CN104596589A - 可检测流向的蹼轮式流量计及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可检测流向的蹼轮式流量计，包括本体及设置在本体中的运算单元、感测单元及旋转组件。旋转组件对应感测单元组设在本体伸入管路的部分中，旋转组件包含转轴及间隔设置的复数感应叶片，感应叶片分别设有具有不同的介电系数的金属件，且金属件依照介电系数排序而依序设置在感应叶片上；其中，流体带动感应叶片旋转并对感测单元产生感应而产生感测信号，感测单元将感测信号传递至运算单元；藉此，流体的流动方向透过感测信号强度逐步递增或递减的方式呈现而能够判断为正向流动或反向流动。

Description

可检测流向的蹼轮式流量计及其检测方法

技术领域

本发明涉及流量检测技术领域，尤其涉及一种可检测流向的蹼轮式流量计及其检测方法。

背景技术

蹼轮式流量计（Paddlewheel Flowmeter）是一种流量传感器，其主要包含转子、轴承、转轴、磁铁、主体、嵌入于主体的霍尔传感器（Hall Effect Sensor）及感测电路板等组件；其中，转子内装有磁铁，感应信号是藉由霍尔传感器与磁铁产生激磁而产生。当转子受流体带动而转动时，嵌进在转子的磁铁会跟着转动，并在行经霍尔传感器时会感应出脉冲信号，进而求得流体流量。

然而，传统蹼轮式流量计的转子然而，传统蹼轮式流量计的转子必须埋入磁性材料，在待测液体为高温时会因为居礼温度效应 (Curie Temperature Effect)，使得磁性材料容易因被消磁而导致感应产生错判。再者，传统蹼轮式流量计只能单纯侦测流体流量，但无法侦测流体流向，降低了使用上的便利性。此外，当转子沉积污垢时，也无法侦测此异常现象，对此异常现象作定期保养，故容易发生量测上的误差。

有鉴于此，有必要对现有的蹼轮式流量计进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可检测流向的蹼轮式流量计，以实现对管路中流体的流向进行判断。

为了实现以上目的，本发明提供一种可检测流向的蹼轮式流量计，用于量测一管路内流体的流量及流向，该蹼轮式流量计包括：

本体，设置在所述管路的一侧并部分伸入所述管路；

运算单元，设置于所述本体中；

感测单元，设置在所述本体中并电性连接所述运算单元；以及

旋转组件，设置在所述本体伸入所述管路的部分中，并与所述感测单元相对应；所述旋转组件包含转轴及间隔设置在所述转轴周围的复数个感应叶片，各感应叶片上分别设有金属件，各金属件具有不同的介电系数，且各金属件依照介电系数排序而依序设置在各感应叶片上；

其中，感应叶片端缘的旋转切线方向为流体的流动方向，当所述管路内流体流经感应叶片时，会带动感应叶片旋转，使所述感测单元感应到该些具有不同介电系数的金属件而产生强度逐步递增或递减的复数个感测信号并传递至所述运算单元进行运算，藉此判断所述流体为正向流动或反向流动。

在本发明的一个实施例中， 所述本体的材料为陶瓷、可耐热高分子材料、复合材料或金属中的任一种。

在本发明的一个实施例中，所述复数个感应叶片相对所述转轴呈对称分布设置。

在本发明的一个实施例中，所述金属件是嵌设在对应的感应叶片表面并与所述流体接触。

在本发明的一个实施例中，所述感测单元为一振荡电路，该感测单元包含电感组件及与该电感组件并联的电容组件。

在本发明的一个实施例中，该蹼轮式流量计进一步包含一信号转换单元，该信号转换单元电性连接所述感测单元与所述运算单元，所述感测信号通过所述信号转换单元转换为周期波信号后再传送至所述运算单元，并通过所述运算单元的运算而转换成流量信号。

在本发明的一个实施例中，该蹼轮式流量计进一步包含一稳压单元，该稳压单元分别电性连接该运算单元以及该信号转换单元，该稳压单元输出一个稳定的直流电压源并提供给该运算单元及该信号转换单元。

在本发明的一个实施例中，该蹼轮式流量计进一步包含接收外部信息或提供信息给该运算单元进行运算的一传输接口单元，该传输接口单元电性连接该运算单元，且该运算单元系透过该传输接口单元而将该感测信号传送至外部。

同时，本发明还提供一种可检测流向的蹼轮式流量计的检测方法，用于对上述的可检测流向的蹼轮式流量计的感应叶片是否发生感应劣化进行检测，包括以下步骤：

a )在运算单元决定一默认值；

b)接收强度变化逐步递增或递减的复数个感测信号；

c)利用该些感测信号的强度进行比较，撷取一量测最具特征值；以及

d)该运算单元利用该量测最具特征值与该默认值进行劣化程度的判断。

10、如权利要求9所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，步骤a )还包括决定一预设差距值，该检测方法进一步包括一步骤e)以及一步骤f)，其中，步骤e)为比对该量测最具特征值及该默认值进而得出一量测差距值，步骤f)为比较该量测差距值及该预设差距值从而判断感应劣化。

在本发明的一个实施例中，还包括步骤e’)，该步骤e’)为取得多个量测最具特征值并排序，将该些量测最具特征值与该默认值进行比对，其中该些量测最具特征值等于或小于该默认值时，则判断为感应劣化。

在本发明的一个实施例中，该默认值及该量测最具特征值分别具有一信号波形，步骤d)包含分别对该量测最具特征值及该默认值的信号波形计算积分面积并得出一面积差异值，该面积差异值等于或大于一标准偏差距值从而判断感应劣化。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）由于本发明的蹼轮式流量计的金属件并非磁性材料，因此金属件不会受到高温而影响量测结果，故可应用在量测高温流体的流量时仍可保持量测的精确性；

2）本发明的可检测流向的蹼轮式流量计是在各感应叶片上设置有不同介电系数的金属件，并依照介电系数排序将各金属件依序设置在各感应叶片上，由于感测信号会对应不同介电系数的金属件而产生不同的感应信号强度值，因此，流体的流动方向就能透过感测信号强度逐步递增或递减的方式呈现而判断为正向流动或反向流动，增加使用时的便利性。

附图说明

图1为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的立体分解示意图；

图2为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的组合剖视图；

图3为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的电路方块示意图；

图4为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的感测信号示意图；

图5为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的另一使用示意图；

图6为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的另一感测信号示意图；

图7为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的感测信号衰减曲线示意图；

图8为本发明的感应叶片的第二实施例；

图9为本发明的感应叶片的第三实施例。

符号说明：

1-蹼轮式流量计

2-管路

3-沉积外物

10-本体

101-第一容置空间

102-第二容置空间

20-运算单元

21-电路板

22-信号转换单元

23-稳压单元

24-传输接口单元

30-感测单元

31-电感组件

32-电容组件

40-旋转组件

41-转轴

42、42a、42b-感应叶片

43、43a、43b-金属件

50、50’-感测信号

500-默认值

500’-量测最具特征值

501-标准极小值

501’-量测极小值

504-标准极大值

504’-量测极大值

D-预设差距值

D’-量测差距值

A’-面积差异值。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的可检测流向的蹼轮式流量计及其检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参照图1至图3，其分别为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的立体分解示意图、组合剖视图及电路方块示意图。本发明提供一种可检测流向的蹼轮式流量计1，其用于量测一管路2内流体的流量及流向。该蹼轮式流量计1包含一本体10、一运算单元20、一感测单元30及一旋转组件40。该本体10设置在该管路2的一侧并部分伸入该管路2。该运算单元20及该感测单元30都设置在该本体10内。该旋转组件40设置在该本体10，用于接触该管路2内的流体。

在本发明的一实施例中，该本体10为一壳座并具有分隔设置的一第一容置空间101及一第二容置空间102。并且，该本体10可由陶瓷、可耐热高分子材料、复合材料或金属之任一者所制成，但不以此为限制。本实施例中，该第二容置空间102形成在该本体10的一端，该旋转组件40组设在该第二容置空间102中。当该本体10组设在该管路2时，该第二容置空间102与该管路2的内部相连通。

该运算单元20及该感测单元30设置在该第一容置空间101中，且该感测单元30电性连接该运算单元20。本实施例中，该运算单元20是设置在一电路板21上。另外，该感测单元30设置为一振荡电路，该感测单元30包含一电感组件31及与该电感组件31并联的一电容组件32。

该旋转组件40包含一转轴41及间隔设置在该转轴41周围的复数感应叶片42。较佳地，该些感应叶片42相对该转轴41呈对称分布设置，以提供稳定且顺畅的旋转。此外，每个感应叶片42设置有一金属件43；并且该些金属件43具有不同的介电系数，且该些金属件43依照该些介电系数排序而依序设置在该些感应叶片42上。较佳地，该旋转组件40对应该感测单元30而组设在该本体10伸入该管路2的部分中。

在本实施例中，金属件43是嵌入对应的感应叶片42中而与流体隔绝，实际实施时，该金属件43亦可嵌设在对应的感应叶片42表面而与流体接触。

如图2所示，当该管路2内的流体流经该旋转组件40而带动该些感应叶片42旋转，并对该感测单元30产生感应。该感测单元30感应到各感应叶片42的金属件43并产生感测信号50(请参考图4)，该金属件43再将该感测信号50传递至该运算单元20进行运算。后续，该运算单元20可根据该些感测信号50来进行流向判断，有关流向的判断在后面将详细介绍。

请参照图3，其为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的电路方块示意图。在本发明的一实施例中，该蹼轮式流量计1进一步包括一信号转换单元22、一稳压单元23及一传输接口单元24。该信号转换单元22电性连接该运算单元20与该感测单元30，该些感测信号50透过该信号转换单元22将一振荡脉冲转换为周期波信号(如方波信号)再传送至该运算单元20，并透过该运算单元20的运算而转换成流量信号。该稳压单元23分别电性连接该运算单元20以及该信号转换单元22。该稳压单元23主要输出一个稳定的直流电压源，并提供给该运算单元20及该信号转换单元22当作电源。该传输接口单元24电性连接该运算单元20，该传输接口单元24是从外部接收习知信息(如温度、压力或震动等)给该运算单元20进行运算，或提供习知的信号(如通讯传递协议等)。

请续参照图4，其为本发明可检测流向的蹼轮式流量计的感测信号示意图。本发明的蹼轮式流量计1运转后，该些感应叶片42受行经流体的带动而产生旋转。由于该些金属件43是依照介电系数排序而依序设置在该些感应叶片42上，因此该运算单元20根据各金属件43所产生的感测信号50会以逐渐增加(升序)或逐渐降低(降序)的方式呈现。据此，流体的流动方向即是透过该些感测信号50逐步递增或递减的方式呈现而能够判断为正向流动或反向流动。例如，当流体推动该些感应叶片42逆时针方向旋转时会令该些感测信号50以逐步递增(升序)方式呈现，则当该些感测信号50以逐步递减(降序)方式呈现时，可推知流体系推动该些感应叶片42顺时针方向旋转，由此得知流体的流动方向。

另外，本发明的蹼轮式流量计1除了侦测流体流量及流向外，还能用于判断该些感应叶片42的感应劣化程度。藉由感应劣化程度的获知，使用者可藉由此感应劣化程度作为维护保养该蹼轮式流量计1的感应叶片42的依据。该感应劣化程度的说明将在下文详细说明。

请参照图5及图6，其分别为本发明的蹼轮式流量计的另一使用示意图及感测信号示意图。本发明的蹼轮式流量计1的应用领域广，例如制药、食品或自来水等工业中，皆可利用蹼轮式流量计1测量制程中的流体流量。由于蹼轮式流量计1在长期使用后，该旋转组件40的感应叶片42表面可能会沉积外物3 (如图5所示)，如铁屑、毛发、纤维等。外物沉积会对感测信号造成衰减，此即本发明中所谓的感应劣化程度。

当感应叶片42表面沉积外物3时，该蹼轮式流量计1所产生的感测信号50’会产生衰减；如图5所示，其是显示衰减的感测信号50’与原来的感测信号50的比较。

本发明还提供一种可检测流向的蹼轮式流量计的检测方法，该检测方法的包含如下步骤：

步骤a)：运算单元20从感测信号50决定一默认值(Threshold Value)  500。该默认值500为一标准极端值，如一标准极小值501或一标准极大值504。

步骤b)：接收各该感应叶片42强度变化逐步递增或递减的复数感测信号50’。

步骤c)：利用该些感测信号50’进行比较，撷取一量测最具特征值500’，如一量测极小值501’或一量测极大值504’。

步骤d)：该运算单元20利用该具有该量测最具特征值500’与该默认值500进行劣化程度的判断。举例而言，当a)步骤中的默认值500设为标准极大值504，步骤c)中的量测最具特征值500’为量测最大值504’；因此，在比对标准极大值504与量测最大值504’后，若量测最大值504’小于或等于标准极大值504时，则判断为感应劣化，此时必须对该蹼轮式流量计1的感应叶片42进行清理维护作业，藉以保持正确的量测结果。

同样地，当步骤a)中的默认值500设为标准极小值501时，步骤c)中的量测最具特征值500’为量测最小值501；因此，在比对标准极小值501与量测最小值501’后，若量测最小值501’小于或等于该标准极小值501时，则判断为感应劣化。也就是，当该些感测信号50’衰减到一定值后可得知必须对该蹼轮式流量计1的感应叶片42进行清理维护作业。

在本实施例中，该蹼轮式流量计1最初的该些感测信号50中的最小值和最大值为默认值500(包含标准极小值501和标准极大值504)，该蹼轮式流量计1后续所量测到的该些感测信号50’分别与最初感测信号50进行比较来进行感应劣化程度的判断。

另外要说明的是，前述步骤a)还包括决定一预设差距值D(未图示)，所述检测方法进一步包括一步骤e)及一步骤f)，该步骤e)为比对该量测最具特征值500’及该默认值500进而得出一量测差距值D’，该步骤f)为比较该量测差距值D’及该预设差距值D，从而判断是否感应劣化；亦即，当该量测差距值D’等于或大于该预设差距值D时，则判断为感应劣化。

另一要说明的是，本发明的感应劣化程度除了用感测信号50、50’的极端值进行判断外，还可利用计算积分面积的方式进行。更详细地说，如将标准偏差距值设定为面积差异值。则本发明的步骤d)中，可包含分别对该量测最具特征值500’及该默认值500的信号波形计算积分面积并得出一面积差异值A’。因此，该感应劣化程度可透过该面积差异值A’等于或大于该标准偏差距值时而判断为劣化。

请续参照图7，其为本发明的蹼轮式流量计的感测信号的衰减曲线。本发明的感应劣化程度还可利用感测信号的衰减曲线来作判断。如图7所示，其系显示感测信号50、50’(较佳地，极端最大值或最小值)在不同时间的量测值，从图中可看出，感测信号50、50’是以负斜率的方式逐渐衰减，实际实施时，使用者可将感应劣化程度设定为衰减到一设定值后判断为劣化。举例来说，本发明的检测方法可更包括一步骤e’)，该步骤e’)为取得多个量测最具特征值500’并排序，将该些量测最具特征值500’与该默认值500进行比对，其中该些量测最具特征值500’等于或小于该默认值500时，则判断为感应劣化。

值得注意的是，本发明的旋转组件的感应叶片具有多种实施样态。如图8及图9，其显示本发明的感应叶片的另二种实施态样；图8中，金属件43a嵌入感应叶片42a中而与流体隔绝，且感应叶片42a是以间隔且分离的态样设置。另外，图9中，金属件43b也是嵌入感应叶片42b中，但各该感应叶片42a的一侧周缘是以连接相邻感应叶片42a的态样设置。

整体而言，本发明的感应叶片42、42a、42b是呈对称分布设置，藉以提供稳定且顺畅的旋转，实际实施时，感应叶片42、42a、42b的叶片数及形状皆不限制。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于所述实施例。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1. 一种可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，用于量测一管路内流体的流量及流向，该蹼轮式流量计包括：

本体，设置在所述管路的一侧并部分伸入所述管路；

运算单元，设置于所述本体中；

感测单元，设置在所述本体中并电性连接所述运算单元；以及

旋转组件，设置在所述本体伸入所述管路的部分中，并与所述感测单元相对应；所述旋转组件包含转轴及间隔设置在所述转轴周围的复数个感应叶片，各感应叶片上分别设有金属件，各金属件具有不同的介电系数，且各金属件依照介电系数排序而依序设置在各感应叶片上；

其中，感应叶片端缘的旋转切线方向为流体的流动方向，当所述管路内流体流经感应叶片时，会带动感应叶片旋转，使所述感测单元感应到该些具有不同介电系数的金属件而产生强度逐步递增或递减的复数个感测信号并传递至所述运算单元进行运算，藉此判断所述流体为正向流动或反向流动。

2.如权利要求1所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于， 所述本体的材料为陶瓷、可耐热高分子材料、复合材料或金属中的任一种。

3.如权利要求1所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，所述复数个感应叶片相对所述转轴呈对称分布设置。

4.如权利要求1所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，所述金属件是嵌设在对应的感应叶片表面并与所述流体接触。

5.如权利要求1所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，所述感测单元为一振荡电路，该感测单元包含电感组件及与该电感组件并联的电容组件。

6.如权利要求1所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，该蹼轮式流量计进一步包含一信号转换单元，该信号转换单元电性连接所述感测单元与所述运算单元，所述感测信号通过所述信号转换单元转换为周期波信号后再传送至所述运算单元，并通过所述运算单元的运算而转换成流量信号。

7.如权利要求6所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，该蹼轮式流量计进一步包含一稳压单元，该稳压单元分别电性连接该运算单元以及该信号转换单元，该稳压单元输出一个稳定的直流电压源并提供给该运算单元及该信号转换单元。

8.如权利要求1所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，该蹼轮式流量计进一步包含接收外部信息或提供信息给该运算单元进行运算的一传输接口单元，该传输接口单元电性连接该运算单元，且该运算单元系透过该传输接口单元而将该感测信号传送至外部。

9.一种可检测流向的蹼轮式流量计的检测方法，用于对权利要求1至8中任一项所述的可检测流向的蹼轮式流量计的感应叶片是否发生感应劣化进行检测，其特征在于，包括以下步骤：

a )在运算单元决定一默认值；

b)接收强度变化逐步递增或递减的复数个感测信号；

c)利用该些感测信号的强度进行比较，撷取一量测最具特征值；以及

d)该运算单元利用该量测最具特征值与该默认值进行劣化程度的判断。

10.如权利要求9所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，步骤a )还包括决定一预设差距值，该检测方法进一步包括一步骤e)以及一步骤f)，其中，步骤e)为比对该量测最具特征值及该默认值进而得出一量测差距值，步骤f)为比较该量测差距值及该预设差距值从而判断感应劣化。

11.如权利要求9所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，还包括步骤e’)，该步骤e’)为取得多个量测最具特征值并排序，将该些量测最具特征值与该默认值进行比对，其中该些量测最具特征值等于或小于该默认值时，则判断为感应劣化。

12.如权利要求9所述的可检测流向的蹼轮式流量计，其特征在于，该默认值及该量测最具特征值分别具有一信号波形，步骤d)包含分别对该量测最具特征值及该默认值的信号波形计算积分面积并得出一面积差异值，该面积差异值等于或大于一标准偏差距值从而判断感应劣化。