專利名稱：用于雙色開口水位計的固態(tài)發(fā)光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于準確確定高壓鍋爐包或其它類似水/蒸汽裝置內(nèi)的水位的設備。更具體地，本發(fā)明采用一排垂直排列的、雙色、固態(tài)發(fā)光二極管(LED)來提供光，其通過一排精密透鏡聚焦并通過或蒸汽或水進行投射并顯示在觀看屏上。在對應于LED陣列中的每一LED的水平面處或蒸汽或水的存在將導致清楚的且不會弄錯的顏色變化，該變化可在觀看屏上觀察到。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，雙色光設計和使用于確定蒸汽鍋爐中的水位被廣為示范和記載。傳統(tǒng)上，白熾光通過有色透鏡而作為光源。這些設計在脆性、效率、功率要求及壽命方面有大量不足。白熾光源使用脆弱的燈絲在高溫下工作。當遭受連續(xù)的振動時，該燈絲很容易被損壞并很容易斷裂。此外，燈絲的高工作溫度限制了白熾光源的壽命。同樣的白熾光源要求高級別的運行功率且只有很小百分比的功率被轉換為可用光。其余的功率被失去，主要是作為熱量失去。
現(xiàn)有技術中有許多液位指示器，而本發(fā)明均優(yōu)于這些指示器。美國專利2,510,729描述了一種指示計，其中包含水和蒸汽的垂直的柱包括多個水平通過柱的孔并允許對出現(xiàn)在對應水平面的柱的內(nèi)容物進行可視觀察。操作員可觀察并確定柱的內(nèi)容物從水變?yōu)檎羝乃矫妗?br> 在美國專利2,024,815和2,115,889中，示出了使用水、蒸汽和光的反射和折射特性的指示器。在每種情況下，操作員觀察多個量表內(nèi)的各個量表并能通過觀察與對應于從水到蒸汽的變化的水平面相關聯(lián)的顏色變化而確定水/蒸汽水平面。美國專利2,115,889的設備提供了另一可在更遠的距離可視地觀察量表的裝置，更具體地，在遠離量表并位于量表下面的位置。光經(jīng)白熾光源而提供在每一這些設備中。
美國專利4,836,022描述了用在蒸汽鍋爐中的雙色水位計，并提供了對提供自光源的光的亮度的改善，且包括了意在減少水位計的維護頻率的優(yōu)點。光由日光燈提供且顏色經(jīng)兩個平面引入，一個被涂成紅色，另一個為綠色。水位計增加了紅光的亮度以允許其在黑暗的或紊流的水條件下工作，前述條件使得大多數(shù)先前的設備不能工作。另一優(yōu)點在于該設備不需要經(jīng)常清潔。傳統(tǒng)上，包含在鍋爐內(nèi)的水中的雜質會沉積在透鏡上并逐步減少有效光傳輸。該影響可通過增加光亮度而得以減輕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了測量系統(tǒng)，其組合了固態(tài)發(fā)光器和相應的觀看屏，其可幫助準確地確定蒸汽鍋爐或類似設備中的水位，且能以安全、經(jīng)濟、及有效率的方式進行確定。
在水位計發(fā)光器中發(fā)光二極管用作光源降低了運營成本，因為大多數(shù)或實質上所有功率均被轉換為可見光。此外，LED的額定壽命是100000小時。LED不受持續(xù)振動的影響。LED能夠直接產(chǎn)生紅光和綠光，從而消除了對有色玻璃的需要。最后，LED僅要求最小的運行功率，且固態(tài)發(fā)光器的使用對于危險環(huán)境而言本質上就是安全的。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于確定蒸汽/水環(huán)境中的水位的雙色開口水位計，蒸汽/水環(huán)境如鍋爐汽鼓，其包括包含一排高亮度、窄射束、紅/綠發(fā)光二極管的電子印刷電路板；電子印刷電路板安裝在電子隔板上；隔板包括多個觀看口，所述觀看口分別與發(fā)光二極管排成一行，觀看口的數(shù)量最好實質上等于發(fā)光二極管的數(shù)量；用于保護印刷電路板免受外面的外殼處存在的高溫的隔熱板，其包括多行偏移的槽(offset slot)以減少熱量傳輸；及顯示裝置，如觀看屏，源自發(fā)光二極管的光投射在顯示裝置上以便由操作員觀察。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種用于確定蒸汽/水環(huán)境中的水位的雙色開口水位計發(fā)光器，蒸汽/水環(huán)境如鍋爐汽鼓，其包括包含一排高亮度、窄射束、紅/綠發(fā)光二極管的電子印刷電路板；電子印刷電路板安裝在電子隔板上；隔板包括多個觀看口，所述觀看口分別與發(fā)光二極管排成一行，觀看口的數(shù)量最好實質上等于發(fā)光二極管的數(shù)量；用于保護印刷電路板免受外面的外殼處存在的高溫的隔熱板，其包括多行偏移的槽以減少熱量傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于確定蒸汽/水環(huán)境中的水位的雙色開口水位計，蒸汽/水環(huán)境如鍋爐汽鼓，其包括包含一排高亮度、窄射束、紅/綠發(fā)光二極管的電子印刷電路板；電子印刷電路板安裝在電子隔板上；包括多個觀看口的透鏡隔板，每一包含的裝置如平凸型透鏡用于聚焦源自發(fā)光二極管的光，所述觀看口分別與發(fā)光二極管排成一行，觀看口的數(shù)量最好實質上等于發(fā)光二極管的數(shù)量；用于保護印刷電路板免受外面的外殼處存在的高溫的隔熱板，其包括多行偏移的槽以減少熱量傳輸；及顯示裝置，如觀看屏，源自發(fā)光二極管的光投射在顯示裝置上以便由操作員觀察。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于確定蒸汽/水環(huán)境中的水位的雙色開口水位計發(fā)光器，蒸汽/水環(huán)境如鍋爐汽鼓，其包括包含一排高亮度、窄射束、紅/綠發(fā)光二極管的電子印刷電路板；電子印刷電路板安裝在電子隔板上；包括多個觀看口的透鏡隔板，每一包含的裝置如平凸型透鏡用于聚焦源自發(fā)光二極管的光，所述觀看口分別與發(fā)光二極管排成一行，觀看口的數(shù)量最好實質上等于發(fā)光二極管的數(shù)量；用于保護印刷電路板免受外面的外殼處存在的高溫的隔熱板，其包括多行偏移的槽以減少熱量傳輸。
本發(fā)明的另一方面提供了用于確定鍋爐蒸汽加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其包括步驟投射來自一個或多個第一顏色發(fā)光二極管的第一光；投射來自一個或多個第二顏色發(fā)光二極管的第二光；將所述第一和第二光通過一包含不同水平面的蒸汽和水的柱而投射在投射屏上，投射屏相對于所述發(fā)光二極管位于所述柱的另一側；沿柱的不同垂直水平面觀察投射屏上第一和第二光的位置；基于所觀察的投射屏上第一和第二光的位置，確定每一所述不同垂直水平面處水或蒸汽的存在。
附圖簡要說明

圖1a為傳統(tǒng)水位計的立體圖，示出了一列觀看口。
圖1b為單個觀看口的立體圖。
圖1c為單個觀看口的分解立體圖。
圖2a、2b和2c組成了根據(jù)本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)的立體圖，其包括部件從左至右依次為水位顯示、水位計、及發(fā)光器。
圖3a是根據(jù)本發(fā)明一實施例的發(fā)光器的分解立體圖。
圖3b是圖3a的發(fā)光器完成組裝后的立體圖。
圖3c為根據(jù)本發(fā)明一實施例的電子隔板和透鏡隔板的分解立體圖。
圖3d為圖3c的透鏡隔板的立體圖，包括一排透鏡，透鏡之一呈現(xiàn)在分解圖中。
圖3e是根據(jù)本發(fā)明一實施例的發(fā)光器的外殼的分解立體圖。
圖4a為根據(jù)本發(fā)明一實施例的內(nèi)顯示側板的立體圖。
圖4b為根據(jù)本發(fā)明一實施例的水位顯示裝置的分解立體圖。
圖4c為圖4b的水位顯示裝置完成組裝后的立體圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的水位顯示裝置的分解立體圖。
圖6為圖5的水位顯示裝置在完成組裝后的立體圖。
具體實施例方式
本發(fā)明系統(tǒng)包括兩個主要構件發(fā)光器和水位顯示裝置。
這兩個主要構件與圖1a中所見的傳統(tǒng)水位計22相合。傳統(tǒng)水位計22由一連串觀看口3組成，其沿柱2垂直排列，每一觀看口包括由玻璃保護的開口4，光可通過該開口。當安裝在開水鍋爐或類似設備上時，水或蒸汽或二者的結合將從鍋爐穿過管1并進入柱2。希望觀察柱2的操作員可通過一連串觀看口3凝視，并確定水位計即鍋爐內(nèi)的水位。
如圖2a、2b和2c中所示，發(fā)光器14和水位顯示裝置23通過接口與水位計22相合，接口形成于發(fā)光器的外殼上的鉤18和水位計的柱2上的水位顯示裝置及螺栓17之間。
參考圖3a-3e，發(fā)光器可包括包含一排紅和綠光發(fā)光二極管(LED)19的電子印刷電路板(PCB)10、一排平凸型透鏡13、及外殼20，透鏡的數(shù)量等于LED19的數(shù)量，外殼20由第一部分8和第二部分9組成，其適于連接到傳統(tǒng)水位計。PCB10使用精密電阻器來調(diào)節(jié)提供給每一LED19的電流。PCB還使用對應于每一LED19的接線盒，其提供用于輸入功率的連接點并允許在各個PCB10之間跨接。PCB10安裝在電子隔板11上，其繼而連接到外殼的第一部分8和第二部分9。透鏡隔板12鄰近于LED19陣列放置并連接到外殼的第一和第二部分8、9。該透鏡隔板12具有多個平凸型透鏡13，其數(shù)量等于出現(xiàn)在PCB10上的LED19的數(shù)量。這些透鏡13通過外殼的第一部分8上的隔熱板26中的相等數(shù)量的孔21進行聚光，以提供將要通過水位計的光。
發(fā)光器的第一和第二部分8、9還包括偏移的槽24的陣列，其實際上從頂部到底部完全延伸。這些槽24及偏移被設計來限制源自水位計中的熱傳輸。用于蒸汽鍋爐的水位計的典型工作環(huán)境溫度非常高，通常在華氏696度(攝氏369度)的范圍內(nèi)。通過將這些槽引入到該設計中，通過傳導從水位計傳到PCB板組件和LED的熱傳輸?shù)靡詼p少，且LED被隔離于這些高工作溫度。
現(xiàn)在參考圖4a、4b和4c，水位顯示裝置23可包括觀看屏15，用于查看傳輸自LED的光，其已通過傳統(tǒng)水位計，還可包括可調(diào)節(jié)的側板5，用于阻擋未使用的紅和綠圖象，外殼的第一部分16和第二部分7適于連接到傳統(tǒng)水位計?？烧{(diào)節(jié)的側板5在所涉及水平面提供開口6并阻擋不想要的紅和綠光的顯示?？烧{(diào)節(jié)的側板5確保操作員可清楚地在水平面之間區(qū)分并減少錯誤。
現(xiàn)在參考圖5和6，提供第二隔熱板25以用于減少從水位計22到觀看屏15的熱傳輸。另外，偏移的槽24的陣列實際上完全從水位顯示裝置23的頂部到底部延伸。這些槽24及偏移被設計來限制源自水位計22的多余熱量的傳輸，其可能削弱顯示裝置的功能。
實用性在此示出的雙色水位計和發(fā)光器總體上提供了改進的裝置，其用于確定鍋爐汽鼓、加熱器、或類似水/蒸汽設備中的水位。
權利要求
1.一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計，其特征在于包含一排高亮度、窄射束、第一顏色和第二顏色發(fā)光二極管(19)的電子印刷電路板(10)；所述電子印刷電路板(10)安裝在電子隔板(11)上；包括多個觀看口的透鏡隔板(12)，每一所述觀看口包含裝置如平凸型透鏡(13)以用于聚焦源自所述發(fā)光二極管(19)的光，所述觀看口的數(shù)量等于發(fā)光二極管的數(shù)量，且所述觀看口與所述發(fā)光二極管(19)對準；用于使所述印刷電路板(10)隔離于外殼處存在的高溫的隔熱板(26)；及顯示裝置(15)，源自發(fā)光二極管(19)的光投射在顯示裝置上以便由操作員觀察。
2.一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計，其特征在于包含一排高亮度、窄射束、第一顏色和第二顏色發(fā)光二極管(19)的電子印刷電路板(10)；所述電子印刷電路板(10)安裝在電子隔板(11)上；包括多個觀看口的隔板(12)，觀看口與所述發(fā)光二極管(19)對準；用于使所述印刷電路板(10)隔離于外殼處存在的高溫的隔熱板(26)；及顯示裝置(15)，源自發(fā)光二極管(19)的光投射在顯示裝置上以便由操作員觀察。
3.一種用于確定鍋爐汽鼓中的水位的雙色水位計發(fā)光器，其特征在于包含一排高亮度、窄射束、第一顏色和第二顏色發(fā)光二極管(19)的電子印刷電路板(10)；所述電子印刷電路板(10)安裝在電子隔板(11)上；包括多個觀看口的透鏡隔板(12)，每一所述觀看口包含裝置如平凸型透鏡(13)以用于聚焦源自所述發(fā)光二極管(19)的光，所述觀看口的數(shù)量等于發(fā)光二極管的數(shù)量，且所述觀看口與所述發(fā)光二極管(19)對準；及用于使所述印刷電路板(10)隔離于外殼處存在的高溫的隔熱板(26)。
4.一種用于確定鍋爐汽鼓中的水位的雙色水位計發(fā)光器，其特征在于包含一排高亮度、窄射束、第一顏色和第二顏色發(fā)光二極管(19)的電子印刷電路板(10)；所述電子印刷電路板(10)安裝在電子隔板(11)上；包括多個觀看口的隔板(12)，觀看口與所述發(fā)光二極管(19)對準；及用于使所述印刷電路板(10)隔離于外殼處存在的高溫的隔熱板(26)。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計，其中所述高亮度、窄射束、第一顏色和第二顏色發(fā)光二極管(19)陣列包括至少兩個并行排列并獨立操作的所述第一顏色的發(fā)光二極管，及至少兩個并行排列并獨立操作的所述第二顏色的發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的雙色水位計發(fā)光器，其中所述高亮度、窄射束、第一顏色和第二顏色發(fā)光二極管(19)陣列包括至少兩個并行排列并獨立操作的所述第一顏色的發(fā)光二極管，及至少兩個并行排列并獨立操作的所述第二顏色的發(fā)光二極管。
7.根據(jù)權利要求1、2或5所述的一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計，其中所述第一顏色是紅色。
8.根據(jù)權利要求1、2、5或7所述的一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計，其中所述第二顏色是綠色。
9.根據(jù)權利要求3、4或6所述的一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計發(fā)光器，其中所述第一顏色是紅色。
10.根據(jù)權利要求3、4、6或9所述的一種用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的雙色水位計發(fā)光器，其中所述第二顏色是綠色。
11.用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其特征在于步驟投射來自一個或多個第一顏色發(fā)光二極管的第一光；投射來自一個或多個第二顏色發(fā)光二極管的第二光；將所述第一和第二光通過一包含不同水平面的蒸汽和水的柱，其相對于所述發(fā)光二極管位于所述柱的另一側；沿柱的不同垂直水平面觀察第一和第二光的位置；及基于所觀察的第一和第二光的位置，確定每一所述不同垂直水平面處水或蒸汽的存在。
12.根據(jù)權利要求11所述的用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其特征在于所述確定每一所述不同垂直水平面處水或蒸汽的存在的步驟是基于所觀察的投射屏上的第一和第二光的位置。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其特征在于所述投射第一光的步驟使用至少兩個并行排列且獨立操作的所述第一顏色的發(fā)光二極管。
14.根據(jù)權利要求11、12或13所述的用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其特征在于所述投射第二光的步驟使用至少兩個并行排列且獨立操作的所述第二顏色的發(fā)光二極管。
15.根據(jù)權利要求11或12所述的用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其特征在于所述第一顏色為紅色。
16.根據(jù)權利要求11、12或13所述的用于確定鍋爐汽鼓、加熱器或類似水/蒸汽設備中的水位的方法，其特征在于所述第二顏色為綠色。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于雙色開口水位計的固態(tài)發(fā)光器和顯示裝置，其適于用在高壓汽鼓或類似水/蒸汽設備中以幫助進行這樣的設備中的水位的準確確定。發(fā)光器包括一排作為光源的雙色固態(tài)發(fā)光二極管(LED)，及精密透鏡，以對來自LED的光聚焦通過水位計體并投射在觀看屏上。
文檔編號G01F23/292GK1711463SQ200380102793
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月3日 優(yōu)先權日2002年11月4日
發(fā)明者戴維·卡利克斯, 約翰·斯潘塞 申請人:福斯爾動力系統(tǒng)公司