步进电机测量仪

阅读:2发布:2021-12-04

专利汇可以提供步进电机测量仪专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种测量仪,其包含 外壳 及装配件,所述装配件具有入口、内部流径及出口。 传感器 与所述内部流径 流体 连通且测量所述流径中的流体的特性。控制单元与所述 压 力 传感器 电连通、从所述 压力传感器 接收输出且基于接收到的输出而产生命令。步进 电机 具有 转子 轴且与所述控制单元电连通,所述转子轴具有操作性地连接到其的指示器 指针 。电力供应器与所述压力传感器、所述电机及所述控制单元电连通以用于向其供应电力。所述控制单元将所述命令发射到所述步进电机,所述步进电机从所述控制单元接收所述命令且根据所述命令驱动所述转子轴,从而经由所述指针显示感测到的特性。,下面是步进电机测量仪专利的具体信息内容。

1.一种测量仪,其包括:
外壳
装配件,其具有入口、内部流径及出口;
传感器,其与所述内部流径流体连通,所述传感器适于测量所述内部流径中的流体的特性且输出表示所述所测得特性的值的信号
控制单元,其与所述传感器信号通信,所述控制单元适于从所述传感器接收所述输出且基于所述传感器的所述输出而输出命令信号;
步进电机,其适于使转子轴旋转,所述步进电机与所述控制单元信号通信;
供应器,其与所述压力传感器及所述控制单元电连通;以及
指示器指针,其安装到所述转子轴;
其中所述控制单元将所述命令信号发射到所述步进电机;
其中所述步进电机从所述控制单元接收所述命令信号且根据所述命令信号驱动所述转子轴。
2.根据权利要求1所述的测量仪,其中所述传感器输出包括模拟信号
3.根据权利要求2所述的测量仪,其中所述控制单元适于将所述模拟信号转换成数字信号
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的测量仪,其中所述控制单元包括微控制器
5.根据权利要求4所述的测量仪,其中所述微控制器包含存储器
6.根据权利要求4或5所述的测量仪,其中所述微控制器包含经配置以用于控制所述步进电机的可执行程序。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的测量仪,其中所述命令包含所述步进电机的驱动方向。
8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器包括应变测量仪。
9.根据权利要求8所述的测量仪,其中所述应变测量仪包括压阻应变测量仪。
10.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器包括电磁传感器
11.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器包括压电传感器
12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器输出包括电压
13.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器输出包括在约0伏到5伏范围内的电压。
14.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器输出包括以毫伏计的电压。
15.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器输出包括以毫安计的电流
16.根据权利要求1到15中任一权利要求所述的测量仪,其中所述电力供应器包括电池
17.根据权利要求16所述的测量仪,其中所述电池可再充电。
18.根据权利要求1到15中任一权利要求所述的测量仪,其中所述电力供应器为AC电力供应器。
19.根据权利要求1到18中任一权利要求所述的测量仪,其中所述电力供应器进一步包括太阳能电池阵列。
20.根据权利要求19所述的测量仪,其中所述电力供应器包括与所述太阳能电池阵列电连通的可再充电电池,其中所述太阳能电池阵列适于给所述可再充电电池充电。
21.根据权利要求1到20中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机为永磁体步进电机。
22.根据权利要求1到20中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机为可变磁阻步进电机。
23.根据权利要求1到20中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机为混合步进电机。
24.根据权利要求1到23中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机包含经配置以向所述步进电机提供步长模式的驱动器
25.根据权利要求1到24中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机的步长小于约2°。
26.根据权利要求1到24中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机的步长角在约5°到约10°的范围内。
27.根据权利要求1到24中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机的步长角在约10°到约45°的范围内。
28.根据权利要求1到24中任一权利要求所述的测量仪,其中所述步进电机的步长角大于约45°。
29.根据权利要求1到28中任一权利要求所述的测量仪,其中所述装配件包含经配置以将所述测量仪连接到歧管腔的外部螺纹
30.根据权利要求1到7及12到29中任一权利要求所述的测量仪,其中所述传感器包括压力传感器、温度传感器、力传感器、湿度传感器光学传感器扭矩传感器、振动传感器、流体粘度传感器、流体密度传感器、声音传感器及光传感器中的至少一者。
31.根据权利要求1到30中任一权利要求所述的测量仪,其中所述测量仪为HVAC低压测量仪。
32.根据权利要求1到30中任一权利要求所述的测量仪,其中所述测量仪为HVAC高压测量仪。

说明书全文

步进电机测量仪

[0001] 相关申请案的交叉参考
[0002] 本专利申请案主张2011年3月21日申请的标题为“步进电机测量仪(Stepper Motor Gauge)”的第13/052,927号美国非临时申请案的优先权,且特此明确地以引用方式并入为本发明的一部分。

技术领域

[0003] 本发明涉及步进电机测量仪(举例来说,HVAC压测量仪),且更特定来说,涉及组合数字测量仪及模拟测量仪两者的方面的步进电机测量仪。

背景技术

[0004] 测量仪(例如HVAC测量仪)通常具有两种类型:数字的或模拟的。这迫使用户选择使用一种类型而不能受益于另一种类型。一些用户因为模拟测量仪提供的可视指示器而偏好模拟测量仪的外观。然而,HVAC一些用户喜欢数字测量仪的功能性及与这些测量仪相关联的准确度。
[0005] 因此,本发明的目标是克服上文描述的现有技术缺陷及/或缺点中的一者或一者以上。

发明内容

[0006] 在一个方面中,一种测量仪包括:外壳;装配件,其具有入口、内部流径及出口;传感器,其与所述内部流径流体连通,所述传感器适于测量与所述传感器流体接触的流体的特性且输出表示测得特性的值的信号;控制单元,其与所述传感器信号通信,所述控制单元适于从所述传感器接收输出且基于所述传感器的输出而输出命令信号;步进电机,其适于使转子轴旋转,所述步进电机与所述控制单元信号通信;电力供应器,其与所述压力传感器及所述控制单元电连通;及指示器指针,其安装到所述转子轴;所述控制单元将命令信号发射到所述步进电机;所述步进电机从所述控制单元接收命令信号且根据所述命令信号驱动所述转子轴。在一些实施例中,所述命令包含驱动方向。
[0007] 在本发明的一些实施例中,所述传感器输出为模拟信号且所述控制单元适于将所述模拟信号转换成数字信号。在一些其它实施例中,所述控制单元为微控制器。在此类其它实施例中,所述微控制器包含存储器单元且可包含可执行程序。
[0008] 在本发明的一些实施例中,所述传感器包含应变测量仪。在一些此类实施例中,所述应变测量仪为压阻式应变测量仪。在本发明的其它实施例中,所述传感器为电磁传感器压电传感器
[0009] 在本发明的一些实施例中,所述传感器的输出为电压。在一些此类实施例中,所述输出为在0V到5V范围内的电压,而在其它实施例中,所述输出为以毫伏计的电压。在又其它实施例中,所述传感器输出为以毫安计的电流
[0010] 在本发明的一些实施例中,所述电力供应器为可再充电的电池。在其它实施例中,所述电力供应器为AC电力供应器。在一些实施例中,所述电力供应器进一步包括太阳能电池阵列。在一些此类实施例中,可再充电电池与太阳能电池阵列电连通,且所述太阳能电池阵列适于给所述可再充电电池充电。
[0011] 在本发明的一些实施例中,所述步进电机可为永磁体步进电机、可变磁阻步进电机或混合步进电机中的一者。在一些此类实施例中,所述步进电机进一步包含驱动器,所述驱动器将来自控制单元的控制信号转换成电信号以驱动步进电机。在一些实施例中,举例来说,所述步进电机的步长可在小于2°的范围内、在5°到10°的范围内、在10°到45°的范围内或大于45°。
[0012] 在本发明的一些实施例中,所述传感器包括压力传感器、温度传感器、力传感器、湿度传感器光学传感器扭矩传感器、振动传感器、流体粘度传感器、流体密度传感器、声音传感器及光传感器中的至少一者。在一些实施例中,所述测量仪为HVAC低压测量仪。在其它实施例中,所述测量仪为HVAC高压测量仪。
[0013] 本发明的一个优点为其向用户提供呈模拟格的测量仪形式的可视指示器。本发明的当前优选实施例的又一优点为向用户提供数字测量仪的准确度及功能性。
[0014] 鉴于以下详细描述及附图,本发明及/或本发明的当前优选实施例的其它目标及优点将变得更容易明白。

附图说明

[0015] 图1为包含歧管及两个测量仪的歧管系统的前透视图。
[0016] 图2为体现本发明的测量仪的前透视图。
[0017] 图3为图2的测量仪的前视图。
[0018] 图4为图2的测量仪的右侧视图。
[0019] 图5为图2的测量仪的俯视图。
[0020] 图6为沿着图5的线6-6取得的图2的测量仪的横截面图。
[0021] 图7为体现本发明的电系统的框图

具体实施方式

[0022] 在图1中,用于监测相应系统(包含但不限于HVAC系统)的特性或物理性质的歧管系统大致上由参考数字100指示。HVAC歧管系统100包含歧管腔102及两个测量仪104、106。第一测量仪为低压测量仪104,其显示较低最大测量仪压力,在图2中更详细展示,且第二测量仪为高压测量仪106,其展示较高最大测量仪压力。低压测量仪104及高压测量仪106两者均包含模拟可视化,然而其包含下文更详细描述的数字功能性。低压模拟测量仪104及高压测量仪106通过模拟可视化显示所监测到的相应HVAC系统的特性或物理性质,例如压力(例如,制冷剂压力)、温度(例如,制冷剂温度)或任何其它可测量物理性质。低压测量仪104及高压测量仪106可连接到歧管腔102。在一些实施例中,低压测量仪104及高压测量仪106永久地固定到歧管腔102,而在其它实施例中,低压测量仪104及高压测量仪106可移除地附接到歧管腔102。可通过此项技术中知晓的任何合适方式(例如,螺纹)实现可移除附接。如图1中所展示,歧管腔102包含从其凸出的四个单独入口装配件,包含低压入口装配件108、制冷剂瓶入口装配件110、真空入口装配件112及高压入口装配件114。进一步提供在歧管腔102上的是多个手柄或旋钮,包含制冷剂钢瓶旋钮116、低压阀旋钮118、真空泵阀旋钮120及高压阀旋钮122。每一手柄或旋钮116、118、
120、122打开或关闭其相应阀以使歧管腔102及模拟测量仪104、106与相应HVAC系统流体连通。在一些实施例中,手柄或扭矩116、118、120、122具扭矩限制性以在相应密封部件(未展示)与HVAC系统之间形成紧固的流体密闭密封,同时大体上防止过度紧密对所述密封部件的损害。
[0023] 图2及3更详细展示图1的低压测量仪104。具体来说,图2为低压测量仪104的透视图,而图3为低压测量仪104的前视图。如图2中所展示,所述低压测量仪大致上包含低压模拟测量仪面124、测量仪边框126及低压测量仪装配件138。一般来说,测量仪面124提供相应HVAC系统的特性或物理性质的视觉表示,而测量仪装配件138允许与相应HVAC系统的流体连通。如图3中所展示,测量仪面124包含多个刻度,其包含但不限于,PSI刻度128、第一制冷剂温度刻度130(例如,R-22)及第二制冷剂温度刻度132(例如,R-410A)。所述系统的相应值由指示器指针134指示,指示器指针134机械地紧固到可旋转转子轴136。
重要的是,如所属领域的技术人员可认识到,所述测量仪可为针对任何类型的流体而配置的任何类型的测量仪,而不仅仅是测量特性R-22及R-410A的测量仪。如上文所提及,低压测量仪104包含测量仪装配件138,如图3中所展示,测量仪装配件138包含装配入口142且具有外部公螺纹140以用于连接到歧管腔102。所属领域的技术人员应认识到,外部公螺纹140不存在于所有实施例中,因为低压测量仪104可通过此项技术中知晓的任何合适方式连接到歧管腔102。
[0024] 低压测量仪104进一步包含与测量仪边框126及测量仪装配件138连接的外壳144,如图4中所展示。测量仪边框126与外壳144成一体。在其它实施例中,测量仪边框
126能够可移除地附接到外壳144,且在其它实施例中可相对于所述外壳旋转。类似地,测量仪装配件138与外壳144成一体,但在其它实施例中能够与所述外壳可移除地附接。外壳144包含电力线148,所述电力线148延伸到外壳144的内部且连接到电源150。电力线
148使低压测量仪102的电组件与下文更详细论述的电源150电连通。
[0025] 参考图6,展示低压测量仪104的横截面。外壳144本质上是大致中空的且容纳压力传感器152、控制单元154、步进电机166及相关联支撑件及布线。外壳144进一步包含流体入口小孔156及电力线小孔146,其各自形成在外壳壁中。测量仪装配件138邻近于流体入口小孔156而附接到外壳144。测量仪装配件138包含装配入口142且界定穿过其内部的流径143,流径143与流体入口小孔156流体连通。
[0026] 压力传感器152通过一个或一个以上压力传感器支撑件158紧固到外壳144的内部,压力传感器支撑件158用于在压力传感器152由流体压力接触时紧固压力传感器152。压力传感器152由压力传感器支撑件158紧固成与流体入口小孔156流体连通,从而使压力传感器152与歧管腔102流体连通。压力传感器152的类型是此项技术中已知的。所属领域的技术人员将理解可用于本发明的压力传感器的类型。具体来说,在所说明的实施例中,压力传感器152为应变测量仪压力传感器,其产生与所施加压力及相关联应变测量仪的所引起的变形相关的电信号输出(图7的Vout/Iout)。在一些此类实施例中,所述应变测量仪压力传感器包含压阻应变测量仪。然而,如所属领域的技术人员应认识到,其它实施例中使用的压力传感器可为当前已知或以后将知晓的许多不同传感器中的任一者,例如但不限于,电容性压力传感器、电磁性压力传感器及压电式压力传感器。压力传感器152由电源
150供应电力,下文更深入论述电源150。
[0027] 压力传感器152与控制单元154及电源150电连通,每一连接通过相应导线162、168发生。压力传感器152与控制单元154之间的电连接允许压力传感器152的电信号输出传送到控制单元154及通过控制单元154接收。控制单元154包含存储器,所述存储器存储可执行程序以及过去的压力传感器152测量结果及/或当前指针134位置。控制单元
154基于所存储的信息(例如,当前指针134位置)产生控制命令,所述控制命令驱动步进电机166指示当前测量结果。具体来说,控制单元154从压力传感器152接收表示当前压力测量结果的电信号输出(即,控制单元输入)。控制单元154部分地基于当前指针134位置及/或其它所存储信息而将控制单元输入转换成用于步进电机166且由步进电机166响应的驱动命令。所述驱动命令包含驱动方向(例如,顺时针、逆时针)及驱动距离(例如,五个步长)中的至少一者。如此,因为控制单元154包含保存与过去测量结果及/或指针
134的当前位置相关的数据的存储器,所以控制单元154能够比较当前测量结果与过去测量结果或指针位置以确定步进电机166必须使指针在什么方向上旋转多远,以准确地指示当前测量结果。控制单元154由附接到外壳144内部的控制单元支撑件164支撑。
[0028] 在一些实施例中,控制单元154包含所属领域的技术人员应容易地理解的若干未展示组件。具体来说,控制单元154可包含印刷电路板(PCB)、控制器、微控制器、时钟、处理器、微处理器、中央处理单元、存储器、输入/输出(I/O)总线电路、模/数(A/D)转换器、多路复用器(MUX)、外部存储器接口及/或扩展总线中一者或一者以上。在一些此类实施例中,控制单元154包含用于将控制单元输入转换成用于控制步进电机166的命令的控制程序或控制逻辑。在进一步实施例中,所述控制程序存储在存储器中,所述存储器可为随机存取存储器只读存储器硬盘、快闪存储器或其它合适存储器。在一些实施例中,在存储器中提供用于所述系统的非易失性存储器。在进一步实施例中,除控制程序之外,所述存储器还记录及存储数据。控制单元154的控制程序或控制逻辑以任何合适高电平或低电平编程语言写入且存储为可执行代码。在各种实施例中,所述控制器、微控制器、处理器或微处理器,无论哪一个集成到所述系统中都包含许多通用、数字I/O控制线,所述控制线可驱动输出或经由I/O总线电路从其它装置(特定来说,从压力传感器152)接收输入。类似地,在某些实施例中,步进电机166附接到I/P总线电路的输出。在各种实施例中,上文提及的组件提供在单个、市售集成电路中或单独设计及提供。
[0029] 步进电机166由步进电机支撑件170支撑,且包含转子轴136及用于控制器154与电机166之间的通信的导线168。步进电机支撑件170紧固到外壳144的内部,步进电机支撑件170紧固步进电机166而使其无法移动且将步进电机166置于外壳144的大体上中央位置,从而促进适当的指示器指针134放置。具体来说,步进电机166放置在外壳144的中心,使得转子轴136及指示器指针134位于测量仪面124的中心。步进电机166通过导线168电接线到控制单元154。这允许步进电机166直接从控制单元154接收数字输入(即,驱动命令)和电力。步进电机166从控制单元154接收命令步进电机166使转子轴136且随后使指示器指针134在什么方向上旋转多远的驱动命令。具体来说,发信号通知步进电机166使转子轴136旋转多少个“全步长”,此命令呈电脉冲的形式。所要旋转需要的步长数目是基于并入在本发明中的步进电机166的类型。在一个实施例中,步进电机166为具有45°或90°的大全步长角的永磁步进电机。在另一实施例中,步进电机166为具有约15°的较小全步长角的可变磁阻步进电机。在又一实施例中,步进电机166为具有低至0.9°的全步长角的混合步进电机。甚至进一步预期步进电机166包含驱动器及各种步长模式,包含半步长及微步长。半步长指示简单地表示对于每个全步长来存在两个部分步长且因此步进电机需要比正常数目多一倍的步长来进行全旋转。微步长指示表示全步长进一步细分且在一些实例中能够以全步长的1/256旋转。
[0030] 电力供应器150通过电力线148将电力直接提供到压力传感器152及控制单元154,电力线148分成分别接线到控制单元154及压力传感器152的两根导线148a、148b。
在各种实施例中,电力供应器150为位于所述系统外部或并入到压力测量仪102或HVAC歧管系统100中的电池。在另一实施例中,电力供应器150包含与可再充电电池相关联的太阳能电池阵列。在此实施例中,所述太阳能电池阵列用于向压力传感器152及控制单元154提供电力,以及给所述电池再充电。在又一实施例中,电力供应器150为AC电力供应器且包含一个或一个以上AC/DC转换器以用于向压力传感器152及控制单元154供应各种电压电平。
[0031] 参考图7,其展示本发明的电子组件的框图。如所展示,电力供应器150将电力(Vout)递送到压力变换器152及控制单元154两者,同时控制单元154将电力(Vout)递送到步进电机166。压力变换器152经历产生表示所测得的压力的信号输出(Vout,Iout)的压力输入。如所展示,来自压力变换器152的信号输出为电压(Vout)或电流(Iout)中的一者,如上文论述。控制单元154从压力传感器152接收信号输出且将其转换成信号或驱动命令。接着,控制单元154将驱动命令(SIGNAL)及电压(Vout)输出到步进电机166以控制其旋转。
步进电机166从控制单元154接收驱动命令且根据所述驱动命令操作。
[0032] 在操作中,电源150将电力提供到压力传感器152、控制单元154及步进电机166(通过控制单元154)。所供应的电力允许装置正常运行。低压测量仪104通过测量仪装配件138连接到歧管腔102。此连接使低压测量仪104与HVAC或其它系统流体连通。具体来说,所述系统的流体可行进通过歧管腔102、通过测量仪装配件138且与压力传感器152接触。压力传感器152测量所述系统的压力且将指示所述测量结果的信号输出到控制单元
154。控制单元154接收所述信号且将其转换成用于步进电机166的命令。具体来说,控制单元154获得由压力传感器152接收的信号且确定步进电机166使转子轴136旋转的方向及所需的步长量以便在测量仪面124上指示压力(或其它测得的特性)。接着,控制单元
154将驱动命令输出到步进电机166,步进电机166接收所述命令且相应地使转子轴136旋转。转子轴136根据步进电机166旋转,从而使指示器指针134旋转且将其置于与系统压力匹配的适当位置中。如图3中展示,测量仪面124包含多个刻度,其中包含PSI刻度128。
指示器指针134顺时针或逆时针旋转,直到其指示适当的系统压力,借此,技术人员可根据其确定制冷剂温度。如此,本发明将数字测量仪的功能性和准确度与模拟测量仪的视觉益处组合在一起。
[0033] 如所属领域的技术人员可基于本文中的教示而认识到,可对本发明的以上描述的实施例及其它实施例做出许多改变及修改而不脱离如所附权利要求书中界定的本发明的范围。举例来说,本文中描述的实施例涉及HVAC系统测量仪,但本发明可与当前知晓或以后变得知晓的许多不同类型的测量仪及系统中的任一者一起使用。这包含高压测量仪以及来自不同于HVAC领域的测量仪,例如自动测量仪。因此,以说明性意义而不是限制性意义理解对当前优选实施例的此详细描述。
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