TWM576219U - Torque detection valve - Google Patents

Abstract

一種具有扭力偵測之閥，包含有一閥座、一閥體、一閥桿與一應變規。該閥座具有一貫穿的流道，及一通孔連通該流道與外界；該閥體係位於該流道中且可受操作於一第一角度與一第二角度之間樞轉，且於該第二角度時，該閥體阻斷該流道；該閥桿係穿過該通孔，且與該閥體結合；該應變規係設置於該閥桿上。藉由應變規偵測該閥桿的扭力。當所測得的大於安全扭力閥值時，使用者得以即時作出反應，避免該閥體所須的樞轉扭矩大於該動力源所提供的扭矩時可能發生的危險。

Description

具有扭力偵測之閥

本創作係與閥有關；特別是指一種具有扭力偵測之閥。

閥，係是用來接裝於二管路之間的機件，以控制流體的釋放。

常見的閥係包含有一閥座、一閥體與一閥桿，其中該閥座具有一貫穿的流道用以連通該二管路；該閥體係樞設於該閥座內部；該閥桿一端與該閥體結合，另一端與一動力源結合；該動力源用以帶動該閥桿旋轉，並驅動該閥體樞轉以阻斷該流道，達到控制其一管路中的流體流入另一管路的功能。

閥已經被廣泛使用於工業中，但由於該閥座與管路交接處的結構不連續，容易導致流體沉積物堆積於該閥座與該閥體之間，增加該閥體樞轉的摩擦力與扭矩。當該閥體所須的樞轉扭矩大於該動力源所提供的扭矩時，即可能造成該閥體卡死，甚至是引發工安意外。

有鑑於此，本創作之目的在於提供一種具有扭力偵測之閥，用以確認閥桿上的扭力，確保閥體所須的樞轉扭矩小於或等於該動力源所提供的扭矩。

緣以達成上述目的，本創作提供的一種扭力偵測之閥包括有一閥座，其具有一貫穿的流道，及一通孔連通該流道與外界；一閥體，係位於該流道中且可受操作於一第一角度與一第二角度之間樞轉；於該第二角度時，該閥體阻斷該流道；一閥桿，係穿過該通孔，且與該閥體結合；一應變規，係設置於該閥桿上。

本創作之效果在於藉由應變規偵測該閥桿的扭力。當所測得的大於安全扭力閥值時，使用者得以即時作出反應，避免該閥體所須的樞轉扭矩大於該動力源所提供的扭矩時可能發生的危險。

〔本創作〕

1‧‧‧惠斯登電橋電路

2‧‧‧處理器

3‧‧‧警報單元

100‧‧‧具有扭力偵測之閥

10‧‧‧閥座

10a‧‧‧第一流道

10b‧‧‧通孔

12‧‧‧環形凸垣

14‧‧‧內螺牙

20‧‧‧閥體

20a‧‧‧第二流道

20b‧‧‧卡槽

30‧‧‧端蓋

30a‧‧‧貫孔

301a‧‧‧第一孔段

302a‧‧‧第二孔段

32‧‧‧抵接面

34‧‧‧外螺牙

40‧‧‧閥桿

42‧‧‧上閥桿

422‧‧‧延伸部

44‧‧‧下閥桿

442‧‧‧頸部

444‧‧‧卡制部

50‧‧‧應變規

60‧‧‧第一感應單元

70‧‧‧第二感應單元

A1‧‧‧第一角度

A2‧‧‧第二角度

OO‧‧‧形環

S‧‧‧墊圈

P‧‧‧動力源

圖1為本創作一較佳實施例與一動力源的立體圖；圖2為上述較佳實施例的立體圖；圖3為上述較佳實施例的分解圖；圖4、5為圖1之4-4方向剖視圖；圖6為應變規、惠斯登電橋電路、處理器與警報單元的方塊圖；圖7為惠斯登電橋電路示意圖；圖8為應力-應變變化圖；

為能更清楚地說明本創作，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖1至圖3所示，為本創作一較佳實施例之具有扭力偵測之閥100，包含有一閥座10、一閥體20、一端蓋30、一閥桿40與一應變規50。

該閥座10係具有一貫穿的流道(以下稱之為第一流道10a)，以及一通孔10b連通該第一流道10a與外界。該第一流道10a之壁面形成有一環形凸垣12，以及內螺牙14以供具有外螺牙之一管體(圖未示)螺合。

該閥體20略成球狀，具有一貫穿的流道(以下稱之為第二流道20a)，以及一卡槽20b自該閥體20的外表面凹入。該閥體20位於該第一流道10a中，且藉由一墊圈S抵於該環形凸垣12上。

該端蓋30係位於該第一流道10a中，且該端蓋30的外輪廓緊抵於該第一流道10a的壁面；該端蓋30藉由另一墊圈S抵靠於該閥體20上，以維持該閥體20位於該第一流道10a中。

在本實施例中，該端蓋30具有沿其軸向貫穿的一貫孔30a，其中該貫孔30a可區分為一第一孔段301a與一第二孔段302a；該第一孔段301a呈六角形而可供螺絲起子之工具頭卡制其中；該第二孔段302a的孔徑小於該第一孔段301a的孔徑，使該第二孔段302a與該第一孔段301a之間形成有一抵接面32(請參圖4)，且該抵接面32可供螺絲起子之工具頭抵靠。該端蓋30的外輪廓具有外螺牙34與該閥座10之內螺牙14相配合，使該端蓋30可牢固地與該閥座10結合。

該閥桿40包含有一上閥桿42與一下閥桿44，其中該下閥桿44具有一頸部442(請參圖4)穿過該閥座10的該通孔10b，且一O形環O套設於該頸部442上以填補與該通孔10b孔壁之間的間隙，同時減少該頸部442與該通孔10b孔壁之摩擦，防止洩漏之問題，進而增加使用壽命。該下閥桿44的一端形成一卡制部444與該閥體20的該卡槽20b結合。

該上閥桿42的一側與一動力源P(例如：氣壓模組)結合，另一側具有至少二延伸部422位於該下閥桿44周緣，而使該上閥桿42套 設於該下閥桿44上。該應變規50係設置於該上閥桿42的其一延伸部422上。

須注意的是，該下閥桿44與該閥體20的結合不以上述為限制，只要其中一者具有該卡制部444，另一者具有該卡槽20b，且該卡槽20b非為圓槽，該下閥桿44受操作轉動時即可帶動該閥體20樞轉。

另外，於實際應用上，可另外增設有感應模組，用以感應閥的啟閉狀態，其中，前述的感應模組可以是但不限於磁感應開關、磁簧開關等。舉例而言，請配合圖3所示，於一實施例中，所述感應模組包括有一第一感應單元60以及一第二感應單元70，該第一感應單元60可以但不限於設置在閥體20或閥桿40上，例如於本實施例中，所述第一感應單元60係設置於閥桿40的下閥桿44上；該第二感應單元70係可以但不限於設置於閥座10上。藉此，當閥桿40被轉動時，閥桿40與閥座10之間的相對位置關係將改變，將致使第一感應單元60與第二感應單元70之間的感應狀態改變，從而可判斷閥當前的啟閉狀態。另外，前述第一感應單元60與第二感應單元70的數量並不以一個為限，亦可設置有多個，以分別檢知閥的開啟或關閉的程度與狀態。透過上述設計，更進一步地，感應模組可與遠端的伺服器進行連接，並將閥的狀態實時或定時回報，並可藉由物聯網與其他設備互相溝通，從而可利於智慧化製造之智慧工廠的發展。

上述為本創作一較佳實施例之具有扭力偵測之閥100的各部構件及相關位置的說明。茲再敘述其使用方式如後。

該閥座10的兩側可分別與一管體(圖未示)以螺合的方式結合；該動力源P提供該上閥桿42轉動力矩，並驅動與下閥桿44連結的該閥體20於一第一角度A1與一第二角度A2之間樞轉。請參圖4所示， 該閥體20於該第一角度A1時，該閥體20的該第二流道20a與該閥座10的該第一流道10a連通，而使其一該管體內的流體流經該第一流道10a與該第二流道20a而流入另一該管體內；請參圖5所示，該閥體20於該第二角度A2時，該閥體20的該第二流道20a朝向該第一流道10a的壁面，而使該閥體20阻斷該第一流道10a，使流體無法於該二管體之間流通。

請參圖6與圖7所示，本實施例是藉由該應變規50偵測該上閥桿42動態扭力所引發的應變值，再配合一惠斯登電橋電路1將應變-電阻的變化率轉換為電壓值V₀。該惠斯登電橋電路1包含有一激發電壓V_EX與電阻R1、R2、R3、R4，且電阻R1、R2、R3、R4其中一者為該應變規50的電阻。

而後，該電壓值V₀被輸入至一處理器2以與一預設之安全電壓閥值V_S進行數值比較，其中該安全電壓閥值V_S係相對於一安全扭力閥值。當流體沉積物堆積而造成該閥體20樞轉的摩擦力與扭矩增加，使該惠斯登電橋電路1輸出之該電壓值V₀大於該安全電壓閥值V_S時，代表該上閥桿42的扭力已大於安全扭力閥值，該處理器2傳送一訊號給一警報單元3，例如：一顯示螢幕或一鳴鋒器，以文字或聲音等方式提醒使用者檢查或更換該閥體20，避免該閥體20故障、卡死時所引發的工安意外。

該應變規50位置的設置與規格的選用可依使用者的需求而調整。請參附件1所示，分別為該閥體20與該閥桿40的應力模擬分佈圖及應變模擬分佈圖，其中該閥體20與該閥桿40係依照實際的尺寸及材料參數(314不鏽鋼)建立該上閥桿42、該下閥桿44與該閥體20的圖檔，並匯入ANSYS R14軟體分析。該動力源P施予該上閥桿42轉動力矩時，該下閥桿44因與該閥體20接觸面的摩擦力和流體阻力等因素產生與該 上閥桿42反向的轉動力矩，因此該上閥桿42與該下閥桿44在轉動過程中承受扭力，其中主要應力與應變最大的區域位集中於該下閥桿44直徑最小的頸部442，其次則為該上閥桿42與該下閥桿44接觸的區域，即該上閥桿42的延伸部422。

該頸部442為應力集中的部位而最容易於扭轉過程中斷裂，但由於該頸部442穿設於該閥座10的該通孔10b中，而導致其供應變規50組裝的空間十分有限，因此在本實施例中，該應變規50係安裝於該延伸部422上。

工業常用的扭矩工作範圍為3-7 N-m，請配合圖8所示，模擬該動力源P施予該閥桿403-7 N-m的扭力時，該延伸部422產生的應變值約為750-1735με，亦即，在此範圍內每1 N-m扭力產生250με應變，因此選用應變規50的應變範圍至少需滿足約0-2000με。

該應變規50的尺寸對量測精度影響不大，因此在本實施例中，該應變規50係依該上閥桿42的直徑尺寸選用應變長度約5mm以下的微型應變規50；該應變規50的電阻值可選用120Ω或350Ω，其中該電阻值為350Ω的應變規50號變化大、消耗功率小，且比較不易有發熱情形，對量測比較有利。

由於在本案實施例中，該閥桿40的材質為不銹鋼材，其熱膨脹約為16ppm/℃，因此應變規50亦需選擇用16ppm/℃的規格。另外，選用應變規50時，須考慮到該閥體20的工作溫度、應變規50黏貼位置的溫度，以及黏貼應變規50膠水的適用溫度範圍，在本案實施例中，該應變規50適用-50-100℃，且可透過1/2橋或全橋式應變規50與電路設計，達到溫度補償功能。

以上所述僅為本創作較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

Claims (6)

1. 一種具有扭力偵測之閥，包含有：一閥座，其具有一貫穿的流道，及一通孔連通該流道與外界；一閥體，係位於該流道中且可受操作於一第一角度與一第二角度之間樞轉；於該第二角度時，該閥體阻斷該流道；一閥桿，係穿過該通孔，且與該閥體結合；一應變規，係設置於該閥桿上。
2. 如請求項1所述之扭力偵測之閥，其中該閥體與該閥桿其中一者具有一卡槽，另一者具有與該卡槽相配合一卡制部，且該卡制部卡制於該卡槽中。
3. 如請求項2所述之扭力偵測之閥，其中該卡槽非為圓槽。
4. 如請求項1所述之扭力偵測之閥，其中該流道之壁面形成有內螺牙以供具有外螺牙之一管體螺合。
5. 如請求項1所述之扭力偵測之閥，其中該閥桿包含有一下閥桿，以及套設於該下閥桿上的一上閥桿，且該下閥桿與該上閥桿不可相對樞轉；該下閥桿與該閥體結合；該上閥桿與一扭矩動力源相連，且該應變規設置於該上閥桿上。
6. 如請求項5所述之扭力偵測之閥，其中該上閥桿具有至少二延伸部位於該下閥桿周緣，且該應變規設置其一該延伸部上。