在於提供一種具有所述型式之裝 置’其具有恨小大小,使得裝置可容易地施加在適當地位 置或使用所述型式之流體的機械上。 本發明之進一步目的在於提供一種具有所述型式之裝 置’其完全地可程式規劃來使得其容易地適用在多數不同 應用例。 本發明之再進一步目的在於提共一種上述裝置所實施 之方法。 這些及進一步目的,對擅於本技術者是顯而易見,以 根據附.圖之裝置及方法來獲得。 (四)實施方式 參照這些附圖,在第1圖中,參考號碼1表示光發射 器’例如’包含由OPTEK所生產具有在紅外線區內典型波 長例如960nm波長之習知型號OP240A二極體;號碼2表 示使用於進給油或空氣/油混合物之型式例如熱塑材料的管 件或導管。圖示經由管件2用於潤滑機械工具之軸承的實 例所使用典型之空氣/油流量3型式,該流體以習知方式自 來源經由管件2來進給。管件2至少在面對光發射器1之 1314624 部份內對光(在實例中對紅外線光照射)是透明。必需注意 所發射光具有適當波長(例如,在紅外線或紫外線範圍內) 來防止管件2之干擾。 參考號碼4表示所配置來配合發射器I之光敏感測器 或接收器。在本實例中,本感測器4對紅外線區靈敏,能 夠正確地感測發射器1所發射之光。管件2定位在後者及 感測器或接收器4之間。例如,本接收器可以是西門子所 製造型號K0M2 125之具有1x5mm感光區的光二極體,或 HAMAMATSU所製造型號S 7 1 0 5 - 0 5之具有1 x 4 · 2 mm光敏 區的PSD型(位置感測器裝置)光感測器,而且也在第3圖 中表示電路槪示圖;替代性地,接收器4可以是德州儀器 所製造TSL213型之CCD感測器。 發射器1及接收器4連接到控制單元6,較佳地微處理 器型式,配置來評估信號,例如,接收器4所產生電氣(電 流)或數位信號,其經由該接收器之輸出8及9來進給到單 元6。根據這些信號及預定信號及比較演算,控制單元6評 估在管件2內是否有流體3、是否正在移動以及其流量率。 其目的在判定,例如流體3之進給到機械構件(未圖示,例 如前述軸承)是否正確(例如潤滑之目的)。 一 .7 控制單兀6產生參考信號K進給到接收器4之輸入(J)。 大致地,發射器1所發射光碰撞流體進給管件2;然後, 光受到流經管件之流體流量所形成不規則性來偏移,及碰 撞使得光信號能轉換成電氣信號之接收器4,其以單元6來 感測致使後者提供受到監測之流體3的影像及影像縱剖面, -8- 1314624 因而,其相關於該接收器4所感測之影像。這以相關於第3 圖所示方法來獲得。 第1圖表示使用本發明來判定在管件或導管內之流體 的移動’而第2圖表示使用發明來判定噴霧化流體或粉末 所定義流體(懸浮在另一種液體或氣體流體內)之存在。 在所討論之附圖中,其中對應這些已說明附圖之零件 以相同參考號碼來表示,發射器1所發射光照射碰撞噴霧 化流體之噴霧或自噴嘴1 4出現之粉末1 3,而反射朝向在流 體1 3之側上所定位之接收器,而其上也安置發射器1。光 碰撞後者造成其發射電氣信號,其到達單元6來使得其以 上述方式能感測噴霧1 3之在在,其強度及如有需要地其在 空間內之方向’然後,單元6影響流體對噴嘴1 4之進給或 後者之支架1 6,具有支架之噴嘴是剛性,其在空間內可移 動(以平移及或旋轉運動)(以一般電動馬達,未圖示),來修 改噴霧之方向及/或流量率。 本“反射”方法,其也可使用來監視在管件內之流量, 也能使得由光不可滲透物質諸如油漆所構成流體之流量受 到監測。 在第3圖所示本發明裝置之各種組件,其中以在上述 附圖中識別其等之相同號碼來表示。 第3圖表示PSD型光位置感測器所定義之接收器4, 使用來攔截直接(第1圖)或反射(第2圖)影像;本影像是由 調變極化電阻器3 0及3 1之極化電流所極化發射器(二極 體)1發射的紅外線光來形成。微處理器單元6之閘極32連 -9- 1314624 接到電阻器30,而且當本發明之裝置在備用狀況時,使用 來降低循環通過發射器1之電流値,來限制電路所消耗電 力,而且防止組件(發射器)之平均有效壽命的降低。 感測器4受到離開噴嘴之流體或自第1圖發射器之收 歛光所反射的光碰撞;在本第二情形中,感測器4感測受 到碰撞其之流體流量的陰影,而根據所感測來定義該流體 之形式及大小。第1圖所示發射器1及感測器4之使用方 式,顯然地可應用到第2圖,而反之亦然。 因爲感測器4受到所監測流量影像之函數的光(紅外線) 碰撞,感測器1在其輸出端8及9(光二極體陽極)處,根據 紅外線光影像(流量剖面)碰撞感測器4之位置來產生兩個 電流(II,12)。這些電流II及12使得個別電阻器33及34 來極化,而且能在電阻器上產生電位差。 電氣信號或電流11及12以運算放大器3 6及3 7所形 成二級式放大器電路35、及由電阻器及電容器38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 4 8, 49, 5 0組成之相對極化網路來處 理’其參考信號自電阻器52及53及濾波電容54來獲得。 如在電氣槪示圖中所示之適當地連接的電路能夠形成差動 放大器,其能使得跨在電阻器33及34所出現該電位差來 放大。 電路3 5使得感測器所產生差動信號放大,及在兩級放 大器輸出57及58處,能獲得在該兩級差動放大器輸入處 之感測影像變動電位所分別地放大1 0 0 0及1 0 0倍的信號, 使得裝置能形成具有雙重控制比例。 -10- 1314624 該放大信號進給到單元6之閘極6 0及6 1,而且可以習 知方式經由—般ADC單元所整合成之單元6(未圖示)來轉 換類比信號成爲數位信號。該轉換使得前所放信號變成數 値’該數値是影像對所監測流量之函數;經處理及比較演 算’其等能判定影像變動具有之電位及頻率値是否等於或 大於程式規畫最小參考値。如果所示影像變動電位及頻率 値小於不規則性時間之程式規劃的參考値大於進一步可程 式規畫警報時間,則單元6在輸出閘極63處產生警報信號。 經由極化電阻器7〇及7 1,離開閘極63之信號使得輸 出電晶體75致能來產生警報信號連接到連接器77之連接 構件7 6。 連接到連接構件76有一般元件,其控制流體3所到達 之構件(例如機械工具之軸承),或控制物件進給到其經歷 噴霧1 3之工作站。替代性地,連接到構件76只有用於本 發明連接之紡織機械或工作站的警報(聲音或光發射)。 電阻器7 0、7 1及電晶體7 5形成部份所連接到上述構 件之警報及保護電路80。本電路包含電阻器8 1,使用爲分 路電阻器,其使得電晶體7 5所提供電流能量測,其所跨接 電壓降是作業電流之函數;即,相對負載之電流,其將導 引(pilot)例如電磁線圈控制閥或更簡單地機械工具之停止 電驛;本控制在錯誤連接之情形中,例如短路或過電流吸 收,能使得電晶體7 5免於破壞。 電壓降是以反交鏈電阻器8 3所連接到電路8 0之單元6 經閘極82來量測,而提供在構件76處之任何短路的保護; -11- 1314624 如此,在超過預定最大電流之額外電流的情形中,單元6 使得電晶體75去能來保護構件76。 二極體84也作用爲避免在電晶體75之集極及射極間 的電壓逆向。 顯示流量進給監測裝置之正確作業的電路8 8也連接到 單元6。顯示單元88包含發射器或LED89及90,其以極 化電阻器93及94來連接到單元6之輸出閘極91及92。這 些LED產生不同顏色的光來指示該裝置之正確作業。 電路88也連接到作用爲裝置重設電路之電路96。電路 96包含以電阻器98所極化及單元6經由其閘極99所導引 的光二極體97。電路包含光電晶體接收器1〇〇及定義光反 射鍵之極化電阻器1 0 1,其致能狀態可以單元6在閘極1 03 之輸出讀出値來讀取。本光鍵可使用爲本發明裝置之重設 (RESET)鍵。 除了其他一般連接構件之外,連接器77包含輸入106, 使得程式規畫/通訊單元(未圖示)能連接到裝置,使得限制 影像變動電位參數及相對警報時間能程式規畫,在一超過 其等時,單元6即經由構件76來產生停止(STOP)信號,而 且使得LED或警報(例如,紅色)90來致能。 該通訊發生經由單元6之個別RX輸入及TX輸出,分 別地經由輸入反交鏈電阻器107及輸出緩衝器1〇8所介面 在連接器77處。電路部份包含緩衝器108及電阻器1〇7, 其連接到單元6之輸出及輸入110、111及112 (RX輸入對 應輸入1〇〇,而TX輸出對應輸出1 1 1),及作爲程式規畫介 -12- 1314624 面1 1 3。因此,警報時間及流量監測値可程式規畫。 第3圖之電路槪示圖也包含:進給電路1〗4,以電感器 1 1 5及電容器1 1 6所構成已知L - C低通濾波器來形成;保 護/進給極性倒反二極體1 1 7 ;第一穩定電路1 1 8 ;及相關 極化組件Π 9及1 2 0及濾波器1 2 1 ’其値預定以VC C所識 別電路1 1 8之穩定輸出電壓,而且固定在5伏特。 3.3V之第二進給級由第二穩壓電路125及由電容器126 及127所構成相關抗干擾的據波器來形成。 電路114連接到包含第三穩壓電路131之電力重設電 路130;第三穩壓電路131連接到電阻器132及133,後者 連接到單元6之閘極134;電路使得在網路不良或暫停或網 路電壓降低之情形中,能控制及救回正確資料。 電路槪示圖也表示尙未說明之其他構件,但是,根據 上述說明及電路槪示圖本身,顯然地對擅於本技術者其定 義具有眾所週知的功能部份。 本發明之其一實施例也說明;然而,根據上述說明之 其他替代例,也將視爲在本發明說明書之範圍內。 (五)圖式簡單說明 本發明經由非限定實例所提供之附圖更顯而易見,而 其中: 第1圖是使用本裝置之第一方法的槪示圖示; 桌2圖疋;使用本裝置之弟一方法的槪示圖示;及 第3圖是本發明裝置其一實施例之電路槪示圖示。 元件符號說明 1314624
1 光發射器 2 管件 3,13 流體 4 接收器 6 控制裝置 7, K 參考信號 8, 9 輸出端 13 噴霧化流體 13 噴霧 14 噴嘴 15 支架 75 電晶體 76 連接構件 76 構件 80 警報及保護電路 82,60,6 1 閘極 96 重設電路 90 LED警報 107 輸入反交鏈電阻器 108 緩衝器 113 程式規劃介面 114 進給電路 115 感測器 117 保護/進給極性倒反二 極體 -14- 1314624 121 濾波器 II, 12 輸出信號
Claims (1)
1314624 第9 3 1 Ο 5 3 6 8號「用於監測流經導管之流體流量的裝置,及 以此裝置實施的監測方法」專利案 (2 0 〇 7年3月修正) 拾、申請專利範圍: 1 . 一種用於監測流經由或自管件(2 )流動之諸如潤滑油或物 件處理液之流體(3 , 1 3 )之流動的裝置’該流體是液體、 氣體或其包含於懸浮液之粉末,該裝置包含光發射裝置(1 ) 配置來對該流體(3,1 3 )之流量來照射光照射,及用於該 照射之感測器裝置(4),其特徵在於該感測器裝置是影像 感測器,配置來感測由該光所照射到之該流體(3,1 3 )投 影在影像感測器上的影像,該影像裝置(4)視其所感測流 量影像之出現而產生至少一個輸出信號(Π,12),該信號 以本方式重現通過該管件或自該管所出現之該流體特性 ,諸如其移動或靜止、其流量率或其在空間之方向的狀 態。 2. 如申請專利範圍第〗項之裝置,其中所監測之該流體是 經霧化之流體(1 3 )。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置,其中該流體(3)位在該光 發射裝置(1)及該感測器裝置(4)之間。 4. 如申請專利範圍第1項之裝置,其中該流體(13)位在該光 發射裝置(1)及該感測器裝置(4)之其一側上,其等本身定 位在該流體(1 3 )之相同側上。 5 .如申請專利範圍第1項之裝置,其中該感測器裝置(4)是 光敏元件。 -1 - __ I n:皆:丨义负i j _____— 6 .如申請專利範圍第 光感測器。 7.如申請專利範圍第 1項之裝置,其中該感測器裝置(4)是 6項之裝置,其中該光感測器是PSD 8. 如申請專利範圍第6項之裝置,其中該光感測器是CCD 〇 9. 如申請專利範圍第1項之裝置,其中該感測器裝置(4)連 接到微處理器評估及控制裝置(6),該感測器裝置所發射 之至少一種信號被饋送至此。 10. 如申請專利範圍第1或9項之裝置,其中該感測器裝置 根據該所感測流體影像來發射兩種信號(II , I2)。 1 1 .如申請專利範圍第1或9項之裝置,其中由該感測器裝 置所發射之信號是電氣信號。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項之裝置,其中由該感測器裝置所 發射之信號是電氣信號。 1 3 ·如申請專利範圍第1或9項之裝置,其中由該感測器裝 置所發射之信號是數位信號。 1 4 ·如申請專利範圍第1 0項之裝置,其中由該感測器裝置所 發射之信號是數位信號。 15.如申請專利範圍第9項之裝置,其中該評估及控制裝置(6) 可經由這些裝置所連接之程式規畫介面(1 1 3)而可程式化 〇 1 6 ·如申請專利範圍第9項之裝置,其中該評估及控制裝置(6) 是包含重設電路(96)及警報及保護電路(80)之電氣電路之 修(吏 13¾釋 部份 1 7 .如申請專利範圍第 1 6項之裝置,其中該警報及保護電 路(8 0 )連接到一連接構件(7 6 )’其用於連接該裝置到接收 該所監測流體之構件。 1 8 . —種用於監測流經或自管件(2)流動之諸如潤滑油或物件 處理液之流體流量的方法,該方法包含產生光照射導向 該流體,然後在在光被該流體干擾後被感測到,其特徵 包含下列步驟: a) 感測由導向該流體(3,〗3)之該光照射入射在影像感測 器上所產生之該流體的影像;及 b) 比較所感測到該流體之影像及預定値,來識別流體之 特性,諸如其移動、停止、其流量率及其在空間之方 向的狀態。 1 9 .如申請專利範圍第 1 8項之方法,其中該流量影像由反 射入射之該光照射來感測。 20.如申請專利範圍第 1 8項之方法,其中該流體影像經由 其投射到該影像感測器裝置(4)之陰影來間接地感測。 2 1 .如申請專利範圍第 1 8項之方法,其中該流體流量率根 據該所感測流體特性來調節。 22.如申請專利範圍第 1 8項之方法,其中使由該受監測流 體所接達之一構件,根據該所感測流體之特性來調節其 作業。 2 3 ·如申請專利範圍第 2 2項之方法,其中由該受監測流體 所接達之該構件之作業調節,也包括使得該構件中止。 -3- 13 eti; 2 4 _如申請專利範圍第 2 2項之方法,其中由該受監測流體 所接達之該構件之作業調節,包括調節其空間狀態。
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