专利名称：手提式制动检测折射计的制作方法
本申请是1998年6月15日提出的序列号为09/097368的在先共同待决专利申请的部分继续申请，该在先提出的专利申请通过参考结合到本申请之中。
背景技术：
已经知道，在保持制动功能高效而有效方面，监控液压制动流体中的水含量是至关重要的。在制动过程中，特别是在连续制动时，摩擦生热引起制动流体沸腾并形成气泡，该气泡能导致制动功能的全部丧失。由于大多数商用制动流体是高度吸湿的，因此制动流体从周围环境中吸收水分会使其中的水含量增加。如果制动流体中的水含量增加到2％，那么该流体的沸点就会显著降低，由此会降低制动效率和操作装置的整体安全性。
涉及制动流体中高含水量的另一个令人关注的方面是流体腐蚀活性的增加，该腐蚀活性能引起与制动流体接触的制动系统部件的腐蚀。目前在许多机动车上安装的防抱死制动系统(ABS)很容易受腐蚀影响。在大约2年内制动流体中存在的水会对ABS装置造成不可恢复的损伤。目前置换一套ABS系统大约要花费$1800。
目前市场上有售的产品采用两种方法测量制动流体中的水含量。在复杂装置中使用卡尔费休滴定法，该装置价值$7000左右。另一种利用测量制动流体沸点方法的装置价值大约$1000。显然大多数维修站不能负担和使用昂贵的测量装置。另一种方法是通过测量制动流体的电导率来测定制动流体中的水含量，已经证明该方法不够准确。因此，非常希望能有一种快速、简单而且便宜的方法和装置来测定制动流体中的水含量。所述方法和装置能使服务技工测量制动流体中的水含量并在出现安全或腐蚀问题之前推荐更换制动流体。
长时间以来折射计一直作为一种具有多种应用的携带式仪器。其在测定葡萄汁中的糖含量、蜜糖中的水含量、水溶性金属加工润滑剂的浓度和血清中的蛋白水平方面很有用处。美国测试和材料学会标准规程(American Society of Testing and Materials StandardPractice)D 3321详述了利用折射计测定发动机冷却剂凝固点的方法，该方法的精度比传统比重计法的精度高出许多。折射计需要很少的样品量。折射率测量非常快速，而且可利用简单且相对便宜的仪器实施。因此，折射计可通过测量特定流体中的全反射临界角来测定流体中水的百分比，同时还能提供温度补偿，由于折射率对温度的依赖性致使温度补偿非常必要。由于水含量增加时流体的折射率n会改变，因此具有不同水含量的流体会具有不同的折射率，因而具有不同的全反射临界角。由于全反射现像，在观察区中的标尺的暗部与亮部之间存在一个分界。以水含量单位予以校准的标尺上的分界位置表示被检测流体样品的水百分含量。
本行业中已经公知的是这样一些折射计，它们利用全反射临界角测定例如抗冻冷却剂等物质中的水百分含量。例如，授予Thompson等人的美国专利第5355211号(转让给Leica有限公司)公开了一种折射计组件的方法和装置，如该专利的图5所示，其包括外壳210内设置的临界角棱镜214和补偿楔形体232的装置。补偿楔形体232设置在温度响应部件234的一端上。
授予Okuda等人的美国专利第4243321号“轻便折射计(HandyRefractometer)”公开了一种手提式折射计，具体如该专利的
图1和图5中所示。该专利公开了镜12，它的一端通过片簧13固定到棱镜3的支撑部件14上。镜12的另一端通过片簧13的作用力压在热膨胀部件15上。热膨胀部件随温度变化而膨胀或收缩，由此转动镜12。在Okuda的专利中，为补偿温度变化，镜12围绕枢轴P转动，使光束53平行于原射光束52。
授予Dobes等人的美国专利第4451147号“折射计”公开了这样一种折射计如该专利的图1、2和3所示，该折射计使用了光折射楔形体40、镜18、镜面区32和44和棱镜22。根据Dobes的专利，镜反射光束54，并将光束54射向棱镜22。在棱镜22的底侧将光束分解成参考光束56和测量光束58。然后参考光束56被棱镜体42的镜面32和光折射楔形体40的局部镜面区44反射。测量光束58在有效表面区34被折射，然后通过光折射玻璃楔形体40，在楔形体40的底侧60处被镜面反射。通过使参考光束和测量光束射过同一棱镜，从而把两光束暴露于相同的温差中，来实现该专利中的温度补偿。对于Dobes的发明，必须在棱镜22上局部涂覆反射涂层以使之发挥作用。
由于制动流体内所含某些化学物质的性质，因此存在制动流体所特有的两个问题，这两个问题反映了已知折射计完全不适用于测量这种流体的折射性质。
首先，制动流体中折射率n的范围从0％水时的近似1.4447跨越到7％水时的近似1.4394。该范围比冷却剂的折射率范围(在相同水百分含量的范围内折射率从1.33到1.38)小得多。因此，需要一种能反映不同折射率范围的更加灵敏的手段来设计制动流体折射计。通过实现更为精确的温度补偿来满足提高了的灵敏度需求。冷却剂折射计中采用的公知温度补偿方法利用了一种与温度补偿棱镜和样品流体沉积棱镜相接的双金属片(在本发明的下述描述中称为“楔形体”)。补偿棱镜的材料是那些如果样品流体的温度系数(dn/dT)为正则它的温度系数就为负并且反之亦然的材料。当温度变化时，双金属片从初始位置发生偏转，从而改变了固接的补偿棱镜的角度，由此在测量样品流体的折射率过程中提供了恰当的温度补偿。
本行业中已经公知并利用了具有相反温度系数的两种材料和双金属片的观念。例如在授予Holleran的美国专利第3329060号和授予Goldberg的美国专利第3267795中都描述了上述内容，二者通过参考结合到本申请中。
已经证明，用于温度补偿的这种设计在测量制动流体水含量时是无效的。制动流体的温度系数还不到冷却剂温度系数的3倍(制动流体为-38×(10)-5/℃，冷却剂为-12×(10)-5/℃)。因此，需要一种更加灵敏的温度补偿装置，以便能在常规维修站很普通的温度范围内测量制动流体中的水含量。由于提高了灵敏度要求，冷却剂折射计中使用的双金属片不能提供所需的角度补偿。因此，制动流体折射计需要一种新的温度补偿装置。
在制动流体中，随着水含量的增加折射率会产生负向变化，而例如在冷却剂中，随着乙二醇的增加折射率也增加，由于以上事实出现了第二个问题。于是，需要变换读数标尺上的图像，以便使标尺底部与制动流体中0％的水对应，标尺顶部与7％的水相对应。因为从底到顶的校准方式为顾客所熟悉，且已经在已有的冷却剂折射计中使用，因此这种变换是很理想的。
这样一种折射计也是非常理想的，它不仅可以让用户测定特定液压流体中水的百分含量，而且还能让用户测定该流体的沸点。例如，在维修赛车时，该装置特别有用，因为，对于恰当地修理这样的汽车，为防止制动功能的损失所需要测定的就是沸点。
发明概述因此，本发明的初衷就是提供一种用于液压流体例如制动流体的折射计设备和方法，其能解决上面所列举的问题。本发明提供了一种采用温度敏感部件的折射计设备和方法，其能在标线板上提供水含量和沸点的正确读数。具体地说，温度敏感部件包括与双金属片结合在一起的一个棱镜-楔形体-镜的组合体。
在本发明的一具体实施例中，使用镜实现了增大的光束角偏移。镜的位置变化以2比1的比例改变光束的角偏移。因此，可通过在具有液压流体样品的棱镜与楔形体之间插入一镜来实现制动流体折射计中更灵敏的温度补偿。在冷却剂折射计中，不具有镜的旧的温度补偿组合体致使当楔形体转动1度时，光束的角位移仅为1度的一小部分。
本发明的另一个目的是在较大标尺上展开较窄的制动流体折射率范围，该标尺通常用在冷却剂折射计中。在聚焦透镜与标线板之间的距离上所传送的较大角位移将在标线板的标尺上提供较大的图像间距。
本发明的再一个目的是在用于制动流体的折射计上实现图像变换。在光束被镜反射后，先前在样品流体与棱镜之间的分界上发生全反射的光束部分和未发生全反射的光束部分交换位置，从而变换了图像，随后用户将在标尺上看到该图像。
本发明的又一个目的是将一种新颖的标线板结合到液压流体折射计中。该新标线板包括一个或多个标尺，例如，这些标尺表明特定液压流体中的水百分含量和沸点。
本发明的又一个目的是提供一套仪器，其包括至少两个用于相应的液压流体的折射计。
对于本技术领域的普通技术人员来说，通过参照以下描述和附图，本发明的这些和其它目的将更加清楚。
附图的简要说明图1是表示多种新制动流体的绝对折射率和温度系数的值的图表。
图2A、2B和2C是表示各种制动流体的折射率与水含量和沸点之间关系的图线；图3是表示通过卡尔费休滴定法测得的沸点与水分之间关系的图线；图4是一个图表，它包括关于在由图2和3中的信息测定平均水浓度与折射率过程中获得的结果的数据；图5是表示制动流体折射率对水的百分含量的相关性的图线；图6是给出各种制动流体平均温度系数的表格；图7是给出关于旧制动流体的折射率与温度系数的数据的图表；图8是表示各种车辆的制动流体中水含量的柱状图；图9是几种包括有制动流体样品的容器的透视图；图10是表示图9的旧制动流体样品中的彩色亮度分布的柱状图；图11是将各种旧制动流体样品的折射率读数与水含量作比较的图线；图12是将图11的数据与图2A和2B的数据作比较的图线；图13是本发明的制动流体折射计的透视图；图14A是图13的折射计的一部分的分解图；图14B是如果临界角棱镜被LED照射而产生折射的示意图；图15是图13的折射计的部件的分解图；图16A是图13的折射计的纵向剖视图；图16B是校准程序的示意图；图16C是表示读数的标线板的示例；图16D和16E表示本发明的标线板的不同实施例；图16F是本发明的盘形标线板的侧视图；图17A和17B是本发明的整体式镜-楔形体组合体的操作的示意图；图18是表示在本发明的折射计中的图像变换的示意图；图19A-19D是分解图，局部示意地表示本发明的折射计的一可选实施例的；以及图20-22是表示本发明的制动流体折射计的另外各个实施例的示意图。
优选实施例的详细描述在世界各国制造和行驶的不同牌号的机动车中循环使用的制动流体属于各种化学物质的广泛多样的组合。由特定制造商建造的各种牌号的汽车以及由不同制造商建造的同类汽车都需要不同类型的制动流体，以保持适当而又可靠的制动功能。制动流体的类型的多样性使设计一种用于测量不同制动流体的某一性质的单一装置的任务成为一个特别令人畏缩的问题。因此，为设计并制作一种能在市场上有售的多种制动流体中使折射率n与沸点和水百分含量相关的折射计，就必须保证各种制动流体的光学性质是这样的，即流体的折射率依然是在可适用于在标线板上获得清晰读数的范围之内。对用水稀释过的“清洁”制动流体和从实际机动车中取出的制动流体实施以下测试和测量，其说明并支持了本发明的制动流体折射计可适用于测定不同制动流体的水含量和沸点的观点。
示例1制动流体中绝对折射率的范围图1的图表表示33种新制动流体的绝对折射率的值以及在大多数实验中用水以水的1％的增量稀释至水含量达7％的同一制动流体折射率的值。流体的绝对折射率是在流体水含量为0％时该流体的折射率。在该示例中，各种牌号的制动流体购自商店内，然后测量纯净的、未稀释的制动流体的绝对折射率。此后，测定经稀释的制动流体样品的折射率。在所有测量中，利用NIST Traceable实验室的折射计来测量折射率。利用卡尔费休滴定法测定样品中水的百分比，该方法已为本领域的普通技术人员所公知。
制动流体的牌号名称与类型以及这些流体中水的百分比提供于图1的列1、3和4中。列8提供了20℃时所有纯制动流体以及用水稀释到7％的制动流体的折射率。由列8可以看到，20℃时折射率的绝对值位于DOT 4+Volvo牌制动流体的大约1.44721和DOT 3Delco(GM)牌的大约1.44344之间的范围内。所有这些绝对折射率落在这样的范围内的事实使该范围便于在折射计标线板上获得良好的读数。由此，上述数据结论性地表明可以制作一种能提供各种不同制动流体的精确读数的折射计。
示例2制动流体的折射率、水含量和沸点之间的关系DOT3、高温DOT3和DOT4制动流体的折射率与水浓度之间的关系分别示于图2A、2B和2C中。将水量为1％到8％的水以近似1％的增量加到每种新流体中以求得这些数据。在大约20℃和24℃时测量折射率，并将其校准到20.0℃。所有三种类型的制动流体都显现出折射率与水浓度之间极好的相关性，而不管一个类别中流体与流体的成分可能不同的事实。图2B和2C中的数据拟合曲线几乎完全相同。这表明在高温DOT3和DOT4流体的折射率与水浓度的相关性之间没有明显差别。
在1％到6％的水浓度的范围内也测定了少数流体的沸点。通过卡尔费休滴定法测得的沸点与水含量之间的关系示于图3中。来自图2和3的结果用于确定DOT3和DOT4流体在指定湿和干沸点下的平均水浓度与折射率。这些结果连同新从容器内取出的流体的平均沸点、水的百分比和折射率一起显示于图4的图表中。所有被研究的流体都远远超过了由汽车工程师学会J1703和运输机动车部安全标准(Department of Transportation Motor Vehicle SafetyStandard)第116号所规定的最小湿沸点和最小干沸点。在图5中也示出了DOT3、Ford DOT3和DOT4+型的制动流体的折射率与水百分含量的相关性。从图2的图线中得出，在所有参加测试的制动流体中，随着水分的增加，折射率的降低通常是恒定的。换而言之，在水含量从大约1％到5％的范围内，图2中的曲线的斜率dn/d(％H2O)是恒定不变的。
基于在所有被测试制动流体中折射率以近似相同的速率下降的事实，可以设计一种具有标线板的制动流体折射计，该折射计能为市场上有售的广泛多样的制动流体提供水含量和沸点的精确读数。
示例3制动流体中的温度系数与散射(dispersion)温度对折射率的测量将产生很大影响，并且必须非常谨慎地予以控制或校准。水溶液通常显现出的温度系数为-0.0001到-0.0002。有机流体的温度系数近似为-0.0004。这样的系数对应于每摄氏度在浓度方面大约5％的变化。新DOT3、高温DOT3和DOT4制动流体的温度系数完全相同。而旧DOT3制动流体样品的平均温度系数也完全相同。温度系数数据示于图6的图表中。回到图1的图表，列14表示所有被测制动流体的微分温度系数dn/dT的测量结果。这些系数落在大约-30*10-5/℃到-50*10-5/℃的范围之内。温度系数的平均值确定为-0.000388416/℃。温度系数的平均值精确地反映了当环境温度升高或降低时被测流体折射率n的变化。因为温度系数基本保持不变，所以就可能为本发明的折射计设计单一式温度补偿系统。这样的系统可以补偿所有各类制动流体折射率中的温度变化。
公开并实施在本发明中的制动流体的有关重要性质是其不变的散射。散射反映了折射率相对于入射光束波长的变化，dn/dλ。如果折射率与波长的相关性不是恒定不变的，那么就不可能在折射计输出装置的标尺上以分明边界的形式获得读数。散射使不同波长的光以不同角度产生折射，从而产生多色的边界，该边界不能指示与折射率对应的具体值。
已经发现，在被测制动流体中，比例dn/dλ对制动流体的不同配方都是保持不变的。因此，折射计标线板上形成的读数的方式是在亮与暗区域之间的分明分界。这样的读数非常适合于精确地表示通过本发明折射计测得的制动流体的水百分含量值和沸点值。
示例4“清洁”与“旧”制动流体之间的相似性对从商店购得的“清洁”新制动流体和后来用水稀释了的制动流体进行各种制动流体的水含量与沸点的测量。显而易见的是，在实际生活中，打算用新制动流体折射计测定“旧”制动流体中的相同参数，“旧”制动流体是在用过后从汽车内清除出来的。因此，确定具有相同水含量的“新”与“旧”制动流体的光学性质相类似是非常重要的。如果证实了与具有某一水含量的被测“清洁”制动流体对应的标线板读数和与具有相同水含量的“旧”制动流体对应的标线板读数之间存在这样的相似性，那么结论是，本发明的折射计将能给出取自在用汽车并由不同汽车服务机构中的技术人员和服务人员测试的各种制动流体的正确读数。
现在参看图7的图表，可以看到，其中的数据代表“旧”制动流体的折射率和温度系数的测量结果，还代表针对“清洁”制动流体所测得并显示于图1的图表中的相同光学性质。分析了131种车辆的主缸制动流体的水含量。推荐所有被测车辆的储蓄器盖使用DOT3制动流体。结果柱状图示于图8中。被测车辆中的平均水浓度为2.6％+/-1.5％。车辆年份范围是从1976到1997。车辆的平均寿命为8年+/-4年。中值水含量为2.4％。在60％的车辆中，所测得的水含量要大于2％。百分之二十五的车辆的水含量大于4％，接近于一般DOT3制动流体的湿平衡回流沸点(wet equilibrium reflux boilingpoint)。
在样品与样品之间，被测试流体的物理性质相差很大。图9中描述了样品颜色的典型范围。在图10中示出了对样品颜色的主观分析。不存在样品的颜色或暗度有助于分析中的任何可变性的迹象。即使在排除了最暗的样品时，计算出的折射率对水的百分含量的相关系数也是相同的。
图11中所示的数据包括所有样品，而与颜色无关。图11将125辆“在用”公路车辆的折射率读数对水含量作了比照。不打算区分标准DOT3旧制动流体与高温DOT的旧制动流体。正如图12中所示，旧制动流体数据的曲线落在清洁标准DOT3流体的曲线拟合线与高温DOT3流体的曲线拟合线之间。
“旧”制动流体的折射率落在1.43907到1.44588的范围内，实际上该范围与示例1中观测得到的稀释制动流体折射率的范围相同。另外，包含有相同水百分含量的“旧”制动流体与稀释的“清洁”制动流体具有近似相同的折射率和温度系数。
因此，示例1-4表明，不同品牌汽车中使用的市场上有售的广泛多样的制动流体的光学性质使得可以设计出单一式测量装置，它能提供制动流体的水百分含量和沸点的精确读数。本发明在一种制动流体折射计中实现了通过示例1-4所说明的原理。
现在参见图13，在此示出了本发明的制动流体折射计10，它包括一整体外壳12和一输出读数装置14。输出读数装置14可以是任何合宜的型号，例如，比如是数字式输出读数装置，它能使用户观察到数字形式的测量结果。通过本发明可以设想的是，具有数字式输出读数装置的液压流体折射计可包括一列光敏元件，该列光敏元件用于通过入射光感测该列的照射量。
如图14A所示，外壳12包括一细长的圆柱形把手部分16和分别具有第一和第二倾斜面20和22的基准部分18，以及伸展开来并与隔开的侧壁26和28相接的水平面24。倾斜面20和22与隔开的侧壁26和28连同圆柱形把手部分16一起构成整体外壳12，在该外壳12中布置折射计10的光学元件。
第一倾斜面20包括具有一通孔32的凸起30，该通孔32适合于容放铰接装置34。第二倾斜面22包括矩形的开口36，该开口36能允许在外壳12内部布置的并在下面详述的临界角棱镜38(示于图15中)的表面上存积样品流体。为将盖40以枢转方式连接到凸起30上而设置了杆形的铰接装置34，以便当在临界角棱镜上存积样品流体时使盖40处于打开状态，或在将样品流体存积到临界角棱镜上之后使盖40处于闭合状态。盖40包括有两个倾斜面42和44以及第三表面46，它们成形为当盖40处于闭合状态时能覆盖外壳12的表面20、22和24的形状。
现在参看图15，在外壳12内放置了包括有两块间隔开来的侧板52和54的槽形框架50，该侧板52和54与底板56相接。框架50用作折射计光学元件的容器，该光学元件包括临界角棱镜38、楔形体58、双金属片60和双金属弹簧装置62。在框架50内，临界角棱镜38布置在间隔开来的侧板52和54之间，其方式是，临界角棱镜38的斜面64位于框架50的两个倾斜肋板66和68之间，并位于具有矩形开口36的外壳12的基准部分18的第二倾斜面22下方。通常样品流体通过矩形开口36积存于临界角棱镜38的倾斜面64上。临界角棱镜38的倾斜面64在该棱镜的一棱上与第二面70相接，并在相对棱上与第三面72相接。
如图14A所示，在本发明的一个实施例中，环境光照射倾斜面64上积存的样品流体，并进入折射计内部的光程。在此实施例中，盖40由透明材料制成，该材料是可透的以供环境光通过盖40进入光程。
如图14B所示，在本发明的另一个实施例中，由位于临界角棱镜38底面73下方的LED71产生照射倾斜面64上的样品流体47并进入光程的光。从LED71向四面八方发出的光首先通过临界角棱镜38，并通过样品流体47，直至光到达盖40的漫反射表面41。然后来自LED71的光从漫反射表面41向四面八方漫射。例如，图14B中多个选定的平行光束43从漫反射表面41反射回到样品流体47中，在面64上折射返回到临界角棱镜38中，并且在棱镜38的面75上再一次折射之后作为一列平行光束从棱镜38出去。从漫反射表面41反射的光以最大可达折射临界角的所有角度折射回棱镜38中。如图14B所示，因为以临界角度入射到面64上的光束45在面64上发生全反射，所以它不会进入临界角棱镜38。所有以大于临界角的角度入射到面64上的光束将不会折射回到临界角棱镜38中，而将在面64上发生全反射，由此在标线板上会产生阴影线(未示出)。在本发明的该实施例中，可以预期的是，最好将单色LED71配装到外壳12内，并提供充足的照明以便在标线板上形成图像。
如图15和16A所示，楔形体58安装在间隔开来的侧板52和54内，与临界角棱镜38相邻。楔形体58的主表面74涂有反射涂层，从而将主表面74变成一个镜，并使楔形体58变成整体式镜-楔形体的组合体。
如图15和16A所示，楔形体-镜组合体与枢转轴部件76相连接，通过间隔开来的侧板52和54使该枢转轴部件76在其两个端部受到枢转支撑。具体地说，在轴部件76的相对轴向端上的杆状延伸段分别座落在侧壁52和54上的凹口77a和77b之中。枢转轴部件76具有平的上部表面78，并被允许围绕纵向轴线(a)旋转。双金属片60在其第一端80上连接到枢转轴部件76的平的上部表面78上。双金属片60平行于折射计的光轴线(x)呈悬置状或呈悬臂状。双金属片60的第二端82紧固到双金属弹簧装置62上，该双金属弹簧装置通过双金属片60向调整螺钉84施加载荷。双金属片60和弹簧装置62连同整体式楔形体-镜组合体构成本发明的制动流体折射计中使用的温度补偿机构。温度变化使双金属片60发生弯曲，从而驱使楔形体-镜组合体围绕图15中示出的轴线(a)作旋转运动。当双金属片60弯曲时，它必须克服枢转轴部件76的端部86和88与框架50的间隔开来的侧板52和54之间的摩擦。此外，双金属弹簧60/调整螺钉84组合体向双金属片60施加与双金属片60的弯曲方向相反的力。由此，上下调节调整螺钉84可校准折射计。
本发明的校准过程包括以下步骤。首先，用户利用具有已知水含量的第一校准流体观测标线板上暗区和亮区之间的分界位置，该分界位置由图16B中的线A所示出。正如图16A中所示，如果分界A落在与已知水含量对应的读数(图16B中的线Z)下方，就通过旋转螺钉84来进行调整，这又转动了楔形体58。调节螺钉84，直至分界A以距离d＝0.5×(Z-A)＝0.5×Δd置于线Z之上。当初步测量产生在线Z上方的分界A时，通过螺钉84调整楔形体58，从而使分界a以距离d＝0.5×(A-Z)＝0.5×Δd移动到线Z下方的位置。
校准过程的下一步骤是通过旋转螺钉85(示于图16A中)调整透镜90以使分界A与线Z重合。接着，利用第二校准流体，重复相同的校准过程。重复校准过程，直至满足校准要求。
光通过临界角棱镜38的面64上积存的样品流体之后，一部分光在面64上发生全反射。另一部分未发生全反射的光接着通过临界角棱镜38，然后通过楔形体58和透镜90，以在标线板92上形成图像。如图16C所示，标线板92上的图像包括，与发生全反射的那部分光对应的暗区93和与投射到标线板92上的光对应的亮区95。标线板92包括至少一个带有刻度的的标尺97，该刻度对应于一个或多个要测量的参数，例如，比如是液压流体的沸点或水含量。分界99投射到标线板92上与具体液压流体中测得的参数相对应的刻度上。
在本发明的折射计中，可以预期的是，假如标线板92包括与不同液压流体相对应的不同标尺，就可以利用单一式设备测试不同种类的液压流体。这样的标线板可以具有不同的形状和设计。例如，如图16D所示，本发明的折射计的一个实施例包括成形为立方体形或矩形的棱镜的标线板120。在该实施例中，标线板120可通过旋钮122在折射计中旋转。标线板120的侧面包括与不同型号的液压流体对应的标尺。如图16D所示，标线板120的面124和126分别包括标尺121和123。用户将会看到与其上形成图像的图像平面重合的标线板120表面。由此，就在与图像平面重合的标尺上向用户提供了与具体型号的液压流体相对应的读数。
通过转动旋钮122可将不同的标尺置放到图像平面上，从而，可利用同一个折射计测量不同制动流体的沸点和水含量。
如图16E和16F所示，在用于检测各种制动流体的单一式折射计的再一个实施例中，标线板92为盘形。在标线板上有与不同型号的制动流体相对应的多个标尺。通过旋钮130能使标线板围绕轴线L旋转。图像区132包含与具体液压流体对应并可被用户看到的标尺。当通过折射计测量另一种制动流体的性质时，就转动标线板92而将适当的标尺置于图像区132内。
当折射计仅用于某种液压流体时，可向用户提供一套具有若干折射计的仪器。可以制造并校准每一个折射计，使其用于一种具体的液压流体。用户可选择与需要检测的流体型号相对应的折射计。
重要的是要强调，采取与双金属部件结合的整体式镜-楔形体组合体的形式的温度补偿装置为本发明的折射计的适当温度补偿功能提供了一种新颖装置。楔形体-镜组合体的涂层表面74提高了以2比1的比例从临界角棱镜38进入楔形体58的光束的角偏差。图17A和B示意性地表示具有设置于反射涂层94之内的表面74’的楔形体58’。如图17A和17B所示，当镜58’转动X度时，光束96从其先前位置偏转2X度。如果楔形体58的表面74’未涂有反射涂层并且不作为镜工作，那么旋转该楔形体1度将导致光束的角位移仅为1度的一小部分。此外，由于聚焦透镜90与标线板92之间的距离带来的较大角位移提供了图像在标线板标尺上的较大间距，因此光束的较大角位移解决了在较大标尺上扩展制动流体折射率的较窄范围的问题，在用于冷却剂的折射计中通常使用较大的标尺。
在折射计中同一镜还可用作图像变换器。如图18所示，在光束2被镜8反射后，先前在样品流体与临界角棱镜38之间的分界上发生全反射的光束2的一部分4(上面暗的部分)与未发生全反射的光束2的一部分6(下面亮的部分)交换位置。反射后上面暗的部分4变为下面暗的部分4a，而下面亮的部分6变为上面亮的部分6a，由此，完成了用户将在标线板标尺上看到的图像的变换。
本发明的可选的一个实施例示于图19A-19D中。在该实施例中，枢转轴部件100具有圆柱形的中心部分102和两个对置隔开的端第一端106和第二端104。双金属片110的一个端108连接于枢转轴部件100的第一端106上。双金属片110的另一端112连接于弹簧装置114上。在该实施例中，当双金属片110由于温度变化而弯曲时，它向枢转轴部件100的第一端106施加转动力，这引起整体式楔形体-镜组合体116的旋转，从而提供了折射计中的温度补偿。
如图20和21所示，本发明的制动流体折射计的另一个实施例包括镜200和楔形体58，它们不是作为整体的元件，而是作为两个独立的光学元件。图21表示三体式棱镜38-楔形体58-镜200组合体，与图20中所示的光路图中的7倍放大不同，该组合体能将图像放大10倍。图22描述了具有摄远聚焦透镜系统的棱镜38-楔形体58-镜200组合体。由于制造制动流体折射计时要将它装入预定尺寸的外壳之中，例如装入为冷却剂折射计制造的外壳之中，因此要利用摄远聚焦透镜系统把图像聚焦在较近距离处。
还可以预期的是，还为用于本发明的液压流体的折射计配置了讲解怎样操作折射计的说明书。具体地说，它将指导用户在临界角棱镜的表面上积存要被检测的液压流体的样品。
可以理解的是，对本领域的普通技术人员来说，对此处所述的发明构思进行的各种改进是显而易见的，而不会脱离由附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一列沿光程放置的光敏元件，该列与一信息显示器以电结合；一沿光程放置的与该列光敏元件呈间隔关系的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿棱镜与该列光敏元件之间的光程放置的反射元件；以及一温度敏感装置，其在操作上使反射元件保证该反射元件的枢转运动响应于温度变化以便通过随这些变化而改变光程来对温度变化作出补偿；由此信息显示器提供与液压流体的水含量相关的读数。
2.根据权利要求1所述的设备，其还包括用于在该列光敏元件上形成图像的聚焦装置，该聚焦装置沿反射元件与该列光敏元件之间的光程放置。
3.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一列沿光程放置的光敏元件，该列与信息显示器以电结合；一沿光程放置的与该列光敏元件呈间隔关系的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿棱镜与该列光敏元件之间的光程放置的第二棱镜，该第二棱镜具有被反射涂层覆盖的面；以及一温度敏感装置，其在操作上使第二棱镜保证该第二棱镜的枢转运动响应于温度变化，以便通过随这些变化而改变光程来对温度变化作出补偿；由此信息显示器提供与液压流体的水含量相关的读数。
4.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一列沿光程放置并与信息显示器以电结合的光敏元件；
一沿光程放置的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿光程放置的反射元件；以及一温度敏感装置，用于使反射元件产生枢转运动，其中选择温度补偿以对应于在范围-30×10-5/℃到-50×10-5/℃内的液压流体的温度系数；由此信息显示器提供与液压流体的水含量相关的读数。
5.一种利用一设备测量液压流体中水含量的方法，该设备包括用于限定光程的装置、临界角棱镜、具有一个面的临界角棱镜、温度补偿装置、以及一列沿光程布置并与信息显示器以电结合的光敏元件，该方法包括以下步骤在临界角棱镜的面上放置液压流体；使光通过该液压流体进入光程；通过随环境温度而改变光程来对温度变化作出补偿；以及观测信息显示器上的读数，该读数表示液压流体中的水含量。
6.在利用一设备测量液压流体中水含量的方法中，该设备包括用于限定光程的装置、临界角棱镜、具有一个面的临界角棱镜、温度补偿装置、以及一列与信息显示器以电结合并沿光程布置的该列光敏元件，一种校准方法包括以下步骤在临界角棱镜的面上放置液压流体，该液压流体的水含量为已知；使光穿过液压流体并进入光程；调整光程，以便使亮与暗之间的分界投射到该列光敏元件的预定点上，在信息显示器上产生一预定读数。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，温度敏感装置包括一双金属部件，并且其中反射元件包括沿棱镜与该列光敏元件之间的光程放置的楔形体，该楔形体安装成便于枢转运动。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，该楔形体包括具有反射涂层的面，该面包括反射元件。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，朝向液压流体样品布置的棱镜的面也朝向环境光布置。
10.根据权利要求1所述的设备，其还包括一光源，并且其特征在于，棱镜具有朝向光源布置的另一个面。
11.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，该聚焦装置还包括一物镜。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，反射元件包括一沿棱镜与温度敏感装置之间的光程布置的镜。
13.根据权利要求3所述的设备，其还包括一用于在该列光敏元件上形成图像的聚焦装置，该聚焦装置沿反射元件与该列光敏元件之间的光程放置。
14.根据权利要求13所述的设备，其还包括一框架，其特征在于，棱镜和该列光敏元件与框架以机械方式结合。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，聚焦装置还包括一物镜。
16.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，温度敏感装置与框架以枢转形式结合，并还与第二棱镜以机械方式结合，该温度敏感装置还包括一双金属片和双金属弹簧。
17.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，放置该液压流体包括放置制动流体。
18.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，选择对温度变化的补偿以对应于在范围-30×10-5/℃到-50×10-5/℃内的液压流体的折射率。
19.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，液压流体的已知水含量包括基本上不含水的情况。
20.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，液压流体为一制动流体。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，液压流体为一制动流体。
22.一种利用多个设备(apparati)测量液压流体中水含量的方法，每个设备包括用于限定光程的装置、临界角棱镜、具有一个面的临界角棱镜、包括反射元件和在操作上保证该反射元件产生枢转运动的温度敏感元件的温度补偿装置、以及一列与信息显示器以电结合并沿光程布置的光敏元件，该方法包括
根据要被分析的液压流体选择设备；将液压流体样品放置在临界角棱镜的面上，该液压流体的水含量为已知；使光穿过液压流体进入光程；以及观察信息显示器上的读数，该读数表示液压流体中的水含量。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，放置液压流体样品包括放置制动流体样品。
24.根据权利要求22所述的方法，其还包括通过随环境温度而改变光程来对温度变化进行补偿。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，选择对温度变化的补偿以对应于在范围1.4到1.5内的液压流体的折射率。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，选择对温度变化的补偿以对应于在范围-30×10-5/℃到-50×10-5/℃内的液压流体的折射率。
27.一种利用一个设备测量多种型号的液压流体中的水含量的方法，该设备包括用于限定光程的装置、临界角棱镜、具有一个面的临界角棱镜、一列沿光程布置并与信息显示器以电结合的光敏元件、沿光程布置的温度敏感装置、以及用于选择一种型号的液压流体的调节装置，该方法包括调整该调节装置以与液压流体的型号对应；将液压流体放置在临界角棱镜的面上；使光穿过液压流体进入光程；通过随环境温度而改变光程来对温度变化进行补偿；以及观察信息显示器上的读数，该读数表示液压流体中的水含量。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，液压流体为一制动流体。
29.根据权利要求28所述的方法，其还包括在放置样品之前进行从制动系统中清除制动流体样品的工作。
30.根据权利要求28所述的方法，其还包括一最后步骤，该步骤是，如果亮与暗之间的分界位于该列光敏元件的预定区域内，就从制动系统中排出制动流体。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，通过液压流体进入光程的光是由LED产生的。
32.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，选择对温度变化的补偿以对应于在范围1.4到1.5内的液压流体的折射率。
33.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，选择对温度变化的补偿以对应于在范围-30×10-5/℃到-50×10-5/℃内的液压流体的温度系数。
34.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一列沿光程放置的光敏元件，该列与信息显示器以电结合；一沿光程放置的与该列光敏元件呈间隔关系的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿棱镜与该列光敏元件之间的光程放置的反射元件；一温度敏感装置，其在操作上使反射元件保证该反射元件的枢转运动响应于温度变化以便通过随这些变化而改变光程来对温度变化作出补偿；一调节装置，其用于改变光程以与多种型号的液压流体中的每一种相对应；由此，信息显示器提供与液压流体的水含量相关的读数。
35.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，液压流体为一制动流体。
36.根据权利要求34所述的设备，其还包括用于在标线板上形成图像的聚焦装置，该聚焦装置沿反射部件和该列光敏元件之间的光程布置。
37.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，温度敏感元件还包括沿第一棱镜与该列光敏元件之间的光程布置的楔形体，该楔形体包括反射元件，该楔形体可转动地结合到框架上，并且还与双金属部件以机械方式结合。
38.根据权利要求37所述的设备，其特征在于，该楔形体包括一具有反射涂层的面，该面包括反射元件。
39.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，朝向LED的第一棱镜的面限定第二面。
40.根据权利要求36所述的设备，其特征在于，该聚焦装置还包括一物镜。
41.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，反射元件包括沿第一棱镜与温度敏感装置之间的光程布置的镜。
权利要求
1.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一沿光程放置的标线板；一沿光程放置的与标线板呈间隔关系的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受用于照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿棱镜与标线板之间的光程放置的反射元件；以及一温度敏感装置，其在操作上使反射元件保证反射部件的枢转运动响应于温度变化以便通过随这些变化而改变光程来对温度变化作出补偿；由此标线板提供与液压流体的水含量相关的读数。
2.根据权利要求1所述的设备，其还包括用于在标线板上形成图像的聚焦装置，该聚焦装置沿反射元件与标线板之间的光程放置。
3.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一沿光程放置的标线板，该标线板还包括沿液压流体中的水含量增加的方向升高的标记；一沿光程放置的与标线板呈间隔关系的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受用于照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿棱镜与标线板之间的光程放置的第二棱镜，该第二棱镜具有被一反射涂层覆盖的面；以及一温度敏感装置，其在操作上使第二棱镜保证该第二棱镜的枢转运动响应于温度变化以便通过随这些变化而改变光程来对温度变化作出补偿；由此标线板提供与液压流体的水含量相关的读数。
4.一种用于液压流体的折射计设备，其包括用于限定光程的装置；一沿光程放置的标线板；一沿光程放置的棱镜，该棱镜具有朝向液压流体样品布置的面，棱镜放置在能接受用于照射液压流体样品的光的位置，从而亮与暗之间的转变是随着液压流体中的水含量而变的；一沿光程放置的反射元件；以及一温度敏感装置，用于使反射元件产生枢转运动，其中选择温度补偿以对应于在范围-30×10-5/℃到-50×10-5/℃内的液压流体的温度系数；由此标线板提供与液压流体的水含量相关的读数。
5.一种利用一设备测量液压流体中水含量的方法，该设备包括用于限定光程的装置、临界角棱镜、具有一个面的临界角棱镜、温度补偿装置、以及沿光程布置的标线板，该方法包括以下步骤在临界角棱镜的面上放置液压流体；使光通过该液压流体进入光程；通过随环境温度而改变光程来对温度变化作出补偿；以及观测标线板上亮与暗之间的分界，以测定液压流体中的水含量。
6.在一种利用一设备测量液压流体中水含量的方法中，该设备包括用于限定光程的装置、临界角棱镜、具有一个面的临界角棱镜、温度补偿装置、以及沿光程布置的标线板，一种校准方法包括以下步骤在临界角棱镜的面上放置液压流体，该液压流体的水含量为已知；使光通过该液压流体并进入光程；以及调整光程，以便使标线板上亮与暗之间的分界投射到标线板的预定点上。
全文摘要
一种用于监测液压流体中水的百分含量的折射计设备和方法，采用温度敏感装置以便使用户获得各项被测性质的精确而又正确的读数。具体地说，温度敏感部件包括与一双金属片结合的棱镜－楔形体－镜组合体。该组合体保证了折射计设备内部的光束的适当角位移，从而保证了被测量参数的正确读数。
文档编号G01N21/43GK1630814SQ00805768
公开日2005年6月22日 申请日期2000年1月28日 优先权日1999年1月28日
发明者C·T·科顿, J·M·萨宾, T·E·赖安 申请人:莱卡微系统公司