本發(fā)明大體上涉及用于測量流體流量的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及橢圓齒輪流量計及其使用方法。

背景技術(shù)：

容積式流體測量系統(tǒng)可以用于測量流體流速或體積。例如，分配系統(tǒng)可以使用容積式流量計的反饋以控制所分配的流體的體積?？梢允褂眠@種控制系統(tǒng)代替實時控件，以更準(zhǔn)確地分配精確量的流體。示例性的容積式流量測量系統(tǒng)是如在均轉(zhuǎn)讓給明尼蘇達(dá)州圣保羅市的Ecolab公司的美國專利No.8,166,828、美國專利No.8,069,719和美國專利No.7,523,660中所述的橢圓齒輪流量計，每份文獻(xiàn)全文并入本文中以作為參考。典型的橢圓齒輪流量計提供了一對位于橢圓齒輪腔內(nèi)的橢圓齒輪，從而使得齒輪同步地旋轉(zhuǎn)。在橢圓齒輪流量計中，在旋轉(zhuǎn)的橢圓齒輪和內(nèi)腔壁之間限定了凹處。通常，流體不直接通過齒輪之間，但已知每次旋轉(zhuǎn)期間離開腔的流體體積。相反地，通過測量齒輪旋轉(zhuǎn)次數(shù)可以測量通過齒輪流量計的流體流量的體積。同樣地，可以根據(jù)齒輪旋轉(zhuǎn)的速度而確定流速。

可以以很多不同的方式來測量齒輪的旋轉(zhuǎn)計數(shù)和/或旋轉(zhuǎn)速度。例如，定時齒輪系統(tǒng)可以位于橢圓齒輪流量計的外部，以測量橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)并且產(chǎn)生表示流體的體積流速的適當(dāng)信號。使用定時齒輪系統(tǒng)的橢圓齒輪流量計和其它容積式流量計通常具有齒輪腔，齒輪腔包括一個或多個用于軸的軸孔，所述軸將齒輪耦聯(lián)至外部定時齒輪。在其它情況下，一些齒輪流量計替代地使用設(shè)置在基本密封腔外側(cè)的非接觸式傳感器，以確定腔內(nèi)的齒輪旋轉(zhuǎn)。例如，已經(jīng)使用非接觸式磁傳感器來測量齒輪旋轉(zhuǎn)。

在轉(zhuǎn)讓給圣保羅市的Ecolab公司的美國專利No.7,523,660中記載了非接觸式傳感器的另一實例，該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容全文并入本文中以作為參考。由于觸發(fā)裝置響應(yīng)于流體流動而旋轉(zhuǎn)，因此由永磁鐵產(chǎn)生的磁場也旋轉(zhuǎn)。例如GMR傳感器(巨磁阻效應(yīng)傳感器)的磁傳感器感測磁場的旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生表示齒輪旋轉(zhuǎn)的輸出信號。當(dāng)分別對照已知體積或體積流速、齒輪的旋轉(zhuǎn)計數(shù)或轉(zhuǎn)速進(jìn)行校準(zhǔn)時，齒輪流量計會有助于測量流動特征。一個或多個GMR傳感器元件可以用于監(jiān)視觸發(fā)輪的旋轉(zhuǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一些實施例包括流量測量系統(tǒng)。流量測量系統(tǒng)可以包括一對旋轉(zhuǎn)部件，所述旋轉(zhuǎn)部件響應(yīng)于待由流量測量系統(tǒng)測量的流體流動而同步地旋轉(zhuǎn)。至少一個旋轉(zhuǎn)部件可以包括適于沿著朝向檢測器的方向反射入射光束的垂直反射部。在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)部件可以沿著與垂直反射部的平面的垂直方向“N”平行的方向反射光束。至少一個旋轉(zhuǎn)部件還包括適于沿著遠(yuǎn)離檢測器的方向反射入射光束的非垂直反射部。在一些實施例中，非垂直反射部可以沿著與垂直反射部的平面的垂直方向“N”不平行的方向反射入射光束。流量測量系統(tǒng)可以根據(jù)由垂直反射部反射的光束的光學(xué)特性而確定旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)特性。流量測量系統(tǒng)根據(jù)旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)特性而確定流量特性。

在一些實施例中，流量測量系統(tǒng)包括流體地耦聯(lián)至流體入口和流體出口的殼體。殼體可以限定用于流體流動的通道。第一旋轉(zhuǎn)部件和第二旋轉(zhuǎn)部件可以設(shè)置在殼體內(nèi)。第二旋轉(zhuǎn)部件可以與第一旋轉(zhuǎn)部件相互嚙合。

在一些實施例中，傳感器操作地連接至殼體并且與垂直反射部光學(xué)地對齊。傳感器可以測量由垂直反射部反射的光束的光學(xué)特性。傳感器可以基于由垂直反射部反射的光束的光學(xué)特性而確定指示第一旋轉(zhuǎn)部件或第二旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的旋轉(zhuǎn)計數(shù)、第一旋轉(zhuǎn)部件或第二旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)速度中的至少一者。

在一些實施例中，流量測量系統(tǒng)的傳感器包括發(fā)射器和檢測器。發(fā)射器可以至少朝向垂直反射部發(fā)射電磁輻射，而檢測器可以檢測由垂直反射部反射的電磁輻射。檢測器可以定向成使得檢測器的至少一個表面平行于垂直反射部的平面。檢測器的表面可以截獲由垂直反射部反射的電磁輻射。

在一些實施例中，非垂直反射部包括多個凹槽，每個凹槽適于沿著遠(yuǎn)離檢測器的方向反射入射光束。在一些實施例中，多個凹槽可以沿著與垂直反射部的平面的垂直方向“N”不平行的方向反射入射光束。多個凹槽的每一個可以均具有三角形橫截面。多個凹槽中的每個均可以具有由凹槽的第一傾斜表面和第二傾斜表面限定的凹槽角度。在某些實施例中，凹槽角度不等于90度。電磁輻射的第一光束可以入射在凹槽的第一傾斜表面上。電磁輻射的第一光束可以由第一傾斜表面朝向第二傾斜表面反射。第二傾斜表面可以沿著與垂直反射部的平面的垂直方向“N”不平行的方向反射電磁輻射的第一光束。在一個實施例中，凹槽圍繞旋轉(zhuǎn)部件的軸線以螺旋方式設(shè)置。在另一實施例中，凹槽圍繞旋轉(zhuǎn)部件的軸線同心地設(shè)置。在另一實施例中，凹槽圍繞旋轉(zhuǎn)部件的軸線徑向地設(shè)置。

下文在附圖和說明書中示出了本發(fā)明的一個或多個實施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明書、附圖和權(quán)利要求，其它特征、目的和優(yōu)點將變得顯而易見。

附圖說明

下列附圖示出了本發(fā)明的特定實施例，因而未限制本發(fā)明的范圍。附圖并不一定按比例繪制(除非明確說明)，并且旨在與下文詳細(xì)說明書中的闡述結(jié)合使用。下文將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的容積式流量計的前視圖。

圖2是圖1的容積式流量計的后視透視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪流量計的分解透視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪的分解透視圖；

圖5是圖4的橢圓齒輪的前視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪的前視透視圖；

圖7A是根據(jù)第一實施例的橢圓齒輪的透視圖；

圖7B和7C是圖7A的橢圓齒輪的一部分的前視圖，其示出了來自垂直反射部和非垂直反射部的光束反射；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪的透視圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪的透視圖；

圖10是沿著圖7A、8和9的線G-G獲取的橢圓齒輪的一部分的截面視圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪的透視圖；以及

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的橢圓齒輪的透視圖。

具體實施方式

下文詳細(xì)說明書本質(zhì)上是示意性的，并且不意于以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或結(jié)構(gòu)。相反地，下文說明書提供了用于實施本發(fā)明的示例性實施例的一些實際說明。對于所選的元件提供了結(jié)構(gòu)、材料、尺寸和生產(chǎn)過程的實例，而所有的其它元件對于本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是已知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到許多提及的實例具有各種合適的替代方案。

圖1-2示出了根據(jù)一些實施例的容積式流量計10的前視圖和后視透視圖。容積式流量計10可以流體地耦聯(lián)至流體系統(tǒng)(未示出)，以用于測量162流體流動的各個特性(例如，體積、流速、流動方向等)。容積式流量計10可以與例如清潔劑、消毒殺菌劑、生物流體等的流體結(jié)合使用。容積式流量計10可以用于例如流體分配系統(tǒng)、流體流動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等的流體系統(tǒng)中。例如，容積式流量計10可以用來測量用于清潔和/或消毒各種設(shè)施(例如，衛(wèi)生保健設(shè)施、食物和飲料產(chǎn)業(yè)、公共設(shè)施、公共機構(gòu)等)的清潔溶液的體積、濃度和流速。在這些情況下，監(jiān)視流量的特征可以防止在清潔或消毒操作期間發(fā)生產(chǎn)品用盡的情況。在一個實施例中，容積式流量計10可以是橢圓齒輪流量計100，如圖3中所示。通過允許流體流移動橢圓齒輪流量計100的一個或多個部件，橢圓齒輪流量計100可以測量流體流的一個或多個特性。

繼續(xù)參考圖3，橢圓齒輪流量計100具有殼體102。殼體102可以包括與流體系統(tǒng)流體連通的一個或多個流動通道104、106。一個或多個凸緣108可以允許經(jīng)由緊固件(例如，螺釘、螺栓等，未示出)而將橢圓齒輪流量計100安裝在支撐表面(例如，壁，未示出)上。如圖3中可見的，殼體102包括與流體系統(tǒng)的流動通道流體連通的底部110。底部110可以在其中限定腔112以收納一對齒輪114、116。在一些實施例中，腔可以具有腔入口118和腔出口120。在圖3所示的實施例中，流體經(jīng)由流動通道104而進(jìn)入腔入口118中。流體經(jīng)由腔出口120和流動通道106流出。

使用大量緊固件124(例如，螺栓和螺母、螺釘?shù)?而將蓋122固定至底部110?？梢允褂镁o固件124將蓋122可移除地連接至底部110。作為替代，蓋122可以固定地連接或永久地結(jié)合至底部110(例如，經(jīng)由粘合劑、塑料焊接等)。如圖3中所示，蓋122和底部110封裝分隔部件126，由此將分隔部件126固定162在腔上，因而不再需要使用緊固件(例如，螺釘、螺栓等)將分隔部件126直接緊固至底部110。當(dāng)分隔部件設(shè)置在底部110和蓋122之間時，分隔部件126形成了不透流體的密封件(例如，經(jīng)由密封件128、130)，并且防止流體接觸蓋122。作為替代，可以使用緊固件、粘合劑等將分隔部件126耦聯(lián)至底部110。兩個密封件(例如，彈性體O形環(huán))128、130分別抵接分隔部件126的位于底部110和分隔部件126之間的內(nèi)表面以及位于蓋122和分隔部件126之間的外表面，以進(jìn)一步提供不透流體的密封件。由于底部110和蓋122之間的可移除耦聯(lián)，操作者可以接近分隔部件126，以清潔或更換分隔部件126。在一些情況下，可以移除一個分隔部件126(例如，耐酸的分隔部件)并且使用另一分隔部件126(例如，耐堿的分隔部件)進(jìn)行更換，以使得橢圓齒輪流量計100與各種材料兼容。

分隔部件126可以由以下材料制成，例如玻璃、藍(lán)寶石、硼硅酸鹽、聚甲基戊烯、聚砜、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚碳酸酯(鹽)、聚酯、PVC、丙烯酸玻璃等。此外，分隔部件126可以由對于流動通過腔的流體生物兼容和/或在化學(xué)上具有足夠惰性的一種或多種材料制成。例如，如果通過腔的流體包括大范圍pH值的化學(xué)物質(zhì)(酸、堿或有機物質(zhì))、氧化劑或者其它腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，則分隔部件126可以由例如藍(lán)寶石或硼硅酸鹽的惰性材料制成。還可以使用本領(lǐng)域中已知的其它材料。分隔部件126可以由與蓋122相同的材料制成。作為替代，分隔部件126可以由與蓋122不同的材料制成。例如，蓋122可以由可模制塑料材料制成，例如聚甲基戊烯、聚砜、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚碳酸酯(鹽)、聚酯和/或PVC。

分隔部件126可以具有適用于各種流體和操作狀況的屬性。例如，分隔部件126可以呈平面狀(例如，薄片狀或板狀)，其中厚度為數(shù)毫米。在一個實例中，分隔部件126的厚度可以小于約15毫米。在另一實例中，厚度介于約1毫米和約2毫米之間?？梢砸庾R到，可以適當(dāng)?shù)厥褂萌魏纹渌穸?。分隔部?26還可以具有適用于各種流體的適當(dāng)機械屬性(例如，沖擊阻力、硬度、密度等)以及熱屬性(例如，導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)等)。如圖3中可見的，橢圓齒輪流量計100包括第一齒輪114和第二齒輪116。作為替代，其它容積式流量計可以包括適于響應(yīng)于流體流動而同步地旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)部件和第二旋轉(zhuǎn)部件。隨后，在流體流過腔、經(jīng)由腔入口進(jìn)入162和經(jīng)由腔出口離開時，基于第一齒輪114和第二齒輪116(或其它旋轉(zhuǎn)部件)的旋轉(zhuǎn)可以測量例如總體積、流速和流動方向的特性。在所示的實施例中，第一齒輪114和第二齒輪116呈橢圓形(例如，橢球形)，具有第一長軸132和第二長軸134。在替代實施例中，第一齒輪114和第二齒輪116可以具有任意形狀(例如，圓形、狗骨形、瓣形、螺旋形等)。在圖3所示的實施例中，第一齒輪114和第二齒輪116包括位于第一齒輪114和第二齒輪116的外周上的多個齒輪齒136。第一齒輪114的齒136和第二齒輪116的齒在第一齒輪114和第二齒輪116的外周的一部分上彼此嚙合。由于相互嚙合的齒輪齒136，第一齒輪114和第二齒輪116同時圍繞第一長軸和第二長軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一定體積的流體進(jìn)入腔內(nèi)并且撞擊在第一齒輪114和第二齒輪116上時，第一齒輪114和第二齒輪116開始旋轉(zhuǎn)。隨著第一齒輪114和第二齒輪116轉(zhuǎn)動，第一齒輪和第二齒輪由于齒136靠近腔壁而截獲在腔內(nèi)的流體體積。由于腔壁幾乎抵接至少一個齒輪齒136上的最外點，在其旋轉(zhuǎn)期間，該體積的流體被截獲在腔壁和齒136的表面之間，并且從腔入口118掃至腔出口120。而且，由于在旋轉(zhuǎn)運動期間第一齒輪114和第二齒輪116相互嚙合，沒有流體通過第一齒輪114和第二齒輪116之間。

在一些實施例中，第一齒輪114和第二齒輪116可以由例如模制聚合物的材料制成。作為替代或作為附加，第一齒輪114和第二齒輪116可以由抗化學(xué)腐蝕的材料制成。例如，如果使用橢圓流量計100來監(jiān)視流體(例如，濃縮清潔劑、消毒殺菌劑、漂洗輔助物等)的流動特性，則第一齒輪114和第二齒輪116可以由例如聚醚醚酮(PEEK)的模制或加工塑料和/或陶瓷制成。第一齒輪114和第二齒輪116可以由其它材料制成，例如具有所需耐用性、溫度容限特性、熱膨脹系數(shù)、濕氣吸收特性和化學(xué)惰性的聚合物或結(jié)晶熱塑性塑料(例如，聚醚酰胺、聚苯硫醚等)。此外，第一齒輪114和第二齒輪116可以由適用于包括生物流體的流體系統(tǒng)的生物相容材料制成。

在一些示例性的實施例中，第一齒輪114和第二齒輪116可以不包括任何齒輪齒136，并且第一齒輪114和第二齒輪116中每一個可以具有彼此接觸的光滑外表面。這些實施例可以適于測量162流體的流動特性，所述流體的粘性能夠防止第一齒輪114和第二齒輪116之間打滑。作為替代，具有相互嚙合齒輪的第一齒輪114和第二齒輪116可以幫助測量162與防止齒輪打滑的流體相比粘性更低和/或潤滑性更高的流體的流動特性。

雖然在圖1-3中未示出，但是流體系統(tǒng)可以包括構(gòu)造成檢測第一齒輪114和第二齒輪116的移動的非接觸式傳感器。在示例性的實施例中，非接觸式傳感器可以定位在蓋122上或者操作地與其相連。各種非接觸式傳感器可以集成在流量計內(nèi)，以從腔外側(cè)檢測第一齒輪114和第二齒輪116的移動。在一些實施例中，非接觸式傳感器是光學(xué)傳感器。在轉(zhuǎn)讓給明尼蘇達(dá)州圣保羅市的Ecolab公司的美國專利No.8,069,719中記載了非接觸式光學(xué)傳感器的一個實例，該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容全文并入本文中以作為參考。光學(xué)傳感器可以觀察第一齒輪114和第二齒輪116中任一的光學(xué)特性，并且基于測得的第一齒輪114和第二齒輪116的光學(xué)特性可以確定例如流體體積、流速和/或流動方向的特性。光學(xué)傳感器可以是能夠檢測第一齒輪114和/或第二齒輪116的光學(xué)特性以用于確定第一齒輪114和/或第二齒輪116的旋轉(zhuǎn)位置的任何傳感器。

非接觸式光學(xué)傳感器可以用于測量任何光學(xué)特性，例如反射系數(shù)或透明系數(shù)。在一些實施例中，傳感器可以測量反射系數(shù)。在這些實施例中，光學(xué)傳感器可以包括用于以一個或多個波長發(fā)射電磁輻射的發(fā)射器以及用于檢測從第一齒輪或第二齒輪116的一部分上反射的電磁輻射的檢測器。發(fā)射器可以定位成接收所有或一部分范圍的反射波長的反射電磁輻射。發(fā)射器可以發(fā)射具有任何波長的電磁輻射，例如紫外(UV)光譜、可見光譜、紅外(IR)光譜和其它光譜。在一些實施例中，發(fā)射器可以是激光源、一個或多個鹵素?zé)?、熒光燈或發(fā)射特定波長(例如，550nm、632nm等)的可見輻射的發(fā)光二極管(LED)。作為替代，可以使用發(fā)射紫外輻射(例如，285nm)的UV發(fā)射器(例如，氘燈)或者發(fā)射紅外輻射(例如，920nm、940nm等)的IR源(例如，IR激光器、氙燈等)，以向第一齒輪114和第二齒輪116發(fā)射電磁輻射。在一些實施例中，檢測器可以是光電晶體管。然而，可以使用任何檢測器(例如，IR照相機、UV檢測器、光電二極管等)來檢測反射波長。作為替代，傳感器可以測量透明系數(shù)。在這些實施例中，光學(xué)傳感器可以包括如上所述的發(fā)射器以及用于檢測從第一齒輪或第二齒輪116的一部分透射的電磁輻射的檢測器。檢測器可以是上述且本領(lǐng)域中已知的任何檢測器。發(fā)射器和檢測器可以設(shè)置成使得發(fā)射器朝向第一齒輪或第二齒輪116的一側(cè)(例如前側(cè))定位，而檢測器朝向第一齒輪或第二齒輪116的相對側(cè)定位。本發(fā)明的替代實施例可以以類似的方式(例如，適當(dāng)?shù)囟ㄏ虬l(fā)射器以用于朝向第一齒輪114和/或第二齒輪116的一部分發(fā)射電磁輻射以及適當(dāng)?shù)囟ㄏ驒z測器以用于測量162所需的光學(xué)特性)而測量其它光學(xué)特性，例如吸收系數(shù)、散射因子等。

在一些實施例中，分隔部件126對于已發(fā)射和已反射的電磁輻射的至少一部分光譜(例如，300-700nm、700-1100nm、1100-2500nm等)而言可以是基本上透明的。作為替代，分隔部件126的一部分對于已發(fā)射和已反射的電磁輻射的至少一部分光譜可以是基本上透明的。在一些實施例中，濾光器(未示出)可以限制背景輻射進(jìn)入162傳感器和/或橢圓齒輪流量計100。在一些實施例中，濾光器可以是沉積在蓋122和/或分隔部件126上的薄膜。濾光器的透明系數(shù)可以在各個光譜范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以使得背景輻射對所需光學(xué)特性的測量的干擾162最小化。

分隔部件126可以與濾光器、光學(xué)傳感器以及第一齒輪114和第二齒輪116對準(zhǔn)，以通過分隔部件126和/或濾光器的一部分而向光學(xué)傳感器提供對第一齒輪114和第二齒輪116的至少一部分的觀察。分隔部件126和蓋122也可以是至少部分透明的，以允許操作者視覺地觀察流量計的操作。在一個實例中，蓋122和分隔部件126可以由透射足夠量可見光的材料制成，從而通過蓋122和分隔部件126可辨別第一齒輪114和/第二齒輪116。在另一實例中，蓋122和分隔部件126基本上可透過可見光，從而通過蓋122和分隔部件126完全或基本上完全可見第一齒輪114和/或第二齒輪116。作為替代，蓋122和分隔部件126是部分透明的(例如，半透明的)，以允許人至少辨識第一齒輪114和/或第二齒輪116的移動。在圖3中最佳地示出的一些實施例中，分隔部件126可以定位在光學(xué)孔140的后方。當(dāng)如此定位時，第一齒輪114和/或第二齒輪116的一部分可以通過光學(xué)孔140和分隔部件126而可見。

可以從第一齒輪114和第二齒輪116中至少之一的一部分而測量光學(xué)特性。在一個實例中，可以從第一齒輪114和/或第二齒輪116的第一表面142測量光學(xué)特性。在該實例中，第一表面142的光學(xué)特性在量級上可以與第一齒輪114和/或第二齒輪116的另一者的光學(xué)特性的不同。當(dāng)?shù)谝积X輪114和/或第二齒輪116的第一表面142處于檢測器的視野內(nèi)時，檢測器記錄表示第一齒輪114和/或第二齒輪116的第一表面142的反射系數(shù)的信號。隨著第一齒輪114和第二齒輪116持續(xù)旋轉(zhuǎn)，第二表面144可以出現(xiàn)在檢測器的視野內(nèi)。此時，檢測器記錄表示第一齒輪114和/或第二齒輪116的第二表面144的反射系數(shù)的信號。根據(jù)由于第一表面142和第二表面144的反射系數(shù)引起的信號之間差別，光學(xué)傳感器可以辨識齒輪旋轉(zhuǎn)。

如在轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的美國專利No.8,069,719中所公開的并且如圖4-6中最佳地示出的，插入件146可以定位在第一齒輪114和/或第二齒輪116上，以幫助改善對齒輪旋轉(zhuǎn)的檢測。插入件146向光學(xué)傳感器提供了足夠的對比度，以區(qū)分插入件和齒輪其它區(qū)域的光學(xué)特性。由于插入件未跨越360度，因而在第一齒輪114和/或第二齒輪116的完整旋轉(zhuǎn)期間，插入件146可以經(jīng)由分隔部件126和光學(xué)孔140而在不連續(xù)的持續(xù)期間可見，而不是在齒輪的旋轉(zhuǎn)期間持續(xù)可見。因而，通過計數(shù)插入件146可見時的情況的次數(shù)，可以辨別齒輪旋轉(zhuǎn)。插入件146可以具有任意所需的形狀。在圖4-6所示的實施例中，插入件是豆形的。在一些實施例中，插入件146是白色的，而第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面是黑色的。作為替代，插入件146可以是黑色的，第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面是黑色的。在圖4-6所示的實施例中，第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面是黑色的，而插入件146是白色的。在這些實施例中，插入件146的光學(xué)特性(例如，反射系數(shù)、透明系數(shù)等)可以與第一齒輪114和/或第二齒輪116不同，由此允許傳感器辨識出何時插入件146處于光學(xué)傳感器的視野中。通過測量插入件146的光學(xué)特性，傳感器記錄對應(yīng)于插入件146處于光學(xué)傳感器的視野中時的“插入件計數(shù)”。插入件計數(shù)可以涉及第一齒輪114和/或第二齒輪116的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，由此允許能夠測量齒輪旋轉(zhuǎn)計數(shù)和/或轉(zhuǎn)速。

插入件146以及第一齒輪114和/或第二齒輪116可以分開制造，并且可以將插入件146按壓裝配到第一齒輪114和/或第二齒輪116中，使得插入件與第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面基本上齊平。作為替代或作為附加，插入件146可以模制成形。在圖6中最佳地示出的一些實施例中，插入件146可以定位在內(nèi)環(huán)“I”和外環(huán)“O”之間。如圖6所示，每個插入件可以抵靠在內(nèi)環(huán)“I”和外環(huán)“O”的一部分上。在已定位時，插入件146可以緊貼地固定在第一齒輪114和/或第二齒輪116內(nèi)，并且與第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面基本上齊平。

雖然在圖4-6中未示出，但是第一齒輪114和/或第二齒輪116從發(fā)射器(例如，外部可見源、UV源或IR源)接收電磁輻射的光束。在一些實施例中，插入件146可以構(gòu)造成用于將光束反射至檢測器。返回參考圖3，第一齒輪114和/或第二齒輪116的一部分經(jīng)由本文它處所述的分隔部件126和/或光學(xué)孔140而可見。第一齒輪114和/或第二齒輪116的其它區(qū)域可以使得入射的電磁輻射改變至其它方向。隨著第一齒輪114和/或第二齒輪116旋轉(zhuǎn)，每次插入件146出現(xiàn)在檢測器的視野中時，檢測器從插入件接收到反射光束。在插入件146未出現(xiàn)在檢測器的視野中時的其它情況中，檢測器從第一齒輪114和/或第二齒輪116的其它區(qū)域接收散射光束。根據(jù)由于插入件146的反射產(chǎn)生的信號和由于第一齒輪114和/或第二齒輪116的其它區(qū)域的散射產(chǎn)生的信號之間的任何差別，可以測量第一齒輪114和/或第二齒輪的旋轉(zhuǎn)計數(shù)和/或轉(zhuǎn)速。

在一些情況下，由于插入件146的反射導(dǎo)致的信號可能不具有足夠的精確度以測量一些類型的流動。作為替代或作為附加，插入件146可以不安裝成與第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面齊平，導(dǎo)致齒輪旋轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)不穩(wěn)定的信號。此外，插入件會增大制造成本。在一些實施例中，插入件146可以替換為機加工在第一齒輪114和/或第二齒輪116的表面上的圖案。圖7A-13示出了適于用作根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的第一齒輪或第二齒輪116的橢圓齒輪200的各個視圖。雖然圖7A-13中示出了橢圓齒輪200，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，參考圖7A-13所述的實施例可用于任何容積式流量計的旋轉(zhuǎn)部件。

在圖7A-13所示的實施例中，插入件146替換為橢圓齒輪200的表面上的與非垂直反射部152并置定位的一個或多個垂直反射部150。如本文中所使用的，垂直反射指的是反射射線到達(dá)檢測器202。換句話說，如果電磁輻射光束朝向檢測器202反射，則這種反射稱為“垂直”反射。作為替代，如果在遠(yuǎn)離檢測器202的方向上反射電磁輻射光束，則這種反射稱為非垂直反射。圖7B和7C示出了在不同情況下與橢圓齒輪200并置定位的發(fā)射器201和檢測器202。來自發(fā)射器201的電磁輻射到達(dá)橢圓齒輪200的垂直反射部150處。由垂直反射部150反射的光束被引導(dǎo)朝向檢測器202。在一些情況下，可以選擇相對于垂直方向“N1”、“N2”、“N3”、“N4”和“N5”的“入射角A_i”，以最優(yōu)化到達(dá)檢測器202的反射光束的強度。在最優(yōu)的入射角處，來自橢圓齒輪200的垂直反射部150的反射可以產(chǎn)生朝向檢測器202指向的強度均勻的光束。

垂直反射部150可以將電磁輻射的光束反射至檢測器202，由此幫助測量齒輪旋轉(zhuǎn)計數(shù)和/或速度。垂直反射部150未擴展至橢圓齒輪200的整個外周(例如，360度旋轉(zhuǎn))。在圖7A中所示的實施例中，垂直反射部擴展至橢圓齒輪200的外周“D”的約四分之一至二分之一。因而，隨著橢圓齒輪200旋轉(zhuǎn)，垂直反射部150間斷地出現(xiàn)在檢測器的視野中。例如，橢圓齒輪200每完整旋轉(zhuǎn)一次，垂直反射部150可以在檢測器的視野中出現(xiàn)一次。垂直反射部150可以維持以比橢圓齒輪200完成一次完整旋轉(zhuǎn)所需的時間小的時間間隔出現(xiàn)在檢測器的視野中。結(jié)果，在橢圓齒輪200旋轉(zhuǎn)期間，垂直反射部150反射的光束間斷地照射在檢測器上。通過對檢測器接收到的由于垂直反射部150的反射產(chǎn)生的信號時的情況進(jìn)行計數(shù)，可以確定橢圓齒輪200的旋轉(zhuǎn)計數(shù)和/或轉(zhuǎn)速。例如，垂直反射部150可以以旋轉(zhuǎn)間隔的一部分出現(xiàn)在檢測器的視野中。旋轉(zhuǎn)間隔可以對應(yīng)于橢圓齒輪完成一次旋轉(zhuǎn)(即掃過約360度角度以完成一次旋轉(zhuǎn))所需的時間。換句話說，當(dāng)電磁輻射的光束入射在垂直反射部150上時，在第一方向“E”上反射入射光束。在一些實施例中，如圖7B中最佳地示出的，第一方向“E”與垂直方向“N”形成角度“A_r”。在一些實施例中，如果檢測器與光束發(fā)射器201一致(例如，單個光學(xué)裝置用作發(fā)射器201和檢測器202二者)，則第一方向“E”平行于垂直方向“N”，而反射光束與入射光束方向“C”形成約180度角。

圖7C示出了從非垂直反射部152的反射。非垂直反射部152相對于入射光束非一致地定向，并且大部分反射光束未到達(dá)檢測器202。非垂直反射部152在遠(yuǎn)離檢測器202的方向上(例如，遠(yuǎn)離檢測器202)反射電磁輻射。如圖7A所示，非垂直反射部152在第二方向“F”上反射電磁輻射。在一些實施例中，第二方向“F”與入射光束“C”的方向形成的角度不等于約180度。第二方向“F”可以與入射光束“C”的方向形成不同于180度的任何角度。如果檢測器定位成與垂直方向“N”呈直線，則檢測器可以檢測由垂直反射部150反射的光束，而非垂直反射部152反射的光束不會照射檢測器或者以其它方式被檢測器感測到。

當(dāng)垂直反射部150處于檢測器(例如，光電晶體管、照相機等)視野中時，其記錄反射信號。例如，檢測器的表面可以平行于垂直反射部150的平面。檢測器的表面可以截獲由垂直反射部150反射的電磁輻射。相反地，如果非垂直反射部152處于檢測器的視野中，則其沿著與檢測器不成直線的方向反射電磁輻射，并且檢測器不能記錄信號?；诋?dāng)垂直反射部150處于視野中時檢測器記錄的信號以及當(dāng)垂直反射部150不處于視野中時檢測器記錄的信號之間的差別，可以確定旋轉(zhuǎn)計數(shù)和/或轉(zhuǎn)速。

在一些實施例中，垂直反射部150由與橢圓齒輪200的材料相同的材料制成。盡管示出為呈豆形，但是垂直反射部150可以具有任何形狀，并且定位在橢圓齒輪的表面上的任意位置處。垂直反射部150基本上是平面狀的，并且與橢圓齒輪200的表面210齊平，如圖7A中所示。作為替代，垂直反射部150可以比橢圓齒輪200的表面210高約1/1000英寸(即1密耳)或約1/500英寸(即2密耳)。垂直反射部150可以模制制成。模具可以形成反射系數(shù)介于約1％和約30％之間的基本反射表面。在一些實施例中，基本反射表面的反射系數(shù)介于約5％和約20％之間。

如圖7A-9中可見的，非垂直反射部152可以包括螺旋、徑向和同心的凹槽154或者銷156(如圖11和12中可見)。如圖7A中所示，橢圓齒輪200包括多個螺旋凹槽154，以增強對由垂直反射部150反射的光束的檢測。在圖10所示的實施例中，凹槽154的高度為“H”，而相鄰凹槽154間隔的間距為“P”。如圖10中可見的，凹槽154可以成形為使得其在相鄰的第一傾斜表面158和第二傾斜表面160之間限定凹槽角“A”。電磁輻射可以入射在凹槽154的傾斜表面上(例如，靠近峰部“X”或谷部“Y”)，并且由基于凹槽角“A”的角度反射。例如，電磁輻射的第一光束可以入射在凹槽的第一傾斜表面158上。隨后，電磁輻射的第一光束可以由第一傾斜表面158朝向第二傾斜表面160反射。第二傾斜表面160還可以沿著與垂直方向“N”不平行的方向(即，沿著第二方向“F”)反射電磁輻射的第一光束。在所示的實施例中，高度“H”可以介于約0.1毫米和約2毫米之間。間距“P”可以在介于約0.3毫米和約6毫米之間。凹槽角“A”可以介于約90度和約150度之間。然而，可以使用任何高度、間距和凹槽角。

不受任何特定限定的約束，可以選擇凹槽154的尺寸、角度和間距，以便通過使由非垂直反射部152反射的光束遠(yuǎn)離檢測器轉(zhuǎn)向，從而區(qū)分由檢測器檢測得的由垂直反射部150的反射產(chǎn)生的信號。現(xiàn)在參考圖10，在一些實施例中，凹槽角“A”可以是除了90度以外的任何角度，以防止電磁輻射的入射光束被凹槽154(例如，通過在凹槽的第一表面和第二表面上的多次反射)反射回至檢測器。此外，可以選擇電磁輻射的入射方向“C”，以避免從凹槽154反射返回至檢測器的這種反射。例如，凹槽154可以設(shè)計成使得凹槽角“A”等于30度。作為替代，凹槽角“A”可以是40度。在替代實施例中，凹槽半角A/2可以是除了45度之外的任何角度。

返回參考圖7A和參考圖10，螺旋凹槽154可以包含在環(huán)162內(nèi)。凹槽154可以限定為使得它們覆蓋122環(huán)162的整個外周。例如，螺旋圍繞橢圓齒輪200的軸線“Z”跨越360度。作為替代，凹槽154可以關(guān)于軸線“Z”對稱設(shè)置，而不覆蓋122環(huán)162的整個外周。凹槽154可以形成為使得環(huán)162和凹槽154的峰部“X”高于橢圓齒輪200的表面。例如，環(huán)162和峰部“X”可以比橢圓齒輪200高約1/1000英寸(即1密耳)至約1/500英寸(即2密耳)。相鄰的峰部“X”的高度可以與環(huán)162的高度相同。作為替代，峰部“X”和環(huán)162可以與橢圓齒輪200的表面具有相同的高度。凹槽154可以形成為使得凹槽154的谷部“Y”低于峰部“X”、環(huán)162以及橢圓齒輪200的表面的高度。

圖11示出了根據(jù)另一實施例的橢圓齒輪200。在所示的實施例中，代替凹槽154的是，橢圓齒輪的非垂直反射部152包括從其延伸的多個銷156。在所示的實施例中，銷156的形狀為錐形。然而，銷156可以具有任意形狀，例如圓柱形、半球形、金字塔形或不規(guī)則形狀。不受任何理論的限制，可以使用防止電磁輻射的入射光束垂直地反射回(例如，相對于入射光束形成180度角的反射光束)檢測器的任意形狀。

銷156可以以任何方式設(shè)置?？梢允褂迷诜谴怪狈较蛏咸峁┳顑?yōu)電磁輻射反射的銷156的任何設(shè)置。在所示的實施例中，銷156設(shè)置成隨機交錯地布置在橢圓齒輪的中心部分處。在其它實例中，可以圍繞外周周期性地布置銷156。作為替代，銷156可以設(shè)置成使得它們限定同心、徑向或螺旋的曲線。銷156可以由與橢圓齒輪200相同的材料制成。例如，銷156可以由PEEK制成。正如橢圓齒輪200的表面的情況，銷156還可以具有反射性涂層(finish)并且可以呈黑色或其它暗色。銷156可以在用于形成橢圓齒輪200的模制過程期間形成。

雖然圖7A-11中所示的實施例包括凹槽154和銷156，但是其它非垂直反射部152可以包括孔、凹陷部等，如圖12中所示。雖然孔164之間的區(qū)域可以吸收或“截獲”入射電磁輻射(例如，由于多次內(nèi)部反射)，但是仍然可以使用非垂直反射部152。孔、凹陷部等可以通過適于機加工例如PEEK的聚合物的機加工工具而在橢圓齒輪200的模制部分上機加工形成。例如圖7A-13中所示的實施例可以幫助消除插入件，由此使得與具有插入件的橢圓齒輪相比該橢圓齒輪具有更少的部件和更低的成本。在沒有插入件的情況下，還可以消除由于不正確地將插入件接合在齒輪上而引起的測量不確定性。在其它實施例中，垂直反射部150可以被拋光(polished)，如圖11和圖12所示，而圍繞銷156或孔164的區(qū)域具有作為基底的和/或未拋光的表面涂層。電磁輻射可以由拋光區(qū)域(例如垂直反射部150)反射。電磁輻射將從基底區(qū)域散射。散射可以形成來自拋光區(qū)域的信號和來自基底區(qū)域的信號(例如，由圖7B和圖7C的檢測器202所感測到)之間的差別，由此允許檢測齒輪旋轉(zhuǎn)。

本文公開的橢圓齒輪流量計的實施例可以幫助監(jiān)視和測量不同系統(tǒng)中的流動的特性。例如，可以使用橢圓齒輪流量計來檢測化學(xué)濃度、或檢測和測量流量體積、體積流速和其它特性，以防止在大量應(yīng)用中出現(xiàn)產(chǎn)品耗盡的情況。本文所示的實施例可以實現(xiàn)提高測量精確性。橢圓齒輪流量計的簡單設(shè)計可以使得制造成本低。

因而，公開了本發(fā)明的實施例。雖然已經(jīng)參考特定公開的實施例相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是所公開的實施例僅出于說明的目的，而非限制性的，本發(fā)明的其它實施例也是可行的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到可以進(jìn)行各種改變、適應(yīng)和修改，而不脫離本發(fā)明的精神。