TWI509225B - 可檢知流向之蹼輪式流量計及其檢知方法 - Google Patents

Description

可檢知流向之蹼輪式流量計及其檢知方法

本發明係有關於一種流量傳感器，尤指一種蹼輪式流量計。

蹼輪式流量計(Paddlewheel Flowmeter)是一種流量傳感器，其主要包含轉子、軸承、轉軸、磁鐵、主體、嵌入於主體的霍爾感測器(Hall Effect Sensor)及感測電路板等元件；其中，轉子內裝有磁鐵，感應訊號是藉由霍爾感測器與磁鐵產生激磁而產生。當轉子受流體帶動而轉動時，嵌進在轉子的磁鐵會跟著轉動，並在行經霍爾感測器時會感應出脈衝訊號，進而求得流體流量。

然而，傳統蹼輪式流量計的轉子必須埋入磁性材料，在待測液體為高溫時會因為居禮溫度效應(Curie Temperature Effect)，磁性材料容易因被消磁而導致感應產生錯判。再者，傳統蹼輪式流量計只能單純偵測流體流量，但無法偵測流體流向，降低了使用上的便利性。此外，當轉子沈積污垢時，並無法偵測此異常現象，對此異常現象作定期保養，故容易發生量測上的誤差。

有鑑於此，本發明人為解決上述問題，提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明提供一種可檢知流向之蹼輪式流量計，其感應葉片分別設有具有不同的介電係數的金屬件，並依序設置在感應葉片上，藉此判斷為管路中流體的流向。

為了達成上述之目的，本發明係為一種可檢知流向之蹼輪式流量計，係用於量測一管路內流體的流量及流向，該蹼輪式流量計包含本體、運算單元、感測單元及旋轉組件。本體設置在管路的一側並部分伸入管路；運算單元設置於本體中；感測單元設置在本體中並電性連接運算單元；以及旋轉組件對應感測單元而組設在本體伸入管路的部分中，旋轉組件包含轉軸及間隔設置在轉軸周圍的複數感應葉片，感應葉片分別設有金屬件，金屬件具有不同的介電係數，且金屬件依照介電係數排序而依序設置在感應葉片上；其中，感應葉片端緣的旋轉切線方向為流體的流動方向，當所述管路內流體流經感應葉片時，會帶動感應葉片旋轉，使感測單元感應到該些具有不同介電係數的金屬件而產生強度逐步遞增或遞減的複數感測訊號並傳遞至該運算單元進行運算，藉此判斷所述流體為正向流動或反向流動。

本發明還提供一種可檢知流向之蹼輪式流量計的檢知方法，其係用於判斷所述蹼輪式流量計之感應葉片的感應劣化程度，該檢知方法的步驟包含：a)在運算單元決定一預設值(Threshold Value)；b)接收強度變化逐步遞增或遞減的複數感測訊號；c)利用該些感測訊號的強度進行比較，擷取一量測最具特徵值以及d)該運算單元利用具有該量測最具特徵值與該預設值進行劣化程度的判斷。

相較於習知，由於本發明之蹼輪式流量計的金屬件並非磁性材料 ，因此金屬件不會受到高溫而影響量測結果，故可應用在量測高溫流體的流量時仍可保持量測的精確性；再者，本發明之可檢知流向之蹼輪式流量計係於感應葉片設置有不同介電係數的金屬件，並將依照介電係數排序將金屬件依序設置在感應葉片上，由於感測訊號會對應不同介電係數的金屬件而產生不同的感應訊號強度值，因此，流體的流動方向就能透過感測訊號強度逐步遞增或遞減的方式呈現而判斷為正向流動或反向流動，增加使用時的便利性。

1‧‧‧蹼輪式流量計

2‧‧‧管路

3‧‧‧沈積外物

10‧‧‧本體

101‧‧‧第一容置空間

102‧‧‧第二容置空間

20‧‧‧運算單元

21‧‧‧電路板

22‧‧‧訊號轉換單元

23‧‧‧穩壓單元

24‧‧‧傳輸介面單元

30‧‧‧感測單元

31‧‧‧電感元件

32‧‧‧電容元件

40‧‧‧旋轉組件

41‧‧‧轉軸

42、42a、42b‧‧‧感應葉片

43、43a、43b‧‧‧金屬件

50、50’‧‧‧感測訊號

500‧‧‧預設值

500’‧‧‧量測最具特徵值

501‧‧‧標準極小值

501’‧‧‧量測最小值

504‧‧‧標準極大值

504’‧‧‧量測最大值

D‧‧‧預設差距值

D’‧‧‧量測差距值

A’‧‧‧面積差異值

圖1係本發明可檢知流向之蹼輪式流量計的立體分解示意圖；圖2係本發明可檢知流向之蹼輪式流量計的組合剖視圖；圖3係本發明可檢知流向之蹼輪式流量計的電路方塊示意圖；圖4係本發明可檢知流向之蹼輪式流量計的感測訊號示意圖；圖5係本發明可檢知流向之蹼輪式流量計的另一使用示意圖；圖6係本發明之可檢知流向之蹼輪式流量計的另一感測訊號示意圖；圖7係本發明之可檢知流向之蹼輪式流量計的感測訊號衰減曲線示意圖；圖8係本發明之感應葉片的第二實施例；圖9係本發明之感應葉片的第三實施例。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所 附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參照圖1至圖3，係分別為本發明之可檢知流向之蹼輪式流量計的立體分解示意圖、組合剖視圖及電路方塊示意圖。本發明係提供一種可檢知流向之蹼輪式流量計1，其係用於量測一管路2內流體的流量及流向。該蹼輪式流量計1包含一本體10、一運算單元20、一感測單元30及一旋轉組件40。該本體10係設置在該管路2的一側並部分伸入該管路2。該運算單元20及該感測單元30皆設置在該本體10內。該旋轉組件40設置在該本體10，其係用於接觸該管路2內的流體。

於本發明的一實施例中，該本體10為一殼座並具有分隔設置的一第一容置空間101及一第二容置空間102。又，該本體10可由陶瓷、可耐熱高分子材料、複合材料或金屬之任一者所製成，但不以此為限制。本實施例中，該第二容置空間102係形成在該本體10的一端，該旋轉組件40係組設在該第二容置空間102中。當該本體10組設在該管路2時，該第二容置空間102係與該管路2的內部相連通。

該運算單元20及該感測單元30係設置在該第一容置空間101中，且該感測單元30電性連接該運算單元20。本實施例中，該運算單元20係設置在一電路板21上。另外，該感測單元30係設置為一振盪電路，該感測單元30包含一電感元件31及並聯該電感元件31的一電容元件32。

該旋轉組件40包含一轉軸41及間隔設置在該轉軸41周圍的複數感應葉片42。較佳地，該些感應葉片42係相對該轉軸41呈對稱分佈 設置，藉以提供穩定且順暢的旋轉。此外，各該感應葉片42設置有一金屬件43；又，該些金屬件43具有不同的介電係數，且該些金屬件43係依照該些介電係數排序而依序設置在該些感應葉片42上。較佳地，該旋轉組件40對應該感測單元30而組設在該本體10伸入該管路2的部分中。

於本實施例中，該金屬件43是嵌入該感應葉片42中而與流體隔絕，實際實施時，該金屬件43亦可嵌設在該感應葉片42表面而與流體接觸。

如圖2所示，當該管路2內的流體流經該旋轉組件40而帶動該些感應葉片42旋轉，並對該感測單元30產生感應。該感測單元30感應到各該感應葉片42的金屬件43並產生感測訊號50(請另參圖4)，該金屬件43再將該感測訊號50傳遞至該運算單元20進行運算。後續，該運算單元20可根據該些感測訊號50來進行流向判斷，有關流向的判斷更詳述於後。

請參照圖3，係為本發明之可檢知流向之蹼輪式流量計之電路方塊示意圖。於本發明的一實施例中，該蹼輪式流量計1更包括一訊號轉換單元22、一穩壓單元23及一傳輸介面單元24。該訊號轉換單元22係電性連接該運算單元20與該感測單元30，該些感測訊號50透過該訊號轉換單元22將一振盪脈動轉換為週期波訊號(如方波訊號)再傳送至該運算單元20，並透過該運算單元20的運算而轉換成流量訊號。該穩壓單元23分別電性連接該運算單元20以及該訊號轉換單元22。該穩壓單元23主要輸出一個穩定的直流電壓源，並提供給該運算單元20及該訊號轉換單元22當作電源。該傳輸介面單元24電性連接該運算單元20，該傳輸介面單元24係從 外部接收習知訊息(如溫度、壓力或震動等)給該運算單元20進行運算，或提供習知的訊號(如通訊傳遞協定等)。

請續參照圖4，係為本發明之可檢知流向之蹼輪式流量計之感測訊號示意圖。本發明之蹼輪式流量計1運轉後，該些感應葉片42受行經流體的帶動而產生旋轉。由於該些金屬件43係依照介電係數排序而依序設置在該些感應葉片42上，因此該運算單元20根據各金屬件43所產生的感測訊號50值會以逐漸增加(升序)或逐漸降低(降序)的方式呈現。據此，流體的流動方向即是透過該些感測訊號50逐步遞增或遞減的方式呈現而能夠判斷為正向流動或反向流動。例如，當流體推動該些感應葉片42逆時針方向旋轉時會令該些感測訊號50以逐步遞增(升序)方式呈現，則當該些感測訊號50以逐步遞減(降序)方式呈現時，可推知流體係推動該些感應葉片42順時針方向旋轉，由此得知流體的流動方向。

再者，本發明之蹼輪式流量計1除了偵測流體流量及流向外，還能用於判斷該些感應葉片42的感應劣化程度。藉由感應劣化程度的獲知，使用者可藉由此感應劣化程度作為維護保養該蹼輪式流量計1之感應葉片42的依據。該感應劣化程度的說明更詳述於後。

請同時參照圖5及圖6，係分別為本發明之蹼輪式流量計的另一使用示意圖及感測訊號示意圖。本發明之蹼輪式流量計1的應用領域廣，例如製藥、食品或自來水等工業中，皆可利用蹼輪式流量計1量測製程中的流體流量。由於蹼輪式流量計1在長期使用後，該旋轉組件40的感應葉片42表面可能會沈積外物3(如圖5所示)，如鐵屑、毛髮、纖維等。惟，外物沉積會對感測訊號造成衰減 ，此即本發明中所謂的感應劣化程度。

當感應葉片42表面沈積外物3時。該蹼輪式流量計1所產生的感測訊號50’會產生衰減。如圖5所示，其係顯示衰減的感測訊號50’與原來的感測訊號50的比較。

本發明還提供一種可檢知流向之蹼輪式流量計的檢知方法。該檢知方法的步驟包含：步驟a)，運算單元20從感測訊號50決定一預設值(Threshold Value)500。該預設值500為一標準極端值，如一標準極小值501或一標準極大值504。步驟b)，接收各該感應葉片42強度變化逐步遞增或遞減的複數感測訊號50’。步驟c)，利用該些感測訊號50’進行比較，擷取一量測最具特徵值500’，如一量測極小值501’或一量測最大值504’。步驟d)，該運算單元20利用該具有該量測最具特徵值500’與該預設值500進行劣化程度的判斷。舉例而言，當a)步驟中的預設值500設為標準極大值504，步驟c)中的量測最具特徵值500’為量測最大值504’；因此，在比對標準極大值504與量測最大值504’後，若量測最大值504’小於或等於標準極大值504時，則判斷為感應劣化，此時必須對該蹼輪式流量計1之感應葉片42進行清理維護作業，藉以保持正確的量測結果。

同樣地，當a)步驟中的預設值500設為標準極小值501時，步驟c)中的量測最具特徵值500’為標準極小值501；因此，在比對標準極小值501與量測極小值501’後，若量測極小值501’小於或等於該標準極小值501時，則判斷為感應劣化。也就是，當該些感測訊號50’衰減到一定值後可得知必須對該蹼輪式流量計1之感應葉片42進行清理維護作業。

於本實施例中，該蹼輪式流量計1最初的該些感測訊號50中的最小值和最大值為預設值500(包含標準極小值501和標準極大值504)，該蹼輪式流量計1後續所量測到的該些感測訊號50’分別與最初感測訊號50進行比較來進行感應劣化程度的判斷。

另外要說明的是，前述a)步驟更包括決定一預設差距值D(未圖示)，所述檢知方法更包括一步驟e)及一步驟f)，該步驟e)係為比對該量測最具特徵值500’及該預設值500進而得出一量測差距值D’，該步驟f)為比較該量測差距值D’及該預設差距值D，從而判斷是否感應劣化；亦即，當該量測差距值D’等於或大於該預設差距值D時，則判斷為感應劣化。

另一要說明的是，本發明之感應劣化程度除了用感測訊號50、50’的極端值進行判斷外，還可利用計算積分面積的方式進行。更詳細地說，如將標準差距值設定為面積差異值。又，本發明之步驟d)中，可包含分別對該量測最具特徵值500’及該預設值500的訊號波形計算積分面積並得出一面積差異值A’。因此，該感應劣化程度可透過該面積差異值A’等於或大於該標準差距值時而判斷為劣化。

請續參照圖7，係為本發明之蹼輪式流量計之感測訊號的衰減曲線。本發明之感應劣化程度還可利用感測訊號的衰減曲線來作判斷。如圖7所示，其係顯示感測訊號50、50’(較佳地，極端最大值或最小值)在不同時間的量測值，從圖中可看出，感測訊號50、50’係以負斜率的方式逐漸衰減，實際實施時，使用者可將感應劣化程度設定為衰減到一設定值後判斷為劣化。舉例來說，本發明之檢知方法可更包括一步驟e’)，該步驟e’)係為取得多個 量測最具特徵值500’並排序，將該些量測最具特徵值500’與該預設值500進行比對，其中該些量測最具特徵值500’等於或小於該預設值500時，則判斷為感應劣化。

值得注意的是，本發明之旋轉組件的感應葉片具有多種實施樣態。如圖8及圖9，其係顯示本發明之感應葉片的另二種實施態樣；圖8中，金屬件43a嵌入感應葉片42a中而與流體隔絕，且感應葉片42a係以間隔且分離的態樣設置。另外，圖9中，金屬件43b也是嵌入感應葉片42b中，但各該感應葉片42b的一側周緣係以連接相鄰感應葉片42b的態樣設置。

整體而言，本發明之感應葉片42、42a、42b係呈對稱分佈設置，藉以提供穩定且順暢的旋轉，實際實施時，感應葉片42、42a、42b的葉片數及形狀皆不限制。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，非用以限定本發明之專利範圍，其他運用本發明之專利精神之等效變化，均應俱屬本發明之專利範圍。

2‧‧‧管路

10‧‧‧本體

101‧‧‧第一容置空間

102‧‧‧第二容置空間

20‧‧‧運算單元

21‧‧‧電路板

22‧‧‧訊號轉換單元

23‧‧‧穩壓單元

24‧‧‧傳輸介面單元

30‧‧‧感測單元

31‧‧‧電感元件

32‧‧‧電容元件

40‧‧‧旋轉組件

41‧‧‧轉軸

42‧‧‧感應葉片

43‧‧‧金屬件

Claims (13)

1. 一種可檢知流向之蹼輪式流量計，係用於量測一管路內流體的流量及流向，該蹼輪式流量計包含：一本體，設置在所述管路的一側並部分伸入所述管路；一運算單元，設置於該本體中；一感測單元，設置在該本體中並電性連接該運算單元；以及一旋轉組件，對應該感測單元而組設在該本體伸入所述管路的部分中，該旋轉組件包含一轉軸及間隔設置在該轉軸周圍的複數感應葉片，感應葉片分別設有金屬件，金屬件具有不同的介電係數，且金屬件依照介電係數排序而依序設置在感應葉片上；其中，感應葉片端緣的旋轉切線方向為流體的流動方向，當所述管路內流體流經感應葉片時，會帶動感應葉片旋轉，使感測單元感應到該些具有不同介電係數的金屬件而產生強度逐步遞增或遞減的複數感測訊號並傳遞至該運算單元進行運算，藉此判斷所述流體為正向流動或反向流動。
2. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其中該本體為陶瓷、可耐熱高分子材料、複合材料或金屬之任一者所製成。
3. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其中該些感應葉片係相對該轉軸呈對稱分佈設置。
4. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其中該些感應葉片係相對該轉軸呈對稱分佈設置。
5. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其中該金屬件是 嵌設在該感應葉片表面並與所述流體接觸。
6. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其中該感測單元為一振盪電路，該感測單元包含一電感元件及並聯該電感元件的一電容元件。
7. 如請求項6所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其更包含一訊號轉換單元，該訊號轉換單元電性連接該感測單元與該運算單元，該感測訊號透過該訊號轉換單元轉換為週期波訊號再傳送至該運算單元，並透過該運算單元的運算而轉換成流量訊號。
8. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其更包含一穩壓單元，該穩壓單元分別電性連接該運算單元以及該訊號轉換單元，該穩壓單元輸出一個穩定的直流電壓源並提供給該運算單元及該訊號轉換單元。
9. 如請求項1所述之可檢知流向之蹼輪式流量計，其更包含接收外部訊息或提供資訊給該運算單元進行運算的一傳輸介面單元，該傳輸介面單元電性連接該運算單元，且該運算單元係透過該傳輸介面單元而將該感測訊號傳送至外部。
10. 一種利用請求項1至9中任一項可檢知流向之蹼輪式流量計的檢知方法，其係用於判斷所述蹼輪式流量計之感應葉片是否發生感應劣化，該檢知方法的步驟包含：a)在運算單元決定一預設值；b)接收強度變化逐步遞增或遞減的複數感測訊號；c)利用該些感測訊號的強度進行比較，擷取一量測最具特徵值；以及d)該運算單元利用具有該量測最具特徵值與該預設值進行劣化程度的判斷。
11. 如請求項10所述之檢知方法，其中a)步驟更包括決定一預設差距值，所述檢知方法更包括一步驟e)及一步驟f)，該步驟e)係為比對該量測最具特徵值及該預設值進而得出一量測差距值，該步驟f)為比較該量測差距值及該預設差距值從而判斷感應劣化。
12. 如請求項10所述之檢知方法，其中更包括一步驟e’)，該步驟e’)係為取得多個量測最具特徵值並排序，將該些量測最具特徵值與該預設值進行比對，其中該些量測最具特徵值等於或小於該預設值時，則判斷為感應劣化。
13. 如請求項10所述之檢知方法，其中該預設值及該量測最具特徵值分別具有一訊號波形，步驟d)包含分別對該量測最具特徵值及該預設值的訊號波形計算積分面積並得出一面積差異值，該面積差異值等於或大於一標準差距值從而判斷感應劣化。