專利名稱：智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利屬于高精度的可連續(xù)的液體流量檢測(cè)與控制技術(shù)。
(二)
背景技術(shù)：
在混料進(jìn)入反應(yīng)器及混合槽等設(shè)備時(shí)，需要對(duì)液體進(jìn)行高精度流量檢測(cè) 與控制，以控制產(chǎn)品質(zhì)量。目前高精度液體流量檢測(cè)有質(zhì)量流量計(jì)，超聲波 流量計(jì)，電磁流量計(jì)等，但是造價(jià)昂貴，微流量檢測(cè)誤差大且無流量控制。 失重式流量計(jì)流量檢測(cè)誤差小，但是輸出控制必須與注塞泵(計(jì)量泵)配合， 流量輸出有脈動(dòng)成分，沒有形成連續(xù)穩(wěn)定的流量控制對(duì)于混料等要求嚴(yán)格均 勻的場(chǎng)合有影響。其二是對(duì)稱重桶加液期間失去了對(duì)流量的測(cè)量，測(cè)量控制 處于盲區(qū)。其三是加液排液時(shí)稱重桶液位變化大，計(jì)量泵入口壓力發(fā)生較大 變化，對(duì)流量控制精度產(chǎn)生影響。其四對(duì)于強(qiáng)腐蝕液體注塞泵(計(jì)量泵)密 封部件容易腐蝕，影響流量控制精度且維護(hù)量增加。專利號(hào)為
CN200310109683采用計(jì)量管道與傳輸管道之間用軟管連接，在計(jì)量管道的下 方安裝稱重傳感器，在計(jì)量管道端口安裝數(shù)字流量計(jì)的方式，用重量與流量 來換算計(jì)量。此方法用動(dòng)態(tài)稱量法測(cè)量，精度比不上靜態(tài)稱量法。專利號(hào)為 CN200510131200采用液體儲(chǔ)罐整體用稱重傳感器支撐，儲(chǔ)罐出口安裝調(diào)節(jié) 閥，用失重法測(cè)量流量。此方法存在著儲(chǔ)罐及儲(chǔ)存液體整體重量大，由于稱 重傳感器及測(cè)量系統(tǒng)分辨率有限，用于小流量場(chǎng)合加料誤差大并且儲(chǔ)罐加液 體時(shí)測(cè)控處于盲區(qū)。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種檢測(cè)控制精度高，可用于強(qiáng)腐蝕液體的流量控制器。采 用稱重與失重兩種方式測(cè)量流量。圖l輸入有緩沖桶(14),來至進(jìn)液電磁 閥(15)前高位槽(泵)壓力的變化對(duì)流量的影響可以有效的予以消除。輸 出采取步進(jìn)式電動(dòng)執(zhí)行器控制流量的方法來實(shí)現(xiàn)液體流量的連續(xù)穩(wěn)定控制， 流量無脈動(dòng)成分。運(yùn)用失重自修正算法進(jìn)行跟蹤曲線修正，可實(shí)現(xiàn)流量累積 誤差趨近于零。本發(fā)明由(圖l)緩沖桶(14)、進(jìn)液電磁閥(15)、干簧管 (16) (17)、磁性浮子(18) (19)組成進(jìn)液恒體積控制。稱重顯示器(1) 稱重傳感器(6) (7)稱重桶(8)組成高精度稱重控制，測(cè)重分辨率可達(dá)
1/50000。智能控制器(2)控制進(jìn)液電磁閥(15)進(jìn)液，當(dāng)磁性浮子(18) (19)液位上升至緩沖桶(14)外與干簧管(16) (17)平齊時(shí)，干簧管閉 合發(fā)出信號(hào)給智能控制器(2)控制進(jìn)液電磁閥(15)停止進(jìn)液。當(dāng)稱重桶 (8)液位低于下液位(圖3) Wl時(shí)，智能控制器(2)控制放液電磁闊(4) 使緩沖桶(14)放液，開始給稱重桶(8)加液。當(dāng)稱重桶(8)液位上升后， 此時(shí)歩進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥出口流量增加，步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器開始逐漸回關(guān)， 以保持流量不變。當(dāng)緩沖桶(14)放完液后，稱重桶(8)加液停止。放液 電磁閥(4)閉合，進(jìn)液電磁閥(15)打開給緩沖桶(14)進(jìn)液，緩沖桶(14) 進(jìn)液滿后等待，如此循環(huán)。當(dāng)稱重桶(8)液位開始下降后，此時(shí)步進(jìn)電動(dòng) 執(zhí)行器(5)閥出口流量減少，步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥開始逐漸打開，以保 持流量不變，直到下液位結(jié)束。周而復(fù)始。步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥回關(guān)速 率與打開速率與稱重桶(8)液體重量上升速率與下降速率平方根正好相等， 使流量控制成一條平穩(wěn)的直線。
本發(fā)明液位下降時(shí)用失重法測(cè)得流量，而液位上升時(shí)可用稱重法測(cè)得流 量，彌補(bǔ)了液體失重式流量計(jì)的不足。
本發(fā)明適用于對(duì)敞口容器的加液流量測(cè)量控制。

圖l，系統(tǒng)組成稱重顯示器(1)、智能控制器(2)、上位計(jì)算機(jī)(3)、 放液電磁閥(4)、步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)、稱重傳感器(6) (7)、稱重桶 (8) 、 RS485信號(hào)電纜(9)、稱重傳感器信號(hào)電纜(10)、控制電磁閥信號(hào) 電纜(11)、控制步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器信號(hào)電纜(12)、出液管(13)、緩沖桶 (14)、進(jìn)液電磁閥(15)、干簧管(16) (17)、磁性浮子(18) (19)、 干簧管信號(hào)電纜(20)、兩位電磁閥信號(hào)電纜(21)、進(jìn)液管(22)。
圖2， (W，L)重量、步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器閥桿位移變化曲線圖。(1)為設(shè)定 的理想曲線。(2)為流量正偏差曲線。(3)為流量負(fù)偏差曲線。
圖3，重量變化曲線圖0-tl為稱重桶(8)加液時(shí)間，重量上升曲線。 tl-t2為稱重桶(8)單獨(dú)排液時(shí)間，重量下降曲線。Wl為重量下限，W2為重 量上限。
圖4，智能控制器系統(tǒng)電路原理接線圖單片機(jī)釆用TA89C51。液晶顯示
器采用LC1621。 DCF1， DCF2為進(jìn)放液電磁閥線圈。A， B， C為三項(xiàng)步進(jìn)動(dòng)執(zhí) 行器電機(jī)繞組。RS485采用MAX485芯片。SX， XX來自稱重顯示器上限下限報(bào) 警觸點(diǎn)，GH來自緩沖桶干簧管觸點(diǎn)，SS， XJ， QD， TZ為智能控制器面板按鈕。 具體實(shí)施例方式
在圖1中，稱重桶(8)為敞口方式，步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥出口為自由 出流。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥出口至稱重桶(8)液面高為h，步進(jìn)電動(dòng)執(zhí) 行器(5)閥流通截面為A，通過閥的流量根據(jù)托里拆里(E. Torricelli， 1644) 公式有
<formula>formula see original document page 5</formula>(a) 其中^稱為流量修正系數(shù)。
設(shè)步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥桿位移量L增減與閥流通截面A增減成線性關(guān)系
A=kL
k比例系數(shù)。 (a) (b)合并有<formula>formula see original document page 5</formula> (b)
設(shè)稱重桶(8)液面高度h增減與重量W增減成線性關(guān)系
h=cW
c比例系數(shù)，與稱重桶(8)截面積有關(guān)。 則有<formula>formula see original document page 5</formula>設(shè) <formula>formula see original document page 5</formula> 則有
<formula>formula see original document page 5</formula> (d)
(d)式中kl為常數(shù)。
由(d)式可見，要保持流量Q不變，當(dāng)重量W增加或減少時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器 (5)閥桿位移量L按照重量W的平方根比例減少或增加。在(d)式中，如果 已知重量W和閥桿位移量L，則可計(jì)算出流量Q。
圖l中進(jìn)液電磁閥(15)和放液電磁閥(4) 口徑一般設(shè)置比較粗，可以
短時(shí)間加滿緩沖桶(14)，短時(shí)間由緩沖桶(14)放液至稱重桶(8)。緩 沖桶(14)'放液結(jié)束后，放液電磁閥(4)關(guān)閉，進(jìn)液電磁閥(15)打開， 流滿緩沖桶(14)后關(guān)閉，等待放液。稱重桶(8)出口排液流量由步進(jìn)電 動(dòng)執(zhí)行器(5)控制，繼續(xù)排液直到稱重桶(8)重量達(dá)到下限W1時(shí)，重新啟 動(dòng)放液電磁閥(4)使緩沖桶(14)放液至稱重桶(8)，如此循環(huán)。
圖3所示了稱重桶(8)重量變化曲線。由于有緩沖桶(14)，來至進(jìn)液 電磁閥(15)前高位槽(泵)壓力的變化對(duì)流量的影響可以有效的予以消除， 進(jìn)一步提高了流量控制精度。智能控制器(2)控制步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)精 確跟蹤曲線變化，回關(guān)或開大閥位。步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器(5)閥回關(guān)速率和打 開速率與稱重桶液體重量上升速率和下降速率的平方根相等，使流出流量不 變。
圖2中根據(jù)實(shí)驗(yàn)法測(cè)得設(shè)定理想(W， L)曲線(1)，存儲(chǔ)于智能控制器 AT89C51單片機(jī)內(nèi)存中。重量下降周期根據(jù)失重法測(cè)量實(shí)際流量，重量與步 進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器閥桿位移量L，并求出本次的重量W與閥桿位移量L對(duì)應(yīng)(W， L) 曲線，以與設(shè)定理想(W， L)曲線比較。如果本次正偏差曲線(2)，則下 次修正到負(fù)偏差曲線(3)，如此交替并偏差修正值不斷減小，趨于設(shè)定理 想值。經(jīng)過動(dòng)態(tài)正負(fù)不斷修正使累積誤差趨于零。
智能控制算法由圖4中單片機(jī)AT89C51完成。智能控制器(2)所需的來自 稱重顯示器(1)的重量數(shù)據(jù)由單片機(jī)AT89C51通過RS485通訊接口MAX485讀 取。計(jì)算的瞬時(shí)流量累積流量由液晶顯示器LC1621顯示，并由單片機(jī)AT89C51 通過RS485通訊接口MAX485傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)(3)顯示記錄存盤。
稱重顯示器(1)智能控制器(2)上位計(jì)算機(jī)(3)可互相通訊。上位計(jì) 算機(jī)(3)可顯示稱重桶(8)重量、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、流程動(dòng)畫畫面與 修正設(shè)定理想曲線等。
權(quán)利要求
1智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法，它包括緩沖桶、進(jìn)液電磁閥、干簧管、磁性浮子、稱重傳感器、稱重顯示器、稱重桶、智能控制器、放液電磁閥、步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器、上位計(jì)算機(jī)。其特征是智能控制器根據(jù)干簧管，磁性浮子信號(hào)控制進(jìn)液、放液電磁閥對(duì)緩沖桶間斷性恒定體積進(jìn)液、放液。稱重桶將來自緩沖桶恒定體積進(jìn)液由稱重傳感器、稱重顯示器、智能控制器、步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器控制下連續(xù)穩(wěn)定無脈動(dòng)流出。
2.由權(quán)利要求1所述的智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法，其 特征是由緩沖桶、進(jìn)液電磁閥、干簧管、磁性浮子組成間斷性進(jìn)液緩沖系 統(tǒng)，每次進(jìn)液的體積恒定。
3.由權(quán)利要求1所述的智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法，其 特征是稱重桶由兩個(gè)稱重傳感器支撐，智能控制器根據(jù)稱重信號(hào)，計(jì)算輸 出控制安裝在稱重桶出口的步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)流量。
4.由權(quán)利要求1所述的智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法，其 特征是流量誤差控制是利用失重法測(cè)得(W， L)曲線與設(shè)定理想(W， L) 曲線比較，如果本次正偏差，則下次修正到負(fù)偏差，如此交替并修正偏差值 不斷減小。經(jīng)過動(dòng)態(tài)正負(fù)不斷修正使累積誤差趨于零。
5.由權(quán)利要求1所述的智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法，其 特征是加液時(shí)重量上升段流量Q值計(jì)算方法是根據(jù)利用重量下降段失重法測(cè)得的(W， L)曲線，測(cè)得上升段重量W與步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器閥桿位移量L的 值，算出重量上升段流量Q值，既2= k11-,。
6.由權(quán)利要求1所述的智能型稱重式流量計(jì)及測(cè)量控制方法，其 特征是智能控制器是由單片機(jī)AT89C51完成。所需的來自稱重顯示器的重 量數(shù)據(jù)由單片機(jī)AT89C51通過RS485通訊接口讀取，單片機(jī)計(jì)算出(W， L) 曲線與修正誤差值輸出控制步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測(cè)控制精度高，可用于強(qiáng)腐蝕液體的流量控制器。采用稱重與失重兩種方式測(cè)量流量。輸出采取步進(jìn)式電動(dòng)執(zhí)行器控制流量的方法來實(shí)現(xiàn)液體流量的連續(xù)穩(wěn)定控制，流量無脈動(dòng)成分。運(yùn)用失重自修正算法進(jìn)行跟蹤曲線修正，可實(shí)現(xiàn)流量累積誤差趨近于零。本發(fā)明主要由緩沖桶，稱重桶，進(jìn)、放液電磁閥和稱重顯示器，智能控制器及步進(jìn)式電動(dòng)執(zhí)行器閥組成。稱重桶加液位時(shí)是由緩沖桶放液完成的。稱重桶液位上升時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器閥出口流量增加，步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器閥要逐步回關(guān)。當(dāng)稱重桶液位下降時(shí)，閥逐步打開，以保持流量不變。周而復(fù)始。步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行器閥回關(guān)速率和打開速率與稱重桶液體重量上升速率和下降速率平根正好相等，使流量控制成一條平穩(wěn)的直線。
文檔編號(hào)G01F1/76GK101382777SQ20071014739
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者磊 王 申請(qǐng)人:磊 王