TWI775063B - 氣動元件用的供氣洩漏偵測系統 - Google Patents

Abstract

本案提出了一種氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其包含一進氣管線與一供氣源連接、一第一質量流量計與該進氣管線連接並偵測流經該進氣管線的供氣的質量、多個控制閥與該進氣管線連接、多個氣動元件，每個該氣動元件與一個該控制閥連接，該控制閥控制對應的該氣動元件是否能接收到該進氣管線的該供氣，以開啟該氣動元件、一排氣管線與該些控制閥連接並將該些氣動元件關閉時的排氣排出、以及一第二質量流量計與該排氣管線連接並偵測流經該排氣管線的該排氣的質量。

Description

氣動元件用的供氣洩漏偵測系統

本發明與一種供氣洩漏偵測系統有關，更特定言之，其係關於一種氣動元件用的供氣洩漏偵測系統。

氣動元件是一種透過氣體的壓強或膨脹所產生的力來做功的元件，即將壓縮空氣的彈性能量轉換為動能的機件，如氣缸、氣動馬達、蒸汽機等，其為一種動力傳動裝置，亦為能量轉換裝置，利用氣體壓力來傳遞能量。氣動元件有很長的工作壽命，且不易損壞，相較於電動元件而言其更為耐用且可靠，故已被廣泛使用在驅動自動化機械的應用方面。

由於氣動元件須以壓縮空氣來推動，壓縮空氣的供氣會是決定氣動元件能否正常運作的關鍵。一般而言，業界會使用壓力計來測量供氣端的壓力，以確保供氣的壓力值控制在預定範圍內，讓接收到供氣的氣動元件能正常運作。然而，使用壓力計可能無法即時且準確地反映出氣動元件端的壓力異常狀態，特別是在供氣端的管徑與氣動元件端的管徑有所差異的情況下，常常會發生氣動元件端的壓力出現異常，而供氣端的壓力卻還是處於正常值的範圍的情況，導致後續真正檢測到壓力異常時可能已經過了相當的時日、或是氣動元件早已無法正常運作、或是已經發生嚴重大量的洩漏。

故此，目前業界仍需對現有的氣動元件用的供氣洩漏偵測系統進行 開發與改善，以克服上述習知問題。

有鑑於上述習知技術的缺失，本發明於此提出了一種新穎的氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其特點在於採用了質量流量計(mass flowmeter)來監測供氣系統，可以避免習知技術中使用壓力計來量測所會產生的諸多問題，並且透過特別的設置與檢測方式來達到各別元件的漏氣檢測以及自我校正功能。

本發明的面向之一在於提出一種氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其包含一進氣管線與一供氣源連接、一第一質量流量計與該進氣管線連接並偵測流經該進氣管線的供氣的質量、多個控制閥與該進氣管線連接、多個氣動元件，每個該氣動元件與一個該控制閥連接，該控制閥控制對應的該氣動元件是否能接收到該進氣管線的該供氣以開啟該氣動元件、一排氣管線與該些控制閥連接並將該些氣動元件關閉時的排氣排出、以及一第二質量流量計與該排氣管線連接並偵測流經該排氣管線的該排氣的質量。

本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文中以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例之細節說明後應可變得更為明瞭顯見。

100:供氣洩漏偵測系統

101:進氣管線

103:供氣源

105:控制閥

107:氣動元件

108:製程管線

109:排氣管線

111:排氣端

113:控制模組

115:校正管線

117:閥門

FT1:第一質量流量計

FT2:第二質量流量計

S:訊號

本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中：第1圖為根據本發明較佳實施例中一氣動元件用的供氣洩漏偵測系統的示意圖； 第2圖為根據本發明較佳實施例中流經第一質量流量計的供氣的質量對時間的線圖；第3圖為根據本發明較佳實施例中流經第一質量流量計與第二質量流量計的供氣與排氣的質量對時間的線圖；以及第4圖為根據本發明較佳實施例中測漏期間多次開關測試所累積的供氣量與排氣量對時間的線圖。

須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質，為了清楚與方便圖示說明之故，圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，一般而言，圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。

現在下文將詳細說明本發明的示例性實施例，其會參照附圖示出所描述之特徵以便閱者理解並實現技術效果。閱者將可理解文中之描述僅透過例示之方式來進行，而非意欲要限制本案。本案的各種實施例和實施例中彼此不衝突的各種特徵可以以各種方式來加以組合或重新設置。在不脫離本發明的精神與範疇的情況下，對本案的修改、等同物或改進對於本領域技術人員來說是可以理解的，並且旨在包含在本案的範圍內。

當用於本揭露書的多種實施例中時，「包括」、「可包括」以及其它同義詞表示了其對應之功能、操作或組成元件的存在，但其並未限制其它額外的一或多個功能、操作或組成元件的存在。再者，當用於本揭露書的多種實施例中時，術語「包括」、「具有」、以及它們的同義詞僅是要用來表示某一特徵、數字、步驟、操作、元件、部件、或它們的組合，它們不應被理解成是初步排除了一或多個其它的特徵、數字、步驟、操作、元件、部件、或它們的組合的存 在性或可能性。

當含有序數的用詞用於本揭露書的多種實施例時，如「第一」與「第二」，其是可以變更其中的多種組成元件的，如此這些組成元件將不會被上述的用詞所侷限。舉例言之，上述用詞不會限制該些元件的順序與/或重要性，其僅用來達成區別該些元件之目的。舉例言之，儘管都是使用者裝置，一第一使用者裝置與一第二使用者裝置指的會是不同的使用者裝置。再舉例言之，一第一元件也可被稱為一第二元件，同樣地，一第二元件在不背離本揭露書的多種實施例範疇的前提下也可被稱為一第一元件。

須注意，如果一個元件被描述成「聯結」或「連接」至另一元件，其可能是一第一元件直接聯結或連接至一第二元件，而一第三元件也可能「聯結」或「連接」在該第一元件和該第二元件之間。反之，當一個元件「直接聯結」或「直接連接」至另一元件時，其可理解為一第一元件與一第二元件之間不存在有第三元件。

現在下文的實施例將依序根據第1圖至第4圖來說明本發明氣動元件用的供氣洩漏偵測系統的實施方式。須注意，本發明所提出者為一種用於作動氣動元件的供氣的偵測系統，並非是用來偵測實際製程氣體的偵測系統。此外，文中所提到的氣動元件適用於各種不同的應用，例如氣動閥或氣動泵等，只要它們是以氣體來推動或作動的，且其監控測漏的範圍還包含與氣動元件共作的其他部件，諸如電磁閥、控制閥、調整閥與/或輸送管線等。

首先請參照第1圖。第1圖繪示出了根據本發明較佳實施例中一氣動元件用的供氣洩漏偵測系統的示意圖。如第1圖所示，本發明的氣動元件用供氣洩漏偵測系統100包含了一進氣管線101，進氣管線101的一端與一供氣源103連接，如氮氣(N₂)或壓縮乾燥空氣(CDA)的供氣源，其可提供作動氣動元件所需的氣體。進氣管線101上連接有一第一質量流量計FT1，其用以偵測從供氣源103流 經進氣管線101的供氣的質量。進氣管線101的另一端則會與多個控制閥105連接，如控制閥一至控制閥N，控制閥105可為電磁閥或電動閥。在本發明實施例中，該些控制閥105係以串聯的方式來與進氣管線101連接，且每個控制閥都會與一氣動元件107連接，以控制該對應的氣動元件107能否接收到來自進氣管線101的供氣，進而開啟該氣動元件107。

另一方面，復參照第1圖，控制閥105的另一端會與一排氣管線109連接。在本發明實施例中，該些控制閥105係以並聯的方式來與排氣管線109連接。排氣管線109會與一排氣端111連接，以在氣動元件107關閉時將從供氣源103流進的供氣排出，此時在此處該供氣可稱為排氣。同樣地，排氣管線109上連接有一第二質量流量計FT2，其用以偵測從排氣管線109流至排氣端111的排氣的質量。

現在請同時參照第1圖與第2圖，第2圖繪示出了流經第一質量流量計FT1的供氣的質量對時間的線圖。在實際的監測運作中，供氣源103會提供一定量的供氣，例如在0.1秒的時間內提供0.2升的供氣，使其經由進氣管線101流經第一質量流量計FT1來到控制閥105的入氣端，第一質量流量計FT1會測得流經的供氣量，並將資料回饋至所連接的一控制模組113，如廠務端的一中央控制系統。控制模組113還可接受紀錄其他監測相關的數據，例如所開關的控制閥105編號、每次開關的時間、檢測期間的總開關次數等，並將該些數據經由控制器演算，來推知漏氣異常情形。對於所欲檢測的氣動元件107模組，系統會發出訊號S來開啟其對應的控制閥105，使得該氣動元件107能接收到該段時間內所提供的供氣。訊號S可能是由控制模組113所發出，或者是由與控制模組113連接的其他控制系統所發出。氣動元件107在受到該供氣的壓力達到一定閥值以上(如4kg-5kg)就會開啟(ON)，使得該氣動元件107所控制的製程管線(如一製程氣體或製程液體的管線)108開通。之後，該供氣會作為排氣會經由排氣管線109流出，失去供氣的該氣動元件107會回復其常規的關閉狀態(OFF)。故此，從第2圖來看，每一 次針對某一氣動元件107的檢測作動(開啟)中，如果在整個供氣管線以及連接其上的部件皆未漏氣的情況下，其最初流經第一質量流量計FT1的供氣量與最後流經第二質量流量計FT2的排氣量在單位時間內都會是固定不變的，例如本實施例中所示的0.1秒的時間內提供了0.2升的供氣，此為氣動元件107的用量特性。訊號S可以獨立控制供氣洩漏偵測系統100中個別的控制閥105的開關，將多個控制閥105以串聯方式連接可以利用質量流量計FT1,FT2達成一對多的偵測模式。

另一方面，請參照第3圖，其繪示出了流經第一質量流量計FT1與第二質量流量計FT2的供氣與排氣的質量對時間的線圖。當供氣管線與/或連接其上的部件有漏氣的現象發生時，從質量流量計的線圖上可以看出其異常。從第3圖中可以看到，在第一次進氣/排氣的開關檢測中(例如是針對控制閥一)，其質量流量計所偵測到的供氣與排氣量是相同的，都是在0.1秒內0.2升的供氣。然而在第二次進氣/排氣的開關檢測中(例如是針對控制閥二)，其質量流量計所偵測到的供氣與排氣量卻不是相同的，可以看到雖然排氣量維持在0.1秒內0.2升，其所偵測到的供氣量卻是0.3秒內0.5升的異常值，供氣量與排氣量發生不一致的情況。此數值顯示了對應的檢測元件，即控制閥二一端的相關部件，有漏氣的情形發生。

除了上述針對個別外部元件的測漏，本發明實施例亦可檢測控制閥105本身的洩漏。請參照第4圖，其繪示出了測漏期間多次開關測試所累積的供氣質量與排氣質量對測漏時間的線圖，其中的實線代表進氣端的線圖(亦即第一質量流量計FT1所量測到的累積供氣質量)，虛線代表排氣端的線圖(亦即第二質量流量計FT2所量測到的累積排氣質量)。圖中左半部的線條是整個管線與/或元件都未有漏氣的正常情況，可以看到其中的實線與虛線重疊，兩者有一致的斜率，代表進氣端與排氣端在檢測期間所量測到的流經氣體量是一致的，如前述的每0.1秒0.2升。右半部的線條則為管線與/或元件有漏氣的異常情況發生。其 中，從圖中的右下半部可以看出，當有部分外部元件(如前述實施例的控制閥二)及其相關管線(連接該控制閥的管線)洩漏時，圖中所對應的累積供氣質量的實線的斜率會較所對應的累積排氣質量的虛線的斜率些微上升，該所對應的累積排氣質量對時間的虛線的斜率則不變，如第4圖中的「外漏」線條所示，代表其供氣量在單位時間內變大，使供氣量與排氣量不一致，此即反映出該對應的外部元件端或外部管線發生了洩漏。

另一方面，復參照第4圖，如圖中的右上半部可以看出，如果是控制閥105本身的洩漏，其不管系統檢測哪一個控制閥都會發現有異常的洩漏發生，因為供氣並不是在連接該控制閥的進氣管線101或排氣管線109洩漏，且整個檢測期間會持續洩漏，導致檢測時所需的進氣與排氣量都變大，以彌補漏氣的量，所以其對應供氣量的實線的斜率會與對應排氣量的虛線重疊，且兩者的斜率都遠大於正常情況下的斜率，如第4圖中的「內漏」線條所示。

此外，對於非常微小的洩漏而言，以一般習知的檢測系統是很難檢測出來的。本發明的供氣洩漏偵測系統100由於可以進行多次頻繁的開關測試，其可對所有採集到的數據做數值積分累積，進而找出本來難以發現微小的數值偏差與其對應的洩漏異常。

最後，請回到第1圖，本發明實施例中的供氣洩漏偵測系統100還提供了自我校正功能。如第1圖所示，進氣管線101與排氣管線109之間還連接有一校正管線115，並經由閥門117來控制該校正管線115的開關。在實際偵測時，儘管是再小的洩漏，其累積久了也會有一偏差值反映出來。然而，這類偏差值也有可能是因為第一質量流量計FT1與第二質量流量計FT2的基礎值偏差所導致。故此，在發現這類偏差異常時，系統可先對第一質量流量計FT1與第二質量流量計FT2做一次自我校正，來看是否是質量流量計所導致的量測異常。其作法為將閥門117打開，使得進氣管線101端的供氣可以經由校正管線115到達排氣管線 109，而非經由控制閥105等外部管線或線路，如此再去比對兩個質量流量計FT1,FT2所量測到的流量數據是否一致，就可以知道此數據的異常是否是由質量流量計的偏差所導致。

對於一般使用壓力計或體積流量計來測漏的習知技術來說，其量測的數據容易受到溫度、壓力、濕度以及各段管線的管徑差異的影響，使得量測結果不準確誤差大，或是無法真實反映出實際的漏氣情形。且在某些情況下，其壓力或體積必須要先在管線中達到平衡才可以進行數據的採集與量測。再者，在沒有進氣端與排氣端的數據比對的情況下，其無法偵測出前述控制閥本身的洩漏異常。相較之下，對於本發明的供氣洩漏偵測系統來說，由於在進氣端和排氣端都是採用質量流量計來比對的緣故，其量測數據不會受到上述變因影響，且不需要等管線的壓力或體積達到平衡，做到頻繁地起停機、瞬間起停機、極早期、立即的供氣異常偵測。此外，多個控制閥的串聯設計可以使系統達到一對多的供氣異常偵測，並且可經由所收集到的數據得出是哪一個控制閥發生洩漏，或者是否是控制閥發生內漏異常。須注意根據上述本發明實施例所描述的檢測方式，本發明的氣動元件用的供氣洩漏偵測系統可適用於各種運作模式的氣動元件，不論是單次開、單次關、批次或是連續式的氣動元件。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:供氣洩漏偵測系統

101:進氣管線

103:供氣源

105:控制閥

107:氣動元件

108:製程管線

109:排氣管線

111:排氣端

113:控制模組

115:校正管線

117:閥門

FT1:第一質量流量計

FT2:第二質量流量計

S:訊號

Claims (12)

1. 一種氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，包含：一進氣管線，與一供氣源連接；多個控制閥，與該進氣管線連接；一第一質量流量計，設置於該供氣源與該些控制閥之間，並且與該進氣管線連接以偵測流經該進氣管線的供氣的質量；多個氣動元件，每個該氣動元件與一個該控制閥連接，該控制閥控制對應的該氣動元件接收該進氣管線的該供氣以開啟該氣動元件；一排氣管線，與該些控制閥連接並將該些氣動元件關閉時的排氣排出至一排氣端；以及一第二質量流量計，設置於該些控制閥與該排氣端之間，並且與該排氣管線連接以偵測流經該排氣管線的該排氣的質量；其中在x軸為測漏時間、y軸為累積供氣質量或排氣質量的線圖中，當元件沒有發生洩漏時，該第一質量流量計所測到的累積供氣質量對時間的斜率會等於該第二質量流量計所測到的累積排氣質量對時間的斜率，而當元件發生洩漏時，該第一質量流量計所測到的累積供氣質量對時間的斜率會大於當元件沒有洩漏時該第一質量流量計所測到的累積供氣質量對時間的斜率。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，更包含一校正管線連接該進氣管線與該排氣管線。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中該些控制閥以串聯方式與該進氣管線連接。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中該些控制閥以並聯方式與該排氣管線連接。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，更包含一控制模組與該第一質量流量計以及該第二質量流量計連接，以記錄該供氣以及該排氣的質量。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中該控制模組更與該些控制閥連接，以控制該些控制閥的開關並記錄該些控制閥的開關次數與開關時間。
7. 根據申請專利範圍第5項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中該控制模組更監控並比對該供氣與該排氣的質量以偵測洩漏。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中該供氣源包含氮氣(N₂)或者壓縮乾燥空氣(CDA)。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中每個該氣動元件都與一製程管線連接並控制該製程管線的開關。
10. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中該些控制閥為電磁閥或電動閥。
11. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統， 其中當該洩漏為發生在管線的外漏時，該第二質量流量計所測到的累積排氣質量對時間的斜率不變。
12. 根據申請專利範圍第1項所述之氣動元件用的供氣洩漏偵測系統，其中當該洩漏為發生在閥門的內漏時，該第二質量流量計所測到的累積排氣質量對時間的斜率會變大至與該第一質量流量計所測到的累積供氣質量對時間的斜率相同。

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