專利名稱：小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及小型水純化系統(tǒng)，尤其是指一種小規(guī)模流體增壓或循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有小規(guī)模流體增壓系統(tǒng)(如反滲透純水機(jī))或循環(huán)系統(tǒng)(如實驗室超純水系統(tǒng))中，直流有刷電機(jī)驅(qū)動之小型隔膜泵是常用的驅(qū)動泵形式，而這類水泵由于采用有刷電機(jī)、固定功率工作，與絕大多數(shù)恒頻率水泵一樣，它的揚(yáng)程-水量呈近反比曲線關(guān)系。當(dāng)泵的入口壓力變化，或泵后的元件壓損變化時，往往就意味著它的水量、揚(yáng)程也將發(fā)生變化，無法適應(yīng)多種條件下系統(tǒng)對水量或壓力相對保持恒定、或根據(jù)條件做出適應(yīng)性功率調(diào)整的要求。同時，該類泵即使同一泵型也難以確保即使同一批次個體出力的一致性，通常這個差異 可高達(dá)10%以上，且在運(yùn)行初期(冷電機(jī))和一段時間后(熱電機(jī))也會出現(xiàn)泵出力的一定幅度變化。這些缺陷都會在特殊應(yīng)用要求下暴露問題和不足，具體舉例如下對于使用該類泵的小型反滲透純水系統(tǒng)而言，冬季水溫大幅下降，反滲透膜的純水產(chǎn)量也將隨水溫降低而大幅下降，此時如需使純水產(chǎn)量適當(dāng)提升就必須加大泵的出力、提高反滲透膜的工作壓力，而恒頻率泵無法在不提高回收率的前提下實現(xiàn)這點，提高回收率則會影響反滲透膜壽命并降低產(chǎn)水質(zhì)量，且需要人工干預(yù)進(jìn)行調(diào)整；對于需要恒定流速的循環(huán)水系統(tǒng)而言，該類隔膜泵的個體參數(shù)差異及出力的不穩(wěn)定性，以及泵出口元件壓損的變化都會導(dǎo)致介質(zhì)循環(huán)流速的變化，難以實現(xiàn)恒流速目標(biāo)。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本實用新型提供一種小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)及其控制方法。該系統(tǒng)及其控制方法可以自動調(diào)整水泵的功耗至最佳，可以穩(wěn)定超純水指標(biāo)、保持取水流速恒定、保持系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定，環(huán)保節(jié)能。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型技術(shù)方案為小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一 PWM開關(guān)電源，該P(yáng)WM開關(guān)電源分別連接一由直流電機(jī)驅(qū)動的隔膜泵和一帶DAC轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)；隔膜泵與單片機(jī)之間設(shè)置有一流量傳感器或壓力傳感器。進(jìn)一步的，PWM開關(guān)電源的PWM電源IC的輸出電壓由參考電壓Vref和反饋電壓Vfb共同決定，參考電壓Vref由單片機(jī)的DAC轉(zhuǎn)換電路提供；反饋電壓Vfb取自PWM開關(guān)電源的輸出端。進(jìn)一步的，PWM開關(guān)電源的輸出端連接隔膜泵的電源輸入端。本實用新型與現(xiàn)有產(chǎn)品相比的有益之處在于本實用新型就是利用直流有刷電機(jī)驅(qū)動的隔膜泵可在相對較寬直流電壓范圍下工作的特點(如DC24V額定電壓的隔膜泵通?？梢栽贒C16-26V范圍正常工作)，利用PWM電源集成IC配合單片機(jī)DAC轉(zhuǎn)換電路，設(shè)計改變隔膜泵的輸入電壓，輔以隔膜泵后的流量傳感器或壓力傳感器的信號反饋，來進(jìn)行相對精確的恒壓力或恒流量控制，由于這種泵出力的變化并非通過改變其電機(jī)的頻率，而是通過改變其輸入電壓來實現(xiàn)的，效果類似變頻，故稱其為“模擬變頻控制技術(shù)”。本實用新型技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)方法或裝置的不同之處在于現(xiàn)有方法或裝置只能為水泵提供恒定的額定工作電壓，因而只能通過嚴(yán)格限定系統(tǒng)的工作條件、選擇更加合適出力的泵型或預(yù)留足夠正偏離技術(shù)指標(biāo)空間的方式來彌補(bǔ)因使用直流有刷定頻率電機(jī)驅(qū)動之隔膜泵帶來的不足，例如在以該類泵增壓的小型反滲透純水系統(tǒng)中，必須以接受冬季產(chǎn)量下降、并限定系統(tǒng)的入口壓力范圍為前提來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在嚴(yán)格的恒流量循環(huán)系統(tǒng)中，則必須采用成本更高的可調(diào)速電機(jī)驅(qū)動的其它泵型來解決，或者不得不接受一定范圍內(nèi)的流量變化為代價。本實用新型與傳統(tǒng)方法的最大不同在于使用多電壓輸出的控制電路，同時在泵后增加壓力傳感器或流量傳感器來監(jiān)測泵的出力狀態(tài)，與電路的輸出電壓協(xié)同控制以實現(xiàn)類似變頻效果，從而達(dá)成恒壓或恒流量的工作目標(biāo)。在實際應(yīng)用中，通過模擬變頻技術(shù)可以帶來以下有益效果——以小型反滲透純水系統(tǒng)為例，可以在冬季水溫變化時通過加大反滲透膜的工作壓力保持系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定；同時，對不同原水壓力條件，系統(tǒng)可以自動調(diào)整水泵的功耗至最佳，有利環(huán)保節(jié)能；在實驗室超純水系統(tǒng)的循環(huán)回路中，恒流量的控制則可以起到穩(wěn)定超純水指標(biāo)、保持取水流速恒定的作用；本技術(shù)可以克服隔膜泵個體參數(shù)差異帶來的系統(tǒng)整體運(yùn)行指標(biāo)難以精確控制的難題，簡化系統(tǒng)集成后的質(zhì)控難度；通過泵出口的傳感器信號反饋，還可以對水泵的性能狀況自動識別提供更多診斷依據(jù)，如泵在失壓后將無法產(chǎn)生足夠出力(壓力或流量)。

圖1是本實用新型小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)控制程序流程圖。
具體實施方式
如圖1所示的小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一 PWM開關(guān)電源，該P(yáng)WM開關(guān)電源分別連接一由直流電機(jī)驅(qū)動的隔膜泵和一帶DAC轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)；隔膜泵與單片機(jī)之間設(shè)置有一流量傳感器或壓力傳感器。PWM開關(guān)電源的PWM電源IC的輸出電壓由參考電壓Vref和反饋電壓Vfb共同決定，參考電壓Vref由單片機(jī)的DAC轉(zhuǎn)換電路提供；反饋電壓Vfb取自PWM開關(guān)電源的輸出端。PWM開關(guān)電源的輸出端連接隔膜泵的電源輸入端。如圖2所示的小型隔膜泵模擬變頻控制方法，包括以下幾個步驟步驟一系統(tǒng)啟動，PWM開關(guān)電源首先輸出最低點電壓使隔膜泵運(yùn)行(如可輸出范圍是DC16-24V，則先輸出16V)；步驟二 單片機(jī)采集壓力傳感器或流量傳感器的信號值，并與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值進(jìn)行比較，判斷傳感器的信號值是否達(dá)到或接近預(yù)設(shè)的目標(biāo)值；當(dāng)傳感器的信號值達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時，執(zhí)行步驟三；否則執(zhí)行步驟四；步驟三保持當(dāng)前輸出電壓，直至運(yùn)行結(jié)束；步驟四通過控制PWM開關(guān)電源逐步調(diào)整輸出電壓，判斷傳感器的信號值是否達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值；當(dāng)傳感器的信號值達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時，執(zhí)行步驟三。例如如果當(dāng)前信號值小于目標(biāo)值，則通過控制PWM開關(guān)電源逐步加大輸出電壓，直至達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)值。否則執(zhí)行步驟五；步驟五判斷輸出電壓是否達(dá)到上限值或下限值；當(dāng)輸出電壓達(dá)到上、下限值，并傳感器的信號值仍無法達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值時，系統(tǒng)可采用報警停機(jī)或保持最低或最高限電壓的方式來處理；否則執(zhí)行步驟四。本實用新型的控制原理如下——電路板利用成熟和低成本的PWM開關(guān)電源的核心原理，在單片機(jī)控制下實現(xiàn)可變恒定直流電源輸出。核心元件由TL494/UC3842/3845等普通PWM電源IC及帶DAC輸出的8位或16位常見單片機(jī)組成。PWM電源IC的輸出電壓由參考電壓Vref和反饋電壓Vfb共同決定。參考電壓Vref由單片機(jī)DAC電路提供；反饋電壓Vfb取自開關(guān)電源輸出端。當(dāng)VfKVref時，PWM調(diào)制脈沖寬度加大，開關(guān)電源輸出電壓升高；當(dāng)Vfb>Vref時，PWM調(diào)制脈沖寬度減小，開關(guān)電源輸出電壓下降。通過上述簡單且成熟的PWM開關(guān)電源技術(shù)和單片機(jī)控制原理，即可實現(xiàn)開關(guān)電源輸出端(即隔膜泵電源輸入端)電壓穩(wěn)定且電壓幅度可調(diào)。
權(quán)利要求1.小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一PWM開關(guān)電源，該P(yáng)WM開關(guān)電源分別連接一由直流電機(jī)驅(qū)動的隔膜泵和一帶DAC轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)；隔膜泵與單片機(jī)之間設(shè)置有一流量傳感器或壓力傳感器。
2.如權(quán)利要求I所述的小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)，其特征在于PWM開關(guān)電源的PWM電源IC的輸出電壓由參考電壓Vref和反饋電壓Vfb共同決定，參考電壓Vref由單片機(jī)的DAC轉(zhuǎn)換電路提供；反饋電壓Vfb取自PWM開關(guān)電源的輸出端。
3.如權(quán)利要求I或2所述的小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)，其特征在于PWM開關(guān)電源的輸出端連接隔膜泵的電源輸入端。
專利摘要小型隔膜泵模擬變頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一PWM開關(guān)電源，該P(yáng)WM開關(guān)電源分別連接一由直流電機(jī)驅(qū)動的隔膜泵和一帶DAC轉(zhuǎn)換電路的單片機(jī)；隔膜泵與單片機(jī)之間設(shè)置有一流量傳感器或壓力傳感器。本實用新型與傳統(tǒng)方法的最大不同在于使用多電壓輸出的控制電路，同時在泵后增加壓力傳感器或流量傳感器來監(jiān)測泵的出力狀態(tài)，與電路的輸出電壓協(xié)同控制以實現(xiàn)類似變頻效果，從而達(dá)成恒壓或恒流量的工作目標(biāo)。該系統(tǒng)及其控制方法可以自動調(diào)整水泵的功耗至最佳，可以穩(wěn)定超純水指標(biāo)、保持取水流速恒定、保持系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定，環(huán)保節(jié)能。
文檔編號F04B49/06GK202732303SQ201220425439
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者岳勇斌 申請人:岳勇斌