液面檢測器的製作方法

2023-10-09 07:49:59 6

專利名稱：液面檢測器的製作方法
技術領域：
本發明系關於石油鼓風燃燒器等機器中的液面檢測器，特別是關於檢測油槽(或貯油箱)中的煤油液面的液面檢測器的改進。
在過去的這類石油鼓風燃燒器中，設有檢測出油箱中有無煤油的液面檢測器，其中使用光耦合器作為液面檢測器。
如

圖10中所示，這種光耦合器是通過連接器C與限流電阻R1、R2把發光二極體LED與光電三極體PT連接在電源電壓VDD(例如，約5V)上的結構。這種過去的光耦合器所能傳給微機M的輸入信號規格，僅有高、低輸入信號兩種。
當油箱中煤油的油麵在相對於光耦合器位置在某個基準之上時，光耦合器的發光二極體LED的光由於通過罩蓋元件的球形面散射到油等之中，就全部射到外部而不回返射入光電三極體PT，使光電三極體PT為截止(有油)狀態，電源電壓VDD的5V高輸入信號就經電阻R2輸入到微機M中。
而在油箱中煤油的油麵比相對於光耦合器的位置的基準低時，光耦合器的發光二極體LED的光藉助於罩蓋元件球面的反射而到達光三極體PT，使光三極體PT變成導通(無油)狀態，則向微機M輸入低輸入信號，憑藉這些輸入給微機M的輸入信號的電平就可以判斷出有無煤油。
然而，在液面檢測器及其周圍電路發生故障的情況下，就不能做到正常的燃燒。可以想到的過去的液面檢測器可能發生的故障有除了光耦合器本身的故障，例如發光二極體LED的短路或開路，光三極體的短路或開路以外，還有設在連接光耦合器與微機M的接線通道中的連接器C的連接端子C1、C2、C3的脫開或接觸不良等，連接器脫開或接觸不良會導致下述的問題。
就是，在例如油箱內煤油的油麵比某個基準低時，光三極體PT導通，輸至微機M的本來的輸入信號應為低電平。可是，在端子C1脫開的情況下，發光二極體LED不發光，在端子C2脫開情況下，光三極體PT不導通，在端子C3脫開情況下，發光二極體LED不發光，而且光三極體PT也不導通。這樣，在端子C1～C3中的任何一個脫開時，電源電壓VDD(5V)都經電阻R2加到微機M的輸入端，使輸入信號成為高電平。於是，微機M就將其作為通常的高輸入信號模式加以辨認，從而誤判斷為油箱中煤油油麵高於某個基準。
其結果是，儘管石油鼓風燃燒器的油箱之內已經幾乎是沒有煤油了仍然按照通常的燃燒工況進行運轉，此時的泵在油箱內幾乎無油的狀態下把少量的煤油與大量的空氣送往燃燒器一側。因此，供至燃燒器內的空氣量過剩而使空氣壓力增高，就有產生不正常的紅焰燃燒之虞。
此外，如上所述，對於上述的過去的液面檢測器及其連接電路中，是液面檢測器本身故障還是連接器脫開或接觸不良由輸入微機M的輸入信號電平是不能嚴格區分的。
另外，最好是設有輔助顯示裝置，使得在出廠檢查或維護，檢修等工作中，檢查人員或服務人員在判斷故障狀態時能通過視覺而確認故障的狀態。
本發明的目的是提供一種能確認在作液面檢測時發生異常的原因的液面檢測器。
為了實現上述目的，權利要求1中所述的本發明是如圖5中所示，與在發光二極體12及光三極體14之間的光路中是否存在液體相對應地，在從上述光三極體14的集電極輸出相應的檢測信號的液面檢測器中，把信號電平偏移用發光二極體D順向地連接在上述光三極體14的集電極與發光二極體12的陽極之間而構成的。
採用本發明可取得，例如，下面的效用，在液面檢測器不良，例如發光二極體12短路故障時，電流流過電源VDD、光三極體14的集電極、信號電平偏移用發光二極體D1、發光二極體12的通道。此時，由於發光二極體12短路，其阻值為零，檢測信號的電壓電平就等於在信號電平偏移用發光二極體D1所產生的正向電壓降值，而不是像過去那樣為地電平(OV)。藉助於使此檢測電平的狀態與發光二極體12的短路故障相對應，就能區別異常的原因。
另外，由於信號電平偏移用發光二極體D1中是否流過電流即其發光狀態是對應於發光二極體12的導通狀態(ON/OFF)、短路故障、開路故障等狀態而確定的，信號電平偏移用發光二極體D1也就起著狀態顯示器的作用，藉助於其是否發光與上述各動作狀態相對應，就能向檢查員或服務人員等通告有關液面檢測器的正常/異常，異常內容等的視覺信號，於是就能明確作液面檢測時的異常產生的原因等。
權利要求2中所述的發明，如圖6所示，是與在發光二極體12及光三極體14間的光路中有無檢測液體對應的，從上述光三極體14集電極輸出對應的檢測信號的液面檢測器，在把上述發光二極體12及光三極體14通過連接器30連接到外電路26上而形成的液面檢測器中，是在連接上述光三極體14集電極的連接器端子306與連接上述發光二極體12陽極的連接器端子30a之間順向連接信號電平偏移用發光二極體D1而構成。
採用本發明會取得例如，如下的效用。在液面檢測器不良，例如發光二極體12短路故障的情況下，電流流過電源VDD、信號電平偏移用發光二極體D1、連接器端子30a、發光二極體12、連接器端子30c到地的通路。此時，由於發光二極體12短路其阻值為零，檢測信號電平就與在信號電平偏移用發光二極體D1上所產生的正向電壓降值相等，而不是像過去那樣為地電平(OV)。通過使其檢測信號電平的狀態與發光二極體12的短路故障相對應，就能區別其異常的原因。
另外，由於電流是否流過信號電平偏移用發光二極體D1，即其發光狀態是對應於發光二極體12的導通狀態(ON/OFF)、短路故障、開路故障狀態，以及連接器端子30a、30c是否連接(或接觸)不良而確定的，故信號電平偏移用發光二極體D1也起著狀態指示器的作用，通過使其是否發光與上述各動作狀態對應，附設在遠離光耦合器位置的外電路上的發光二極體D1所具有的發光狀態就能在視覺上通知檢查人員或服務人員等有關液面檢測器正常/異常，連接器的連接狀態，或異常的內容等。就能明確在作液面檢測時發生異常的原因。
權利要求3中所述的發明，是與發光二極體12及光三極體14之間的光路中有無檢測液體相應，從上述光三極體14的集電極輸出對應的檢測信號的液面檢測器是把上述發光二極體12及光三極體14通過連接器30的連接端子30a、30b連接到微機26或比較器28等檢測器上而構成的。
採用這一發明，藉助微機26或比較器28等檢測器就能直接檢測出發光二極體12或光三極體14的異常或檢測信號。
圖1是設有本發明的液面檢測器的石油鼓風燃燒器略圖。
圖2是表示本發明液面檢測器的結構例的縱剖視圖。
圖3是光耦合器的等效電路圖。
圖4是本發明的液面檢測器的光耦合器的局部放大圖。
圖5是本發明液面檢測器第1實施例的電路圖。
圖6是本發明液面檢測器第2實施例的電路圖。
圖7是表示第1、第2實施例的微機輸入電壓實例的說明圖。
圖8是本發明液面檢測器第3實施例的電路圖。
圖9是表示第3實施例的微機輸入電壓實例的說明圖。
圖10表示過去的液面檢測器。
下面，按照附圖對本發明的最佳實施例加以說明。
(I)概要圖1中示出了本發明液面檢測器實施例所適用的石油鼓風燃燒器的一個例子，首先，說明其概要。
圖1中，貯存於貯油槽1中的煤油5可通過泵2送到燃燒器3。燃料筒4設置在貯油槽1之上。
燃料筒4上配設閥門4a，煤油5依次地供入貯油槽1中，在圖1中，為了說明的方便把貯油槽1畫得比燃料筒4大。
液面檢測器10設置在貯油槽1中，送風機向燃燒器3吹送一次空氣及二次空氣。然而，在貯油槽1中的煤油5減少，油麵從L1下降到L2時，在不知道這種狀況而進行通常的燃燒動作的情況下，泵2不斷地吸走煤油5，並使貯油槽1中也被吸入空氣。雖然不久燃燒器3會熄火，但成問題的是把煤油和大量空氣送入燃燒器3內，破壞了空氣與煤油之間的平衡而形成異常的紅火焰。因此，向使用者確實地通知貯油槽1內的煤油已少於規定量是必要的。
圖2表示本發明的液面檢測器10的斷面結構例，圖3是液面檢測器10電路的等效電路，圖4示出了作為液面檢測器10的發光元件的發光二極體12、作為受光元件的光三極體14和透明樹脂的罩蓋元件16。
如圖2所示，液面檢測器10設有3個接線端子10a、10b、10c。如圖4所示，構成光耦合器15的發光二極體12，光三極體14安裝在安裝板18上，並用罩元件15圍住安裝在殼體19之內。
例如，煤油5油麵若在L1，則發光二極體12所發的光LT，如雙點劃線所示在煤油5與罩元件16中擴散而不能到達光三極體14，光三極體14則截止。
與之相反，若煤油5的油麵下降到L2，發光二極體12所發的光LT則如實線所示在罩元件16中反射而到達光三極體14，光三極體14則為導通狀態。
(II)第1實施例圖5示出了本發明第1實施例的液面檢測器10的電路實例。
在圖5中，電源電壓VDD經限流電阻R1接光耦合器15的發光二極體12的陽極，發光二極體12的陰極接地。此外，電源電壓VDD經負載電阻R2接光耦合器15的光三極體14的集電極，光三極體14發射極接地。
發光二極體12的陽極與光三極體14集電極之間順向連接發光二極體D1，即發光二極體D1的陰極接發光二極體12陽極，而發光二極體D1的陽極接在光三極體14的集電極上。
以發光二極體D1陽極與光三極體14集電極的連接點作為液面檢測信號的輸出端，並把此信號端連接到微機26的A/D轉換部28上。
限流電阻R1是供大電流從電源VDD流過發光二極體12的電阻(例如150Ω)，負載電阻R2則是使小電流從電源流到光三極體14用的電阻(例如，10～20KΩ)。
下面，參照圖7說明第1實施例的動作。圖7中分別舉例示出了不同實施例的不同狀態(正常與異常)的對微機26的輸入電壓值。
在圖7中所示正常狀態時，發光二極體(LED)12無短路或開路故障，光三極體14也已是短路或開路故障狀態。
正常時，圖4中的煤油充滿到油麵L1時，發光二極體12發出的光由於煤油的折射率與罩元件16的折射率穿透散射到罩元件16的外面而不抵達光三極體14上。於是，圖5中光三極體14為OFF狀態，電流從電源經負載電阻R2、發光二極體D1而流過發光二極體12。因此，發光二極體D1的正向電壓VF1(例如為1.7V，為了說明方便設為2V)與發光二極體12的正向電壓VF2(也設為2V)相加的輸出電壓值4.0V，被送入微機26的A/D轉換部28，微機26就判定為「槽中有煤油」。
此外，由於在正常狀態光耦合器15的發光二極體12中流過電流，發光二極體D1也流過電流，於是發光二極體D1處於常態發光狀態，利用這一點，由於把發光二極體D1配置在控制板的易於看到的位置上就可把發光二極體D1作為動作狀態顯示器來用，從而工廠中的檢驗人員或市場上的服務人員就能通過該發光二極體D1的發光狀態而容易地判定該液面檢測器是處於「正常」狀態。
與此相反，在正常狀態煤油如圖4所示，減少至油麵12時，發光二極體12的光在傳感器內部反射而到達光三極體14。於是，圖5中的光三極體14為ON，來自電源VDD的電流通地，光三極體14的集射間電壓VCE(約0.2V，作為0V看待)輸給微機26的A/D轉換部28，微機26就判定為「槽中無油」。
此外，若處於這種「無油」狀態，由於發光二極體D1陽極電位為0V，發光二極體D1就不點亮，工廠中的檢驗員或市場上的服務人員就可以通過這種非點亮狀態而容易地判定該液面檢測器是「正常」的。
上面所述的是發光二極體12與光三極體14均為正常的情況。
下面，說明圖2的油槽1中有煤油5但不正常的情況。這種異常情況是指發光二極體12短路或開路故障，或光三極體14的短路或開路故障。
當油槽1中煤油5的油麵在L1而發光二極體12短路故障時，電流在電源VDD、負載電阻R2、降壓發光二極體D1、發光二極體12到地的通路中流過。此時，發光二極體12不發光，光三極體14為OFF態。從而，只有發光二極體D1的正向電壓VF1(2.0V)作為輸入電壓饋給微機26的A/D轉換部28。
當油槽1中煤油5的油麵在L1而發光二極體12開路故障時，發光二極體12不發光，光三極體14為OFF。由於發光二極體D1的電流通道也被切斷，就以電源電壓VDD(5V)作為給微機26的A/D轉換部28的輸入電壓。
進而，在油箱1內煤油5的油麵為L1而光二極體14短路故障時，則向微機26的A/D轉換部28輸入地電平信號。
下面，說明在圖2的油槽1中煤油5的油麵在L2而無煤油5情況下的異常狀態。
即使在油槽1內無煤油5的情況下，也和上述的在油槽1中有煤油的情況一樣，當發光二極體12短路故障時，只有發光二極體D1的正向電壓VF1(2.0V)作為微機26的A/D轉換部28的輸入電壓。
在發光二極體12開路故障時，則把電源電壓VDD(5V)作為輸入電壓饋給微機26的A/D轉換部28。
而在光三極體14短路故障時，則供至微機26的A/D轉換部28的輸入電壓為零電平。
這樣，若採用本實施例，由於設有作為信號電平偏移裝置的發光二極體D1，就能使檢測煤油之有無的輸出信號電平與該液面檢測器失常時的輸出信號電平不同。結果就使從光三極體14信號輸出端所得到的檢測信號的信號電平依不同的異常原因而不同，故能明確斷定在液面檢測時的發生異常的原因。
另外，由於在異常時原則上發光二極體12是不發光的，發光二極體D1處於不發光(滅燈)狀態，利用這一點，通過把發光二極體D1配置在控制板的容易見到的位置上，工廠中的檢驗員或市場上的服務人員就能很容易地，由發光二極體D1的發光狀態判定該液面檢測器為「正常」。
進而，也可能有例外地發光的情況，但由於發光二極體D1的發光狀態只是對檢驗員或服務人員的輔助通知手段，而最終判定是否異常是按向微機26的A/D轉換器28的輸入信號確定的，故能確保其安全性。
(II)第2實施例圖6示出本發明的液面檢測器10的第2實施例，在圖6中，與第1實施例(圖5)的結構要素相同或等同者賦予相同的符號，並在下面予以說明。
本實施例表示的是用連接器30連接第1實施例中所示的液面檢測器10的本發明的適用例。這種形式是在實際組裝時常被採用的。
連接器30有3個接線端子30a、30b、30c。接線端子30a與發光二極體12的陽極及限流電阻R1電相連，接線端子30b電連接光三極體14的集電極與負載電阻R2，接線端子30c則把發光二極體12的陰極與光三極體14的發射極接地。作為降壓器件的發光二極體D1在光耦合器15的外部電路中連接在接線端子30a、30b之間，發光二極體D1陽極接光三極體14集電極，發光二極體D1的陰極接發光二極體12的陽極。
下面說明第2實施例的動作。
如圖7中所示，在發光二極體12與光三極體14均為正常的情況下，其對微機26的輸入電壓值與圖5原理圖中正常狀態下的值相同。
此外，不管油槽內有無煤油，在發光二極體(LED)12短路或開路故障，或光三極體14的短路或開路故障的異常情況下，其對微機26的輸入電壓值也與圖5中的異常情況相同。
然而，在此實施例中，不管油槽中有無煤油，它還增加了如圖7中所示的，在連接器30的端子30a、30b、30c中任何一個連接不良或接觸不良的異常狀態。
當連接器30的接線端(NO.1)30a連接不良或接觸不良時，則與發光二極體12開路故障狀態相同，光三極體14為OFF。因此，電源電壓(5V)就作為輸入電壓加在微機26的A/D轉換部28上。
另外，當連接器30的接線端(NO.2)30b連接不好或接觸不良時，發光二極體D1的正向電壓VF1(2.0V)與發光二極體12的正向電壓VF2(例如2.0V)相加的電壓值4.0V則作為輸入電壓加在微機26的A/D轉換部28上。
進而，在連接器30的接線端(NO.3)30c連接不好或接觸不良時，則與發光二極體12開路故障狀態相同，由源電壓(5V)作為輸入電壓加在微機26的A/D轉換部28上。
(III)第3實施例圖8示出本發明的第三實施例的情況。
在本實施例中，是通過把光耦合器15的發光二極體12的陽極連接在連接器30的接線端(NO.1)30a上，把光三極體14的集電極端子接在連接器30的接線端(NO.2)30b上，並對在接線端30a與30b上得到的檢測信號電壓互相進行比較，它也能檢測出光耦合器15的故障與判定連接器30的連接不良或接觸不良。圖中雖未示出這種檢測信號的比較，在經A/D轉換部28變換成數位訊號後，它既可以在微機26內利用比較程序進行軟體處理，也可以使用比較器由硬體進行處理。
圖9示出了與圖7類似的本實施例的微機輸入電壓的實例。
採用以上的結構，就能以極簡單的結構檢測出光耦合器15的故障或連接器的連接不良等。
在以上各實施例的說明中，雖然是以適用於石油鼓風燃燒器的液面檢測器為例進行說明的，但不局限於此，顯然本發明也適用於強制給排氣式熱風供暖設備、石油鍋爐、汽車油料計，仿形工具機等的矽(酮)油計等其它領域或範圍的機器。
如上所述，在採用權利要求1中所述的發明時，由於它是把信號電平偏移用發光二極體正向地連接在光三極體集電極與發光二極體陽極之間而構成的，在液面檢測器出現不良狀態時藉助於信號電平偏移用發光二極體而使檢測信號電壓電平移位，並使此檢測信號電平的狀態與發光二極體或光三極體的短路故障相對應，就能區別出異常原因，還通過相應於光耦合器的發光二極體或光三極體的導通狀態、短路故障、開路故障等狀態而確定信號電平偏移用發光二極體的發光狀態，通過其對應於上述各動作狀態是否發光就能從視覺上告知檢驗員與服務人員等該液面檢測器的正常/異常、異常內容等情況。從而能明確其在作液面檢測時發生異常的原因。
若採用權利要求2中所述的發明，由於是把信號電平偏移用發光二極體正向連接在連接著光三極體集電極的連接器連接端子及連接著上述發光二極體陽極的連接器連接端子之間而構成的，在液面檢測器出現不良時，用信號電平偏移用發光二極體D1使檢測信號電平發生偏移，通過使其與該檢測信號電平狀態及發光二極體、光三極體或連接器的連接狀態相對應，就能區分其異常原因。此外，由於是與發光二極體的導通狀態(ON/OFF)、短路故障、開路故障的狀態，以及連接器接線端有無連接(或接觸)不良的情況相對應，藉助於使其有無發光與上述各動作對應，就能使設置於遠離光耦合位置的外電路中的發光二極體D1所具有的發光狀態以視覺方式告知檢驗員或服務人員等液面檢測器的正常/異常，連接器的連接狀態或異常的內容等，從而能明確在作液面檢測時的發生異常的原因等。
在採用權利要求3中所述的發明時，能藉助於微機或比較器等檢出器直接檢測出發光二極體及光三極體的異常與檢測信號。
權利要求
1.一種液面檢測器，它相應於在發光二極體與光三極體之間的光路中有無液體而從上述光三極體的集電極輸出對應的檢測信號，其特徵在於在上述光三極體的集電極與發光二極體的陽極之間正向地連接發光二極體。
2.一種液面檢測器，相應於在發光二極體與光三極體之間光路中檢測液體之有無從上述光三極體的集電極輸出對應的檢測信號、上述發光二極體及光三極體通過連接器與外電路連接其特徵在於在連接上述光三極體集電極的連接器接線端子與正向連接上述發光二極體陽極的連接器接線端子之間連接發光二極體。
3.一種液面檢測器，它相應於在發光二極體及光三極體之間的光路中有無檢測液體而從上述光三極體的集電極輸出對應的檢測信號，其特徵在於上述發光二極體與光三極體經連接器與微機或比較器等檢測器相連。
全文摘要
一種液面檢測器，它與在發光二極體與光三極體之間的光路中有無液體相對應地從上述光三極體的集電極輸出對應的檢測信號，發光二極體正向連接在上述光三極體的集電極與發光二極體的陽極之間。
文檔編號G01F23/284GK1160195SQ9612282
公開日1997年9月24日 申請日期1996年9月28日 優先權日1995年10月2日
發明者森戶克美, 大澤嶽史, 荒木隆, 山口正 申請人:三洋電機株式會社