專利名稱：液位傳感器的制作方法
本申請(qǐng)涉及R.W.奧科閏、S.A.史密斯、D.C.利弗、J.R.莫伊蘭嫩、P.D.于蘭和M.D.凱里發(fā)明的、名為“潤(rùn)滑油流動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)”的、與本申請(qǐng)同一天提交的、經(jīng)普通轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)_________相關(guān)。
本發(fā)明涉及一種用于空調(diào)或致冷系統(tǒng)的液位傳感器。該系統(tǒng)是一種有效而耐用的系統(tǒng)，它利用二進(jìn)制傳感器來(lái)提供模擬輸出。
本發(fā)明是就用于空調(diào)系統(tǒng)的潤(rùn)滑螺桿式壓縮機(jī)來(lái)進(jìn)行討論的，但也可適用于任何場(chǎng)合的所有系統(tǒng)。與許多其它類型的壓縮機(jī)一樣，螺桿式壓縮機(jī)需要有潤(rùn)滑油流到壓縮機(jī)，以潤(rùn)滑軸承和防止軸承的長(zhǎng)期老化。另外，需要有潤(rùn)滑油流動(dòng)以密封螺桿式壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)子，從而避免性能下降，并冷卻轉(zhuǎn)子而防止摩擦生熱。
壓縮機(jī)需要有潤(rùn)滑油流動(dòng)來(lái)潤(rùn)滑軸承，以延長(zhǎng)它們的工作壽命。另外，在螺桿式和渦旋式壓縮機(jī)中，潤(rùn)滑油被用來(lái)密封轉(zhuǎn)子，缺少這種密封會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)性能下降。而且，對(duì)轉(zhuǎn)子的潤(rùn)滑可在冷卻轉(zhuǎn)子的同時(shí)防止摩擦生熱，并可防止轉(zhuǎn)子徑向增大而干涉相鄰的壓縮機(jī)構(gòu)件。如果油循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生故障而壓縮機(jī)又繼續(xù)工作的話，則會(huì)最終導(dǎo)致壓縮機(jī)失效和損壞。
均授予奧特曼等人的美國(guó)專利5,431,025和5,347,825涉及一種用于壓縮機(jī)的給油損耗保護(hù)結(jié)構(gòu)。實(shí)質(zhì)上，這兩個(gè)專利都是將潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的一種液體的溫度與飽和致冷劑溫度進(jìn)行比較，當(dāng)比較顯示出差異超出范圍時(shí)產(chǎn)生一信號(hào)而關(guān)閉壓縮機(jī)。這些專利與本發(fā)明一起都已普通轉(zhuǎn)讓，將它們?cè)诖藘H供參考。
需要一種能夠探明潤(rùn)滑劑流動(dòng)的油量多(即重量小于致冷劑的30％)的系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是解決在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是提供二進(jìn)制傳感器，它提供不運(yùn)行系統(tǒng)的二進(jìn)制狀態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)的模擬狀態(tài)。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用二進(jìn)制傳感器來(lái)提供模擬信號(hào)。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是提供一種潤(rùn)滑油保護(hù)系統(tǒng)，它可檢驗(yàn)流到壓縮機(jī)的潤(rùn)滑劑的數(shù)量和特性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是提供在一根壓縮機(jī)潤(rùn)滑劑供給管路中的液位傳感器，它檢測(cè)在起動(dòng)時(shí)存在潤(rùn)滑油，而且還用液位傳感器來(lái)檢驗(yàn)在壓縮機(jī)操作期間的潤(rùn)滑油特性。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是提供一種液位傳感器，正常情況下只在起動(dòng)時(shí)用來(lái)檢驗(yàn)潤(rùn)滑油是否達(dá)到某一高度，在動(dòng)態(tài)環(huán)境中確定液汽混合物的特性。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是探明在起動(dòng)期間在壓縮機(jī)已存在潤(rùn)滑劑或者在壓縮機(jī)起動(dòng)之前立即可得到截留在壓縮機(jī)供給管路中的潤(rùn)滑劑。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是探明在預(yù)定時(shí)間期間內(nèi)，在壓縮機(jī)操作期間，在壓縮機(jī)潤(rùn)滑劑供給管路中的潤(rùn)滑劑流動(dòng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特性和優(yōu)點(diǎn)是探明在潤(rùn)滑劑供給管路中流到壓縮機(jī)的是液體而不是蒸氣。
本發(fā)明的又一個(gè)目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是即使在存在一些正常量的泡沫時(shí)也探明液體的流動(dòng)。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在于探明潤(rùn)滑劑供給管路中的流體的油特性較高。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在于探明該高特性油流量小于致冷劑重量的30％。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是提供一種潤(rùn)滑油保護(hù)系統(tǒng)，它便于逆變起動(dòng)或其它正常階躍(transition)狀態(tài)。
本發(fā)明的一個(gè)目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是在壓縮機(jī)潤(rùn)滑油保護(hù)系統(tǒng)中于相關(guān)部件的工作過(guò)程中提供可能的檢查，并探明在明確不應(yīng)有流動(dòng)時(shí)沒(méi)有流動(dòng)發(fā)生。
本發(fā)明包括一種傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)包括二進(jìn)制傳感器，它發(fā)出代表第一或第二狀態(tài)的信號(hào)；采樣電路，可操作連到所述二進(jìn)制傳感器，用于監(jiān)測(cè)在采樣期間，在所述第一和第二狀態(tài)之間的階躍量；積分電路，用于累積在時(shí)間段的階躍的所述采樣數(shù)量；和信號(hào)發(fā)生電路，用于發(fā)出代表所述累積階躍的模擬信號(hào)。
本發(fā)明還包括一種運(yùn)用傳感器的方法。該方法包括下列步驟檢測(cè)一狀況；發(fā)送具有第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的二進(jìn)制信號(hào)，它表示所檢測(cè)的狀況；確定主發(fā)動(dòng)機(jī)的第一或第二操作模數(shù)是有效；響應(yīng)于所述二進(jìn)制信號(hào)的所述第一或第二狀態(tài)，以所述第一操作模式操作所述主發(fā)動(dòng)機(jī)；和響應(yīng)于在所述第一和第二狀態(tài)之間的所述二進(jìn)制信號(hào)的所述階躍速率，以所述第二操作模式操作所述主放大器。
本發(fā)明還提供一控制器和一傳感器。所述控制器和傳感器包括液位傳感器，它監(jiān)測(cè)是否存在液體，并提供表示是否存在液體的二進(jìn)制信號(hào)；控制器可操作地連到傳感器并接收二進(jìn)制信號(hào)。所述控制器包括采樣在存在指示信號(hào)和不存在指示信號(hào)之間的二進(jìn)制信號(hào)的階躍速率的元件和將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的元件。所述控制器還包括積分所述模擬信號(hào)并響應(yīng)于該積分累積發(fā)出控制信號(hào)的元件。
本發(fā)明還提供一種將數(shù)字傳感器用作模擬傳感器的電路。該電路包括一數(shù)字傳感器，發(fā)出具有第一或第二狀態(tài)的二進(jìn)制信號(hào)；采樣電路，用于接收所述二進(jìn)制信號(hào)、用于瞬間采樣所述二進(jìn)制信號(hào)的狀態(tài)和將所述采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成表示位計(jì)數(shù)的信號(hào)；積分器電路，對(duì)在時(shí)間段的所述位計(jì)數(shù)求積分；和電路，發(fā)送代表所述累積積分的模擬信號(hào)。
本發(fā)明還包括一種將數(shù)字傳感器用作模擬傳感器的方法。所述方法包括下列步驟用數(shù)字傳感器測(cè)量二進(jìn)制狀態(tài)；持續(xù)發(fā)送表示第一或第二二進(jìn)制狀態(tài)的二進(jìn)制信號(hào)；在第一采樣速率下采樣所述發(fā)送信號(hào)來(lái)確定一位計(jì)數(shù)；積分在時(shí)間段的所述位計(jì)數(shù)的乘積；和發(fā)出反映所述積分位計(jì)數(shù)累積的模擬信號(hào)。


圖1是一空調(diào)或致冷系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括一溫度調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、一潤(rùn)滑子系統(tǒng)和一控制器子系統(tǒng)，并且還包括本發(fā)明的潤(rùn)滑油保護(hù)系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明的液位傳感器的剖視示意圖。
圖3是用于處理圖2液位傳感器輸出的信號(hào)的方框圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖1表示一空調(diào)或致冷系統(tǒng)10。該系統(tǒng)10包括三個(gè)子系統(tǒng)一調(diào)節(jié)流體溫度的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)12(由寬雙線表示)，一潤(rùn)滑溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)12的機(jī)械部件的潤(rùn)滑系統(tǒng)16(由窄雙線表示)，以及一協(xié)調(diào)和控制溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)12和潤(rùn)滑系統(tǒng)16的控制系統(tǒng)18(由單線表示)。
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)12包括一壓縮機(jī)20，它壓縮致冷劑，并將壓縮的致冷劑和潤(rùn)滑劑從一壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子21和一壓縮機(jī)軸承23通過(guò)一壓縮機(jī)排出口22引導(dǎo)至一或多個(gè)油分離器24。授予Roach等人的美國(guó)專利5,341,658、授予Lakowske的5,201,648和授予Andersen等人的5,203,685中示出了一些示例性的壓縮機(jī)，授予Boehde等人的美國(guó)專利5,502,984和授予Carey的5,029,448中示出了一些示例性的油分離器，所有這些專利都與本發(fā)明一起經(jīng)普通轉(zhuǎn)讓，將它們?cè)诖藘H供參考。
在油分離器24中，潤(rùn)滑劑和致冷劑被分離成一主要是潤(rùn)滑劑的混合物和一主要是致冷劑的混合物。主要是致冷劑的混合物(夾帶一些潤(rùn)滑劑)由管道26引導(dǎo)至一冷凝器28，在那里致冷劑從熱的蒸氣冷凝為熱的液體。熱液體致冷劑通過(guò)管道30到達(dá)一膨脹閥32。膨脹閥32通過(guò)控制來(lái)自冷凝器28的熱的液體致冷劑的流動(dòng)而計(jì)量溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的操作。離開(kāi)膨脹閥32的熱液體致冷劑進(jìn)入管道34，在那里一些液體致冷劑閃蒸成熱蒸氣，而留下冷卻液體致冷劑。氣相和液相致冷劑的混合物進(jìn)入一氣液分離器36，在那里熱蒸氣被分離出來(lái)并最好被引導(dǎo)至壓縮機(jī)20。冷卻的液體混合物通過(guò)管道38離開(kāi)氣液分離器36并進(jìn)入一蒸發(fā)器40，在那里致冷劑使流體冷卻，致冷劑在該過(guò)程中蒸發(fā)。主要是致冷劑的混合物中所夾帶的潤(rùn)滑劑殘留和匯聚在蒸發(fā)器40的底部44。管道42引導(dǎo)熱的氣相致冷劑從蒸發(fā)器40回到壓縮機(jī)20，從而繼續(xù)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)循環(huán)。
潤(rùn)滑系統(tǒng)16包括壓縮機(jī)20，在那里潤(rùn)滑劑被注入或提供給一或多個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子21和一或多個(gè)壓縮機(jī)軸承23。潤(rùn)滑劑與致冷劑混合，潤(rùn)滑劑/致冷劑混合物通過(guò)壓縮機(jī)排出口22排到油分離器24。油分離器24將潤(rùn)滑劑/致冷劑混合物分離成一主要是潤(rùn)滑劑的混合物和一主要是致冷劑的混合物。主要是潤(rùn)滑劑的混合物由管道50引導(dǎo)至一儲(chǔ)油槽52。儲(chǔ)油槽52具有一通氣口54和一油加熱器56。主要是潤(rùn)滑劑的的混合物從儲(chǔ)油槽52經(jīng)過(guò)管道58、濾油器60、一附加的油冷卻器62和一設(shè)置在管道59中以防回流的單向閥64。管道58還具有一主輸油管路螺線管66，用于自動(dòng)控制潤(rùn)滑劑流過(guò)管道58的流動(dòng)，并具有一手動(dòng)維修閥68。管道58最終將主要是潤(rùn)滑劑的混合物引導(dǎo)至一大容量的豎直管路70，該豎直管路70在壓縮機(jī)停機(jī)過(guò)程中起到收集器的作用。豎直管路70對(duì)一轉(zhuǎn)子供給管路72進(jìn)行供給，為一或多個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子21提供潤(rùn)滑劑，并對(duì)一軸承供給管路74供油，為一或多個(gè)壓縮機(jī)軸承23提供潤(rùn)滑劑。轉(zhuǎn)子供給管路72具有一輔助性的油檢測(cè)器76，諸如是美國(guó)伊利諾伊州Chatham的AC &R構(gòu)件公司出售的S-9400系列液位開(kāi)關(guān)，還具有一加油維修口78，用于添加或排出潤(rùn)滑油。軸承供給管路74具有一單向閥80和一節(jié)流孔82。提供一壓差開(kāi)關(guān)84，它圍繞該節(jié)流孔而設(shè)置，以測(cè)量通過(guò)該節(jié)流孔82的壓差。
潤(rùn)滑系統(tǒng)16還包括一回油氣泵86，用于從蒸發(fā)器40的底部44回收所匯聚的潤(rùn)滑劑。回油氣泵86可使當(dāng)致冷劑在蒸發(fā)器40中蒸發(fā)時(shí)從致冷劑混合物中所分離積聚的潤(rùn)滑劑返回。所積聚的潤(rùn)滑劑通過(guò)管道96和一濾油器98，并返回到壓縮機(jī)20。與回油氣泵相聯(lián)的是一通氣管路88和一冷凝器壓力管道92，該通氣管路的操作由一填充螺線管90控制，該冷凝器壓力管道的操作由一排放電磁閥94控制。這在1997年2月18日提交的、名為“致冷系統(tǒng)中油從蒸發(fā)器往壓縮機(jī)的返回”的、經(jīng)普通轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)08/801,545中有更充分地描述，該專利申請(qǐng)?jiān)诖藘H供參考。
控制系統(tǒng)18包括一控制器100，它可以是一單個(gè)的控制器，也可以是多個(gè)協(xié)調(diào)工作的控制器?？刂破?00通過(guò)一電氣線路可操作地連接于壓縮機(jī)20，從而控制壓縮機(jī)20的操作和容量?？刂破?00還通過(guò)一電氣線路104控制膨脹閥的操作，并通過(guò)一電氣線路106控制油加熱器56、主輸油管路螺線管66以及電磁閥90和94的操作?？刂破?00還具有一將控制器100連接于一設(shè)置在壓縮機(jī)排出口22中用以檢測(cè)潤(rùn)滑劑/致冷劑混合物排出溫度的壓縮機(jī)排出溫度傳感器110的電氣線路108，并具有一將控制器100連接于一用于檢測(cè)飽和冷凝器溫度的飽和冷凝器溫度傳感器130的電氣線路132?？刂破?00還通過(guò)一電氣線路112連接于壓差傳感器84，用以從傳感器84接收表示壓差的信號(hào)?？刂破?00還通過(guò)一電氣線路114連接于附加的油檢測(cè)器76，用以從該附加的油檢測(cè)器76接收表示是否有油、致冷劑或泡沫的信號(hào)。控制器100還具有許多其它的傳感器，包括與蒸發(fā)器相聯(lián)并通過(guò)電氣線路122連接于控制器100的傳感器120，用以通過(guò)任何傳統(tǒng)方式檢測(cè)通過(guò)蒸發(fā)器40的ΔT。
大容量的豎直管路70設(shè)置用來(lái)在停機(jī)時(shí)截留非?？拷鼔嚎s機(jī)20的潤(rùn)滑油。在油檢測(cè)傳感器76檢測(cè)出油而保證在壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)可獲得最小體積的潤(rùn)滑油之前，控制系統(tǒng)18不允許壓縮機(jī)起動(dòng)。在非工作期間還檢查油流壓差傳感器84，以防止開(kāi)關(guān)失效或線路故障。
在壓縮機(jī)操作過(guò)程中，潤(rùn)滑油保護(hù)系統(tǒng)的所有三個(gè)關(guān)鍵部件要求有最佳運(yùn)行。這些關(guān)鍵部件是壓差傳感器84、油檢測(cè)傳感器76和排出溫度傳感器110。
排出溫度傳感器110不斷地受監(jiān)控并與傳感器130所確定的飽和冷凝器溫度比較。飽和冷凝器溫度與排出溫度的比較確定一排出過(guò)熱。較低的過(guò)熱條件暗示油分離器24將開(kāi)始分離與潤(rùn)滑劑在一起的液體致冷劑，因而主要是潤(rùn)滑劑的混合物將變得太稀釋。控制器100具有一“跳閘時(shí)間”積分(integral)，從而，如果認(rèn)為過(guò)熱已太長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)低狀態(tài)，則系統(tǒng)10將安全地停機(jī)。低于該點(diǎn)不允許有不確定的操作的過(guò)熱值以及總的積分跳閘點(diǎn)均通過(guò)對(duì)一實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性試驗(yàn)來(lái)確定。
差壓傳感器84檢測(cè)跨越在軸承供給管路74中的節(jié)流孔82和單向閥80的壓力。對(duì)于與所需最小油流率相關(guān)的一轉(zhuǎn)換點(diǎn)，校準(zhǔn)差壓傳感器84，而且傳感器84一般指示是否存在最小油流率。節(jié)流孔82用來(lái)提供壓降來(lái)表示實(shí)際流率，同時(shí)與流到轉(zhuǎn)子21的潤(rùn)滑油相比較，平衡流到轉(zhuǎn)子23的潤(rùn)滑油。由于前面的壓縮機(jī)20具有位于壓縮機(jī)內(nèi)的節(jié)流孔，所以去除在壓縮機(jī)20之外的節(jié)流孔82通過(guò)延長(zhǎng)潤(rùn)滑油處于較低壓力的停留時(shí)間，從而在潤(rùn)滑劑進(jìn)入壓縮機(jī)20來(lái)潤(rùn)滑軸承23之前將更多制冷劑釋放成蒸氣，來(lái)提高潤(rùn)滑油質(zhì)量。較長(zhǎng)的停留時(shí)間有助于蒸發(fā)仍然夾帶在潤(rùn)滑劑中的任何液體制冷劑，以保證用包含高濃度的潤(rùn)滑劑的液體來(lái)潤(rùn)滑壓縮機(jī)20。在正常操作中，始終監(jiān)控壓力傳感器84，而且如果在多于預(yù)定時(shí)間的期間內(nèi)(諸如，兩秒)失去流動(dòng)，那么將關(guān)閉系統(tǒng)10。
以前，只將潤(rùn)滑油檢測(cè)器傳感器76用作二進(jìn)制級(jí)開(kāi)關(guān)使用，但是在本發(fā)明中還用作對(duì)于泡沫質(zhì)量的模擬傳感器。這在下面詳述。
在大多數(shù)正常操作情況下，在轉(zhuǎn)子供給管路72中流動(dòng)的潤(rùn)滑油只有少量蒸氣，而且一般此流體很清楚只有少量氣泡或泡沫存在。
參照?qǐng)D2，傳感器76運(yùn)用紅外線LED(發(fā)光二極管)150和匹配紅外線檢測(cè)器152，結(jié)合具有暴露于轉(zhuǎn)子供給管路72的界面156的圓錐形玻璃棱鏡154。由于當(dāng)光通過(guò)玻璃到蒸氣界面(與玻璃到液體界面相反)時(shí)，與光的折射率相關(guān)的特性，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子供給管路72中存在蒸氣時(shí)，將來(lái)自LED150的光反射回到檢測(cè)器152，或者當(dāng)在轉(zhuǎn)子供給管路72中存在潤(rùn)滑油時(shí)只在一定程度上反射。然后，檢測(cè)器152控制對(duì)于離散二進(jìn)制輸出的開(kāi)收集器晶體管。關(guān)狀態(tài)(或高輸出)暗示干燥，如在管路160處的一液位所示，同時(shí)在開(kāi)狀態(tài)(或低輸出)暗示潮濕，如在管路162處的一液位所示。先前，在美國(guó)專利5,278,426(授予Barbier)中已提出該原理，在此結(jié)合該專利僅供參考。在這些以前的運(yùn)用中，當(dāng)液位已穩(wěn)定從而可以相對(duì)于界面156檢測(cè)液位(如由液位管路160和162所示)時(shí)，只在起動(dòng)時(shí)使用該傳感器。然而，一旦壓縮機(jī)20開(kāi)始操作，大容量垂直管路70和轉(zhuǎn)子供給管路72內(nèi)部表示液體潤(rùn)滑劑和制冷劑以及造成氣泡164所指示的泡沫混合物的蒸氣狀制冷劑的動(dòng)態(tài)混合。通常，可以不再使用傳感器76，因?yàn)闆](méi)有檢測(cè)到穩(wěn)定液位。本發(fā)明使得在動(dòng)態(tài)環(huán)境中能夠使用普通傳感器來(lái)檢測(cè)泡沫的特性，能證實(shí)在泡沫中存在足夠的潤(rùn)滑劑以保證適當(dāng)?shù)膲嚎s機(jī)操作。
通過(guò)對(duì)傳感器76的內(nèi)部元件進(jìn)行較小的修改來(lái)控制檢測(cè)器152的靈敏度和校準(zhǔn)操作來(lái)調(diào)節(jié)從LED150輸出的LED光，將傳感器76用于泡沫的確定。選擇傳感器76的內(nèi)部元件，從而檢測(cè)器152具有落在所需范圍內(nèi)的增益。根據(jù)要被檢測(cè)的環(huán)境，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定所需增益和所需范圍，并隨著任何特定潤(rùn)滑劑和制冷劑組合而變化。在傳感器76中只使用由滿足所需增益和范圍標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)器152。然后校準(zhǔn)LED150的亮度，以便得到對(duì)于所需標(biāo)準(zhǔn)的正確輸出。經(jīng)校準(zhǔn)的亮度將隨著被檢測(cè)的環(huán)境而變化，特別是上述環(huán)境包括被檢測(cè)的潤(rùn)滑劑和制冷劑組合。
當(dāng)在本發(fā)明的潤(rùn)滑油保護(hù)系統(tǒng)中使用這種經(jīng)校準(zhǔn)傳感器76時(shí)，由于泡沫流體的隨機(jī)特性，導(dǎo)致經(jīng)校準(zhǔn)傳感器76產(chǎn)生非?！案蓴_”信號(hào)，很快再作用于棱鏡154讓運(yùn)動(dòng)的小蒸氣泡以及將光反射回到檢測(cè)器152。當(dāng)在轉(zhuǎn)子供給管路72中的泡沫158的蒸氣成分增加時(shí)，來(lái)自傳感器76的信號(hào)的直流電平也增加。
圖3示出用于處理來(lái)自控制器100中的傳感器76的信號(hào)的方框圖200。由控制器100運(yùn)用特定濾波來(lái)產(chǎn)生代表泡沫成分的模擬值，來(lái)處理該信號(hào)。在控制器100中的軟件中執(zhí)行跳閘時(shí)間功能，以定義超過(guò)其開(kāi)始時(shí)間積分的泡沫含量等級(jí)和積分的最終跳閘值，在該值終止壓縮機(jī)操作。根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定用于保護(hù)等級(jí)的值。
在電線202上提供來(lái)自傳感器76的信號(hào)，并通過(guò)第一階濾波器和分壓器204，它粗略對(duì)信號(hào)濾波并把24 VDC(伏直流電壓)信號(hào)轉(zhuǎn)換成5VDC信號(hào)。如圖3所示，濾波器和分壓器204包括工作電阻器206、200千歐姆電阻器208、30.1千歐姆電阻器210、0.1微法拉電容器212、二極管214和216、100千歐姆電阻器218和15微法拉電容器220。當(dāng)然，這些值依賴于應(yīng)用情況，并作相應(yīng)改變。
在離開(kāi)濾波器和分壓器204之后，由采樣器222在200毫秒的速率下采樣該信號(hào)，而且由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器224把該信號(hào)轉(zhuǎn)換成10位數(shù)字信號(hào)。所得數(shù)字信號(hào)進(jìn)入具有時(shí)間常數(shù)6.4秒的有限脈沖響應(yīng)濾波器226。該濾波器226通過(guò)取最后32個(gè)采樣的流動(dòng)歷史采樣(running historical sample)并根據(jù)下列公式對(duì)它們求平均，來(lái)弄平所得數(shù)字信號(hào)濾波信號(hào)＝最后信號(hào)的1/32+舊平均的31/32向24伏補(bǔ)償器228提供來(lái)自濾波器226的濾波信號(hào)，其中上述補(bǔ)償器228補(bǔ)償傳感器電源電壓的變化來(lái)避免24VDC電源電源變化所導(dǎo)致的誤差，這種誤差一般在19和26VDC范圍內(nèi)。
補(bǔ)償信號(hào)被送到一積分控制器240、一偏移和時(shí)間刻度方塊242以及一積分器244。在較佳實(shí)施例中，由于積分速率與采樣器22所使用的采樣速率200毫秒相同，所以時(shí)間定標(biāo)不是必須的。另外，可以調(diào)節(jié)、按比例分配或同步一個(gè)速率的數(shù)據(jù)，以便與以其他速率采樣的數(shù)據(jù)相等。
用方塊242的偏置部分來(lái)建立所需潤(rùn)滑劑特性等級(jí)。當(dāng)然，可以建立多個(gè)這樣的等級(jí)，或者可將累積的積分用作傳統(tǒng)的模擬信號(hào)。
積分控制240特定778位計(jì)數(shù)的一必須積分等級(jí)，該等級(jí)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的偏置等級(jí)，它將干泡沫與充滿潤(rùn)滑劑的泡沫區(qū)分開(kāi)來(lái)，并與3.8VDC相對(duì)應(yīng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)選擇積分級(jí)778來(lái)避免可能在起動(dòng)階段發(fā)生的階躍等級(jí)以及其它任何線路電平的瞬態(tài)波動(dòng)。能夠在該等級(jí)以上進(jìn)行積分，積分器242將繼續(xù)求出位計(jì)數(shù)與位計(jì)數(shù)保持在778以上時(shí)間的乘積的積分。新位計(jì)數(shù)的積分在573和778位計(jì)數(shù)之間終止，但是將保持已積分?jǐn)?shù)，除非在經(jīng)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)中的位計(jì)數(shù)等級(jí)低于573，該位計(jì)數(shù)相當(dāng)于2.8VDC。當(dāng)位計(jì)數(shù)測(cè)量值降到573位計(jì)數(shù)以下時(shí)，積分器244中累積的積分將被清除。在573與778位計(jì)數(shù)之間，累積的積分將被保持，但不會(huì)增加新的積分值。只有在778位計(jì)數(shù)以上，積分控制器240才會(huì)允許位計(jì)數(shù)的累積。
將總的積分作為模擬信號(hào)提供給一比較器246，只要積得的位計(jì)數(shù)超過(guò)3200位計(jì)數(shù)秒，它便會(huì)跳閘。該跳閘計(jì)數(shù)是憑實(shí)驗(yàn)確定的，它對(duì)于任何具體的系統(tǒng)或場(chǎng)合將是變化的。當(dāng)超出跳閘計(jì)數(shù)，要求保護(hù)性措施。
實(shí)質(zhì)上，泡沫在高、低狀態(tài)之間會(huì)造成大量的階躍狀態(tài)，由這種泡沫所造成的大量階躍狀態(tài)被當(dāng)作“顫動(dòng)”來(lái)處理，并被測(cè)量以確定代表管路72中流體的狀態(tài)的模擬信號(hào)。因此，二進(jìn)制傳感器76可提供表示氣泡164特性的模擬輸出。如以上所討論的，與起動(dòng)或靜態(tài)操作相反，新的使用應(yīng)用于動(dòng)態(tài)操作。
所描述的是一種二進(jìn)制傳感器，用新方法來(lái)使用它以便提供模擬信號(hào)，而不是數(shù)字信號(hào)。熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于傳感器的多種變化是顯而易見(jiàn)的，包括將本發(fā)明用于多個(gè)其他應(yīng)用，特別是具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)要求來(lái)監(jiān)測(cè)液體和蒸氣流體的那些應(yīng)用。另外，本發(fā)明在液位傳感器方面可推廣應(yīng)用到需要測(cè)得管路中是否有一定特性泡沫存在的其它領(lǐng)域。其它的變化和改制也是明顯的，特別是考慮到對(duì)圖3的實(shí)施電路和如圖2所示的所選的傳感器的修改和變化。所有這些變化和改制應(yīng)落在所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍之內(nèi)。
需要作為美國(guó)的專利特許證保護(hù)的如下。
權(quán)利要求
1.一種傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)二進(jìn)制傳感器，它發(fā)出代表第一或第二狀態(tài)的信號(hào)；采樣電路，可操作地連到所述二進(jìn)制傳感器，用于監(jiān)測(cè)在采樣期間，在所述第一和第二狀態(tài)之間的階躍量；積分電路，用于累積在時(shí)間段上所述采樣到的階躍量；和信號(hào)發(fā)生電路，用于發(fā)出代表所述累積階躍量的模擬信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述積分電路包括積分控制，它選擇在其之上能積分的累積階躍的第一等級(jí)。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述積分控制實(shí)施一第二等級(jí)，低于所述第二級(jí)清除所述累積階躍。
4.如權(quán)利要求3所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述第二等級(jí)小于所述第一等級(jí)。
5.如權(quán)利要求4所述的二進(jìn)制傳感器，其特征在于，所述采樣電路還包括一濾波器、一分壓器、具有預(yù)定速率的一采樣器和一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，按序連接所有所述元件。
6.一種運(yùn)用傳感器的控制結(jié)構(gòu)，其中所述傳感器具有二進(jìn)制輸出來(lái)監(jiān)測(cè)具有三種狀態(tài)的流體，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括一主發(fā)動(dòng)機(jī)；可操作的來(lái)控制所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的一控制器；測(cè)量是否存在流體并向所述控制器提供二進(jìn)制信號(hào)的一傳感器；所述控制器響應(yīng)于表示是否存在所述流體的所述二進(jìn)制信號(hào)，而且所述控制器通過(guò)監(jiān)測(cè)在所述二進(jìn)制信號(hào)中的二進(jìn)制階躍的速率確定一模擬信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主發(fā)動(dòng)機(jī)具有不運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，而且所述控制器響應(yīng)于處于所述不運(yùn)行狀態(tài)的所述二進(jìn)制信號(hào)，并響應(yīng)于處于所述運(yùn)行狀態(tài)的所述模擬信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6所述的控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傳感器還是液位傳感器，它監(jiān)測(cè)是否存在液體，而且提供表示是否存在所述液體的二進(jìn)制信號(hào)；和所述控制器可操作地連到所述傳感器，而且接收所述二進(jìn)制信號(hào)，所述控制器包括采樣在存在指示信號(hào)和不存在指示信號(hào)之間的二進(jìn)制信號(hào)的階躍速率的元件和將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的元件。
9.如權(quán)利要求6所述的控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述控制器還包括積分所述模擬信號(hào)并響應(yīng)于該積分累積發(fā)出控制信號(hào)的元件。
10.一種運(yùn)用傳感器的方法，其特征在于，包括下列步驟檢測(cè)一狀況；發(fā)送具有第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的二進(jìn)制信號(hào)，它表示所檢測(cè)的狀況；確定主發(fā)動(dòng)機(jī)的第一或第二操作模數(shù)是否有效；響應(yīng)于所述二進(jìn)制信號(hào)的所述第一或第二狀態(tài)，以所述第一操作模式操作所述主發(fā)動(dòng)機(jī)；和響應(yīng)于在所述第一和第二狀態(tài)之間的所述二進(jìn)制信號(hào)的所述階躍速率，以所述第二操作模式操作所述主發(fā)動(dòng)器。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述狀況檢測(cè)步驟包括以第一操作模式檢測(cè)靜態(tài)環(huán)境的一液體等級(jí)，和以第二操作模式檢測(cè)動(dòng)態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)或顫動(dòng)的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，以所述第二操作模式操作所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的所述步驟還包括采樣在第一和第二狀態(tài)之間的階躍速率、把所述速率轉(zhuǎn)換成位計(jì)數(shù)等級(jí)并對(duì)在時(shí)間段的所述位計(jì)數(shù)進(jìn)行積分的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括連續(xù)發(fā)送所述累積積分作為模擬信號(hào)的步驟。
14.一種將數(shù)字傳感器用作模擬傳感器的方法，其特征在于，包括下列步驟用數(shù)字傳感器測(cè)量二進(jìn)制狀態(tài)；持續(xù)發(fā)送表示第一或第二二進(jìn)制狀態(tài)的二進(jìn)制信號(hào)；在第一采樣速率下采樣所述發(fā)送信號(hào)來(lái)確定一位計(jì)數(shù)；積分在時(shí)間段的所述位計(jì)數(shù)的所述乘積；和發(fā)出反映所述積分位計(jì)數(shù)累積的模擬信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，只有所述位計(jì)數(shù)高于第一預(yù)定級(jí)，才執(zhí)行所述積分步驟，和如果所述位計(jì)數(shù)低于比所述第一預(yù)定級(jí)小的第二預(yù)定級(jí)，那么清除所述累積積分。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，以限定速率發(fā)生所述采樣和積分，而且選擇所述采樣速率與所述積分速率相同。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括消除所述采樣信號(hào)的步驟。
18.一種將數(shù)字傳感器用作模擬傳感器的電路，其特征在于，包括一數(shù)字傳感器，發(fā)出具有第一或第二狀態(tài)的二進(jìn)制信號(hào)；采樣電路，用于接收所述二進(jìn)制信號(hào)、用于瞬時(shí)采樣所述二進(jìn)制信號(hào)的狀態(tài)和將所述采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成表示位計(jì)數(shù)的信號(hào)；積分器電路，對(duì)在時(shí)間段的所述位計(jì)數(shù)求積分；和電路，發(fā)送代表所述累積積分的模擬信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的電路，其特征在于，還包括在所述采樣電路中的濾波器和分壓器，和包括在所述積分電路中的積分器控制器來(lái)實(shí)施高于第一位計(jì)數(shù)級(jí)的積分，并清除低于第二位計(jì)數(shù)級(jí)的所述累積積分。
20.如權(quán)利要求19所述的電路，其特征在于，所述數(shù)字傳感器是光液位傳感器。
全文摘要
傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括二進(jìn)制傳感器,它發(fā)出代表第一或第二狀態(tài)的信號(hào);采樣電路,可操作地連到所述二進(jìn)制傳感器,用于監(jiān)測(cè)在采樣期間,在所述第一和第二狀態(tài)之間的階躍量;積分電路,用于累積在時(shí)間段上所述采樣到的階躍量;和信號(hào)發(fā)生電路,用于發(fā)出代表所述累積階躍的模擬信號(hào)。
文檔編號(hào)F25B49/02GK1269880SQ98808893
公開(kāi)日2000年10月11日 申請(qǐng)日期1998年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月5日
發(fā)明者R·W·奧科倫, A·S·阿明, M·A·謝派克 申請(qǐng)人:美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)公司