數字變頻計量泵的流量補償技術的製作方法

2023-06-04 11:01:41 1

專利名稱：數字變頻計量泵的流量補償技術的製作方法
數字變頻計量泵的流量補償技術技術領域
本發明屬於計量泵技術領域，特別是涉及一種數字變頻計量泵的流量補償技術。
技術背景
計量泵作為往復泵的分支，廣泛應用於石油、化工、水處理、食品、製藥、環保、醫療 器械等行業的流體定量投加和比例投加(簡稱流體定比投加)，已成為流程工業的心臟和 發動機。據不完全統計，計量泵主要應用於以下幾個方面
(1)化工工藝過程及電站鍋爐水質處理過程中的添加劑流量及PH值的調節與控 制。各種反應催化劑和添加劑的投加量必須控制在一定範圍內，才能保證產品質量要求。
( 水處理過程中化學或生物添加劑的配比輸送。在這一應用領域，將由多臺計量 泵組成一個泵站，系統運行時將根據不同水質情況和處理要求，實時按不同比例輸送添加 劑。
(3)化纖及精細化工生產過程中不同原料的配比輸送。這裡既有如同水處理過程 中建立泵站進行配比輸送的要求，也有單臺泵定量自動調節輸送介質的要求。
(4)惡劣工況下介質或物料的定量輸送。這類情況下，計量泵流量的調節及系統的 運行監控由人工現場作業是一件很困難甚至不可能的工作。
(5)清洗行業應用，包括汽車清洗、紡織企業的羊毛清洗及食品飲料行業的空瓶清 洗等，其中的清洗劑添加就採用計量泵。採用計量泵可以減少人工添加的工作量，同時能比 較準確地控制清洗劑的添加量，提高原料利用率，節約成本，減少清洗劑對環境所造成的汙^fe ο
(6)肥料灌溉是提高農產品產量和質量的重要手段，但是大片土地的施肥工作量 很大，需花費大量的人力和財力。通過一次性鋪設的地下管路系統，利用計量泵將各種配置 的肥料或農藥輸送至農場的各個角落，既節約成本又提高了勞動效率。例如，以色列的滴灌 技術在炎熱的沙漠上打造了節水、高效的現代化設施農業。
(7)石油、天然氣田和海上平臺採油場。其不同於石化和化工行業，所有的計量泵 主要用於向油井和原油輸油管路添加各種防腐劑、破乳劑等化學藥劑，提高採油能力和輸 油管道防腐能力。通常以高壓、大流量要求居多。
(8)遊泳池和樓宇空調循環水處理。循環使用的水必須在循環系統中進行消毒、 調節酸鹼度及降低電導率值等處理，並且所有的調節均需根據二次儀表的監測結果自動跟S示ο
(9)食品及飲料行業，在生產工藝中投加添加劑，以改善食品的口味，延長保質期， 防止變質。
(10)造紙和紙漿行業，在生產過程中添加增白劑提高紙品質量的中間物。
以上僅列出計量泵的部分應用，其應用範圍並不局限於這些方面，還在不斷擴大； 近年來，隨著微型控制器的快速發展以及逆變技術的日益成熟，人們開始在計量泵領域嘗 試採用數字變頻技術。要將該項技術有效的應用計量泵，有許多技術問題需要研究和解決。發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠提高數字變頻計量泵工作精度的流量補償技術， 該技術是分別對製造精度、轉速和出口壓力、流體黏度係數和工作時數這四個因素所造成 的理論排量誤差值進行計算，根據這些誤差值來補償理論排量，最後得出精確的實際排量， 從而在實際的流量控制中運用該實際排量精確計算流量。
本發明的目的是採用這樣的技術解決方案實現的其特徵在於包括製造精度誤差 的確定和補償方法，轉速和出口壓力誤差的確定和補償方法，流體粘度係數的確定和補償 方法以及工作時數誤差的確定和補償方法，各誤差的確定和補償方法如下
製造精度誤差的確定和補償方法檢測記錄泵的衝程排量脈衝數，用量筒或量杯 測量流量的體積值，根據傳動比確定的一次衝程的脈衝數和理論排量計算出誤差值，然後 調整衝程長度進行補償，消除製造精度對理論排量的誤差影響；
轉速和出口壓力誤差的確定和補償方法測量並記錄所有不同轉速和出口壓力波 動及其造成的誤差變化，將這些誤差變化數據離散化，做成表的形式寫進程序，供程序根據 不同轉速和不同出口壓力及其波動的變化查表可得相應的誤差值，採用精確調整的計量泵 衝程長度消除製造精度對轉速和壓力的影響；
流體粘度係數誤差的確定和補償方法通過線性插值計算出輸送黏度係數不同的 流體所存在的排量誤差，；採用衝程長度可精確調整的計量泵，通過調節衝程長度，消除制 造精度對流體黏度係數的影響；再選取一個出口壓力平穩、波幅值很小的轉速作為實際運 行轉速即可消除轉速和出口壓力對流體粘度係數的影響；
工作時數誤差的確定和補償方法檢測各個時間周期中閥球磨損值，由各個時間 周期中的實際磨損值獲得平均誤差值，通過調整衝程長度，消除製造精度對工作時數的影 響。
由於本發明能夠對影響計量泵輸出排量的製造精度、轉速和出口壓力、流體粘度 係數和工作時數進行補償，從而有效提高了計量泵的輸出精度，能夠實現精確的流體定比 投加。


圖1為數字變頻計量泵的結構原理示意圖
圖2為往復式隔膜計量泵的工作原理示意圖
圖3插值計算方法示意圖
圖4實際排量分段計算示意圖具體實施方式
在圖1中數字變頻計量泵由專用數字變頻器1、三相異步減速電機2和往復式隔 膜計量泵3組成。專用數字變頻器由主控模塊4和驅動模塊5構成。通過檢測驅動模塊5 的溫度、是否過截(過流)等信息，主控模塊4決定是否採取相應的保護措施；通過速度檢 測元(部)件如編碼器或霍爾器件，檢測三相異步減速電機2轉速，用於閉環控制。如果啟 動三相異步減速電機2後，沒有速度信號，則表明存在三相異步減速電機2故障或速度傳感器故障，主控模塊4控制驅動模塊5進入保護狀態。如果往復式隔膜計量泵3工作後內部 壓力過大或過小，則表明往復式隔膜計量泵3處於非正常狀態，應進入保護狀態並報警。
在圖2中三相異步減速電機2由電機6和減速機7組成，往復式隔膜計量泵3由 柱塞8、隔膜9、流體出口 10、流體出口閥11、流體入口閥12和流體入口 13組成。電機6通 過減速機7驅動柱塞8作往復運動，帶動隔膜9做凹凸變化，使隔膜室內容積發生周期性的 變化，完成流體輸送。當活塞8自右向左移動時，帶動隔膜9向左做凹變化，使得泵缸內形 成負壓，流體經流體入口閥12流入泵缸；當活塞8自左向右移動時，帶動隔膜9向右做凸變 化，擠壓泵缸內的流體，壓力增大，流體經流體出口閥11排出。
本發明所述的數字變頻計量泵的流量補償技術包括製造精度誤差的確定和補償 方法，轉速和出口壓力誤差的確定和補償方法，流體粘度係數的確定和補償方法以及工作 時數誤差的確定和補償方法，各誤差的確定和補償方法如下
製造精度誤差的確定和補償方法數字變頻計量泵的衝程排量值存在製造精度的 誤差，通過實驗測出每臺泵的衝程排量誤差值，具體方法是由微控制器記錄檢測到的脈衝 數，利用量筒或量杯測量流量的體積值，根據已經由傳動比確定的一次衝程的脈衝數和理 論排量便可以計算出誤差值，然後通過調整衝程長度進行補償，消除製造精度對理論排量 的誤差影響；
轉速和出口壓力誤差的確定和補償方法測量並記錄所有不同轉速和出口壓力波 動及其造成的誤差變化，將這些誤差變化數據離散化，做成表的形式寫進程序，供程序根據 不同轉速和不同出口壓力及其波動的變化查表可得相應的誤差值，採用精確調整的計量泵 衝程長度消除製造精度對轉速和壓力的影響；當碰到表內無具體對應的誤差值時，可以通 過這些端點上的值用插值法來計算誤差，然後通過調節衝程長度，消除製造精度對轉速和 壓力的影響；
流體粘度係數誤差的確定和補償方法往復式隔膜計量泵輸送不同流體時，流體 的黏度係數是不同的，在其它條件全都相同的情況下，其實際排量所存的誤差，可通過線性 插值求得相應的排量誤差；通過線性插值計算出輸送黏度係數不同的流體所存在的排量誤 差，採用衝程長度可精確調整的計量泵，通過調節衝程長度，消除製造精度對流體黏度係數 的影響；再選取一個出口壓力平穩、波幅值很小的轉速作為實際運行轉速即可消除轉速和 出口壓力對流體粘度係數的影響；
工作時數誤差的確定和補償方法往復式隔膜計量泵長時間運行，其閥球磨損會 造成洩漏誤差，檢測各個時間周期中閥球磨損值，由各個時間周期中的實際磨損值獲得平 均誤差值，根據不同的工作時數所形成的洩露誤差，採用調整衝程長度的方法，消除製造精 度對工作時數的影響。
閥球磨損是一個非常緩慢的過程，所以引入一個時間、和時間段At，在時間、 之前閥球幾乎沒有磨損，之後每隔At時間計算平均誤差值，得到各個At時間段的平均誤 差值後，就容易對理論排量進行補償。採用衝程長度可精確調整的計量泵，通過調節衝程長 度，消除製造精度對工作時數的影響；通過選取一個特定的轉速，在該轉速下出口壓力很平 穩，其波動幅值很小，來消除轉速和出口壓力對工作的影響；由於閥球磨損緩慢，時間、是 一個較大的數值，因此不用擔心工作時數對前面三種情況造成誤差影響。
製造精度誤差的確定和補償方法
製造精度誤差的確定設電機旋轉Iitl圈，經減速機後驅動活塞往復一次，那麼傳動 比為IV當電機的轉速為η(單位r/min)時，每秒活塞的往複次數(衝程頻率)f，可用下式 表不
權利要求
1.數字變頻計量泵的流量補償技術，其特徵在於包括製造精度誤差的確定和補償方 法，轉速和出口壓力誤差的確定和補償方法，流體粘度係數的確定和補償方法以及工作時 數誤差的確定和補償方法，各誤差的確定和補償方法如下製造精度誤差的確定和補償方法檢測記錄泵的衝程排量脈衝數，用量筒或量杯測量 流量的體積值，根據傳動比確定的一次衝程的脈衝數和理論排量計算出誤差值，然後調整 衝程長度進行補償，消除製造精度對理論排量的誤差影響；轉速和出口壓力誤差的確定和補償方法測量並記錄所有不同轉速和出口壓力波動及 其造成的誤差變化，將這些誤差變化數據離散化，做成表的形式寫進程序，供程序根據不同 轉速和不同出口壓力及其波動的變化查表可得相應的誤差值，採用精確調整的計量泵衝程 長度消除製造精度對轉速和壓力的影響；流體粘度係數誤差的確定和補償方法通過線性插值計算出輸送黏度係數不同的流體 所存在的排量誤差，；採用衝程長度可精確調整的計量泵，通過調節衝程長度，消除製造精 度對流體黏度係數的影響；再選取一個出口壓力平穩、波幅值很小的轉速作為實際運行轉 速即可消除轉速和出口壓力對流體粘度係數的影響；工作時數誤差的確定和補償方法檢測各個時間周期中閥球磨損值，由各個時間周期 中的實際磨損值獲得平均誤差值，通過調整衝程長度，消除製造精度對工作時數的影響。
2.根據權利要求1所述的數字變頻計量泵的流量補償技術，其特徵在於所述製造精度 誤差的確定方法是設電機旋轉％圈，經減速機後驅動活塞往復一次，那麼傳動比為IV當 電機的轉速為η (單位r/min)時，每秒活塞的往複次數(衝程頻率)f，可用下式表示
3.根據權利要求1所述的數字變頻計量泵的流量補償技術，其特徵在於所述排量誤差 值的確定方法如下設k為實驗次數，檢測到的脈衝數為nmsl，nms2，…，nmsk，測得的流體體積為R1'，Q12，Qlk'，將誤差記作 ΔΑ(ξ)，Δν2(ξ)，…，AVkK)，那麼
4.根據權利要求1所述的數字變頻計量泵的流量補償技術，其特徵在於所述轉速和出 口壓力誤差的確定方法是因不同轉速和出口壓力引起的誤差，而泵的入口壓力Pi是由裝置本身決定的，泵的出 口壓力P。等於入口壓力Pi加上壓差P，這個壓差等於泵的揚程H乘以介質的比重，其表達 式為
5.根據權利要求1所述的數字變頻計量泵的流量補償技術，其特徵在於所述流體粘度 係數誤差的確定方法是流體的黏度係數n不同，在其他條件全都相同的情況下，其實際排量將存在誤差；用 函數x(n)表示黏度係數n不同帶來的誤差影響，可將一次實際排量表示成 Vs = X(Jl)V1
6.根據權利要求1所述的數字變頻計量泵的流量補償技術，其特徵在於所述工作時數 誤差的確定方法是設閥球磨損係數為ε，閥球磨損量為μ，其中μ是一個隨時間t的積累而會發生改變 的量，用公式表示
全文摘要
本發明屬於計量泵技術領域，特別是涉及一種數字變頻計量泵的流量補償技術；其特徵在於包括製造精度誤差的確定和補償方法、轉速和出口壓力的確定和補償方法、流體粘度係數的確定和補償方法和工作時數的確定和補償方法，該技術是分別對製造精度、轉速和出口壓力、流體黏度係數和工作時數這四個因素所造成的理論排量誤差值進行計算，根據這些誤差值來補償理論排量，最後得出精確的實際排量，從而在實際的流量控制中運用該實際排量精確計算流量；由於本發明能夠對影響計量泵輸出排量的製造精度、轉速和出口壓力、流體粘度係數和工作時數進行補償，從而有效提高了計量泵的輸出精度，實現精確的流體定比投加。
文檔編號F04B51/00GK102032167SQ201010590540
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者餘世明, 朱智勇 申請人:浙江工業大學