用於供液泵的控制器的製作方法

2023-08-09 07:44:01

專利名稱：用於供液泵的控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於操作與供液系統相關聯的電驅動泵的控制器。本發明還涉及一種用於在供液系統中加壓供液的方法。本發明可適用於例如這樣的供水系統，在所述供水系統中，從例如存儲箱、水壩、貯箱等的水源中汲取水，並且在壓力下將其供給住戶、農場、商業或者工業使用。本發明將參照控制器在供水系統中的應用來描述，然而本發明也可在其他供液系統中使用。
背景技術：
這裡對作為現有技術給出的專利文獻或者其他內容的引用不表示認同在任何一項權利要求的優先權日時在澳大利亞這些文獻或者內容是公知的或者這些文獻或者內容所包含的信息是公知常識的一部分。未與市政(總管道)水源連接的住戶可能依賴由儲水箱供給並由泵加壓的水。可以通過控制器致動泵，所述控制器利用壓力探測接通和斷開泵，例如可以設置兩個壓力閾值，即泵斷開的上閾值和泵接通的下閾值或「接入(cut-in)」閾值。然而，如果兩個閾值之間的差值較大，那麼供水系統中的壓力波動可能是不可接受的。為了緩解這個問題，參見國際公報WO 03/029656A1 (PCT/AU02/01334)，已經提出了一種控制器，所述控制器當被安裝在系統中時自動地測量泵的最大輸出壓力(也稱作關斷水頭壓力(closed head pressure))並且建立低壓閾值，該低壓閾值是最大輸出壓力的一定百分比(例如80%)。儘管與預設壓力閾值相比這能夠提供相對較小的壓力輸出變化 (例如20 % )，但是其可能造成住戶供水系統中較高的「待用，，壓力，該較高「待用，，壓力增加了供水系統中的管道接頭和龍頭等中滲漏的可能性。較高的接入壓力閾值(即，泵接通的閾值)下的任何這種滲漏造成的壓降都可能導致頻繁接通和斷開(即，循環進行)泵，而這是不期望的。因此，適當的接入(泵接通)壓力值的選擇是設定得太高時泵循環通斷與設定得太低時出現大壓力變化之間的折中。諸如當在供水系統中有緩慢的滲漏時避免頻繁循環通斷的一個提議是具有兩個預定接入壓力閾值，當未探測到滲漏時設定其中較高的一個(即泵輸出壓力的80%)；並且當在該系統中探測到滲漏時，也就是說當探測到均勻的壓降以及諸如例如滴水龍頭的典型緩慢滲漏的重複頻率時，設定其中較低的一個(即泵輸出壓力的50% )。儘管將接入壓力閾值重新設定到較低值可以減輕緩慢滲漏，但是住戶將再次經受供給壓力的顯著變化直到較高的接通閾值被重新設定。此外，滲漏響應可以被緩慢但是恆定地需要水的裝置(例如，蒸發冷卻器)不必要地觸發。根據一個實施方式的本發明試圖提供一種用於泵的控制器，該控制器緩解了顯著的壓力變化問題而且還提供了對供液系統中滲漏的有效探測以及響應。本發明的其他實施方式試圖滿足其他的目的。因此，另一個實施方式試圖提供一種具有這樣的部件的控制器，這些部件相對容易地裝配在一起並且可以由此節約製造成本。然而另一個實施試圖提供一種控制器，液流通過該控制器被引導，以允許改善流動特性測量。另一個實施方式試圖提供壓力單元，該壓力單元允許觀察者(例如供水系統的使用者)確定單元中的壓力狀態。

發明內容
根據本發明的第一實施方式提供了一種控制器，所述控制器用於操作與供液系統相關聯的泵，所述控制器包括壓力單元，所述壓力單元包括殼體，所述殼體具有用於與供液連接的入口以及用於將液體輸送給用戶的出口；控制電路，所述控制電路被安裝在所述殼體上並且包括傳感器；其中，所述壓力單元與所述傳感器在操作上相關聯，使得所述傳感器產生與所述壓力單元內的壓力相關的信號；並且其中，所述控制電路操作，從而根據由所述傳感器產生的所述信號來確定所述壓力單元中的壓力變化率，以便根據所述壓力變化率改變閾值壓力值，所述閾值壓力值是所述控制電路操作以接通泵從而使供液增壓以便輸送給用戶時的壓力值。可以與上述第一實施方式相關聯的本發明的一個方面是提供一種用於在具有關斷水頭壓力的供液系統中加壓供液的方法，所述供液系統包括用於使供液加壓的泵，其中當供液壓力下降到所述關斷水頭壓力以下的閾值壓力值時所述泵操作，所述方法包括以下步驟(i)確定所述供液系統的所述關斷水頭壓力；(ii)測量由來自於所述供液的液流引起的供液壓力的變化；(iii)根據步驟(ii)的測量值計算壓力變化率；(iv)根據計算出的壓力變化率改變所述閾值壓力值以便操作所述泵；其中所述閾值壓力值在壓力變化率相對較大時增大，在壓力變化率相對較小時減小。壓力單元可以包括在殼體內的隔膜並且隔膜可以具有與其相關聯的永磁體，傳感器可與該永磁體響應。這種傳感器可以是霍爾效應器件，該霍爾效應器件根據隔膜的位置以及從而根據永磁體的位置產生與壓力單元內的壓力相關的可變電壓信號。 供液系統將具有關斷水頭壓力，並且優選地所述控制電路操作以接通所述泵時的可變閾值壓力是關斷水頭壓力的百分比(％。ut-in)，並且其中壓力變化率(f )和％。ut-in線性相關、對數相關或者指數相關。優選地，%。ut_in與罟在最大％。ut_in(例如關斷水頭壓力的90% )與最小％。ut_in(例如關斷水頭壓力的30% )之間線性相關，並且其中，對於高於最大％。ut_in值的壓力和低於最小％⑽^值的壓力而言，相應的％。ut-in值是常數。供水系統可以包括外部蓄水箱，並且在這種情形中％。ut_in可以是罟和液體流率Q 的函數，即%cut-m = f根據第二實施方式，本發明提供了一種控制器，所述控制器用於操作與供液系統相關聯的泵，以使所述泵使供液增壓，所述供液系統具有關斷水頭壓力，所述控制器包括壓力單元，所述壓力單元包括具有入口和出口的殼體；
在所述殼體內的隔膜，當供液與所述入口連接時，所述隔膜偏置以克服在所述入口與所述出口之間的供液壓力，其中所述隔膜的偏置使得當所述殼體中的供液壓力處於所述關斷水頭壓力時，所述隔膜大致保持在一個位置(其中所述一個位置取決於所述關斷水頭壓力並且對於不同供液系統中的控制器來說可不相同)；電路結構，所述電路結構承載控制電路，以便操作所述泵將液體供應到所述殼體並且通過所述殼體，所述控制電路包括傳感器，所述傳感器被安裝在所述電路結構上，使得該傳感器與所述隔膜在操作上相關聯，用於當所述隔膜響應於所述殼體內的低於所述關斷水頭壓的液壓而遠離所述一個位置移動時感測所述隔膜的位置；其中，當存在流經所述殼體的液流時，所述傳感器向所述控制電路提供表示所述殼體內的液壓的信號，以便所述控制電路當所述傳感器提供表示作為預定值的所述殼體內的液壓的信號時操作所述泵，使得供液壓力被保持在所述關斷水頭壓力的預定範圍內，所述預定值低於所述關斷水頭壓力。隔膜的關斷水頭位置(即，所述的「一個位置」)與供給壓力具有直接關係。這允許控制器自動地適用於大範圍的不同泵和壓力。傳感器可以是響應於與隔膜相關聯的永磁體的霍爾效應器件，如上述對於第一實施方式所述。在第一實施方式與第二實施方式中，電路結構可以包括作為控制電路的一部分的液體流量傳感器，在這種情形中殼體包括孔並且所述電路結構被安裝在所述殼體上，以使所述液體流量傳感器暴露於從所述入口經過所述殼體到所述出口的液流。當所述殼體內的液壓為所述關斷水頭壓力以下的預定值時，控制電路將會操作泵。所述液體流量傳感器向所述控制電路提供流動信號，以識別何時存在流經所述殼體的液流，並且在出現該信號時繼續泵的操作。然而如果流動信號不出現，泵的操作在幾秒的短時間(例如5秒)後便停止。當液流出現時，泵的操作繼續直到流動停止。因此流動信號主要地被控制電路用於確定控制電路何時斷開泵的無通過殼體的流動狀態。在一些情形中，當有通過殼體的充足流動但沒有可探測到的壓力變化時(例如，在系統中沒有水，並且因此是零壓力時，而水返回到系統，例如，雨水)，流量傳感器還可以被用於將泵接通。同樣在上述實施方式中，殼體的入口可以包括用於防止進入到所述入口的逆向液流的閥。所述閥包括可動的封閉件，當所述閥關閉時所述可動的封閉件與閥座相接觸，且所述可動的封閉件成形為使得殼體中的液流在所述閥打開時朝向液體流量傳感器引導。根據本發明的第三個實施方式提供了一種控制器，所述控制器用於操作與供液系統相關聯的泵，所述控制器包括壓力單元，所述壓力單元包括殼體，所述殼體具有用於與供液連接的入口以及用於將液體輸送給用戶的出口；電路結構，所述電路結構承載控制電路，以便操作所述泵將液體供應到所述殼體並且通過所述殼體，所述控制電路包括液體流量傳感器；其中所述殼體包括孔並且所述電路結構被安裝在所述殼體上，以使所述液體流量傳感器暴露於所述殼體內的液體；
其中所述殼體的所述入口包括閥，該閥用於允許液體從所述入口流入所述殼體並且防止液體從所述殼體逆流到所述入口中；其中所述閥成形為使得流入到所述殼體中的液流被朝向所述液體流量傳感器引導；其中所述液體流量傳感器向所述控制電路提供流動信號，以便識別存在流經所述殼體的液流。本發明的上述第三實施方式可以包括與本發明的第一或者第二實施方式相關聯的一個或更多個附加特徵。優選地，閥的設計及其在殼體內的定位以及相對於殼體的尺寸使得最小地影響殼體內的壓力損失。在所有的實施方式中，殼體的孔可能在閥附近，並且因此在入口附近，從而允許出口採用任何布置和數量。在一個實施方式中，所述壓力單元的所述入口和出口處於一條直線上並且所述殼體的所述孔橫向地位於所述入口與所述出口之間，以便被引導的液流經過所述液體流量傳感器。在所有的實施方式中，電路結構優選地是印刷電路板，在所述印刷電路板上安裝有傳感器(例如霍爾效應器件)和流量傳感器(例如基於熱技術的結構)。根據本發明的第四個實施方式，提供了一種用於將液體傳送到用戶的供液系統的壓力單元，供液具有關斷水頭壓力，所述壓力單元包括具有入口和出口的殼體、所述殼體內的隔膜，當供液連接到所述入口時，所述隔膜偏置以克服所述入口與所述出口之間的供液壓力，其中所述隔膜的偏置使得當所述殼體內的所述供液壓力處於所述關斷水頭壓力時所述隔膜大致保持在一個位置(其中所述一個位置取決於所述關斷水頭壓力並且對於不同供液系統的控制器來說可不相同)並且當在所述殼體內的所述供液壓力降低時所述隔膜遠離所述一個位置移動；其中所述隔膜在其未暴露至所述供液的側面上與具有壓力標記的可動件相關聯；其中所述殼體包括窗口，並且所述窗口和所述可動件使得在所述隔膜處於所述一個位置時，表示所述關斷水頭壓力的壓力標記被暴露；並且在所述隔膜遠離所述第一位置移動，指示減小的壓力的壓力標記被暴露。通過窗口可看到的標記有利地提供了一種相對簡單的裝置，其為用戶傳遞與壓力單元內的供液壓力狀態有關的若干條信息而不提供量化的壓力測量值。從而示出了液體是否是可獲得的，例如，如果沒有液體，壓力將會是零並且這能夠通過暴露在窗口中的紅色標記來指示。對於正常的壓力來說，暴露的標記可以是綠色的，並且如果例如存在滲漏龍頭， 並且因此壓力單元內的壓力降低，那麼隔膜的相關移動可以通過被暴露的綠色到紅色的標記來表示。有意地避免使用量化的壓力測量值，因為可能有一定範圍的「正常」操作壓力不能被用戶意識到。為了更好地理解本發明的多個實施方式並且示出它們可以如何被執行，現在將參照附圖僅僅通過非限定實施例的方式描述優選的實施方式。將會理解的是，可以省略優選的實施方式的多種特徵以實現上文概述的本發明的第一實施方式到第四實施方式的實例。


圖1示出了在其中可使用優選實施方式的供液系統。圖2是根據優選實施方式的控制器的立體圖。圖3是從一個方向觀察的圖2的控制器的分解圖。圖4是從與圖3的方向不同的方向觀察的圖2的控制器的分解圖。圖5和圖6是圖2的控制器的縱向截面圖，示出了其位於兩個不同位置的隔膜。圖7和圖8是貫穿圖2的控制器的壓力腔的橫向截面圖，示出了其中的入口和出口以及閥裝置，圖7示出了處於閉合位置的閥並且圖8示出了處於打開位置的閥。圖9和圖10是圖2的控制器的一部分的立體圖，與圖7和圖8相似示出了位於兩個位置的閥裝置。圖11是示出了圖2的控制器的電子控制電路的功能的方框圖。圖12是控制電路的電路圖。圖13和圖14是示出用於圖2的控制器的操作工況的圖表。
具體實施例方式圖1示出了簡單的供液系統20，下面將要描述的控制器的實施方式可以與供液系統20相結合。該供液系統是供水系統，並且在下文中將要參照本發明在該系統中的使用來描述優選的實施方式。供水系統20包括用於供給水23的貯箱22 (例如家用雨水箱)，貯箱22在出口處具有由電機26驅動的泵M以便將水泵送到例如龍頭、廁所、淋浴和/或洗衣房的多個消耗出口觀。泵M的電機沈由控制器30控制，該控制器30基於由其確定的水壓和水流參數來控制泵對的操作。如圖2至圖6中所示，控制器30包括壓力單元32，該壓力單元由殼體34組成，殼體34具有用於通過泵M連接到水源的入口 36以及用於將水傳送到消耗設備觀的出口 38。該附圖示出了擰到出口 38上的起動蓋128。在使用中，出口 38將被連接到引向消耗出口觀的管子。殼體34還可以包括用於將水供給到其他用戶的其他出口，例如所示的第二出口 130。如果僅使用一個出口 38，其他的出口將會被例如起動蓋1 封堵。殼體34包括三個部分，即主要包括螺旋壓縮彈簧42的端部34a、主要限定壓力室的中間部分34b以及蓋部!Mc。殼體34包括隔膜40，所述隔膜40由螺旋壓縮彈簧42偏壓以當水源被連接到入口 36時克服入口 36和出口 38之間的壓力室44中的水的壓力。因此殼體34的部分34b和隔膜40限定了壓力室44，入口 36和出口 38 (它們形成在殼體34的中間部分34b中)通過壓力室44而連通。殼體34的端部3 和隔膜40限定了另一個室46，在該室46中設有彈簧 42。殼體34的中間部分34b和蓋部3 還限定另一個室48，所述室48鄰近壓力室44並且與隔膜40相對。承載控制電路140(下面將參照圖11和圖12詳細地描述)的電路結構 50被安裝到室48內。殼體34的端部3 包括向內延伸的管狀部分52 (參見圖5和圖6)，彈簧42位於管狀部分52上。用於與殼體34的端部34a、彈簧42以及隔膜40可操作地關聯的引導件54包括中央杆56，該中央杆延伸通過具有端蓋60的筒狀部分58。彈簧42的一端位於殼體端部3 的向內延伸的管狀部分52上，並且另一端位於杆56的後部與引導件M的筒狀部分58之間的環形空間中，杆56的後部的一部分裝配在向內延伸的管狀部分52的內部並且能夠在其內滑動。引導件M的筒狀部分58的外徑的尺寸設計為使得其在由殼體34的端部34a中的環繞向內延伸的管狀部分52的肋62限定的內徑中同樣也滑動配合。引導件 M還包括最外部的圓柱裙邊59，所述最外部的圓柱裙邊59比筒狀部分58短並且提供端部邊緣61，所述端部邊緣61的目的將在下文描述。弓丨導件M的端蓋60為隔膜40的升高中心區域64提供剛性支撐座。隔膜40具有外展壁66 (在圖5中最優可見)，該外展壁從中心區域64的外周延伸並且與具有周邊凸緣70的彎曲的外壁68接合。凸緣70的形式為座置於由殼體34的端部3 限定的互補形狀的凹槽72中並且當裝配殼體34時被殼體34的中間部分34b上的肋76的互補形狀的相向端部74夾持就位。隔膜40的凸緣70與端部34a的互補凹槽72之間以及凸緣70與中間部分34b的肋76的端部74之間的接觸區域使得當壓力室44容納處於壓力下的水時，接合點被密封以防止加壓的水滲漏到彈簧室46中。隔膜40還包括在中央從其中心區域64突出的盲筒狀延伸部78，引導件M的杆 56的前部裝配在盲筒狀延伸部78中。永磁體80在杆56的前端安裝到杆56內。壓力室44的入口 36和出口 38之間包括閥裝置82，其用於允許水從入口 36流入到殼體；34的壓力室44中並且防止水從壓力室44逆流到入口 36中。閥82包括封閉件84， 封閉件84保持捕獲在管狀部分85中，管狀部分85裝配穿過出口 38並且擰緊到出口 38的內螺紋中。管狀部分85包括腿部86，在腿部86的端部具有直徑較小的環87，所述環87捕獲封閉件84同時允許封閉件84朝向以及遠離入口 36往復運動。封閉件84包括成型端部 88 (端部88通常是具有圓形頂點的錐形，在圖8中最優可見)，該成型端部88具有保持0 形環91的周邊槽。0形環91密封在入口 36的閥座90上。螺旋壓縮彈簧92 (參見圖7和圖8，為了清楚起見已經從其他附圖中省略彈簧92)圍繞管狀部分85的直徑較小的環87， 並且在腿部86的端部與封閉件84的成型端部88的後表面89之間作用以將封閉件84朝向入口 36偏壓成與閥座90接合。入口 36包括延伸進入到壓力室44中並且模製為殼體34的中間部分34b的一部分的導管94。連接器配件96 (參見圖3和圖4)在其一端包括螺紋98和螺母構造100並且在其另一端包括閥座90，在閥座90的下方為槽102，所述連接器配件96裝配穿過導管94 並且通過簧環104保持捕獲在導管94中，所述簧環104位於槽102中並且在壓力室44中承靠在導管94端部邊緣上。因此連接器配件96在導管94中可旋轉，這允許引自泵M的管路容易地附接到螺紋端98上。在壓力單元32的正常操作中(其中，壓力室44內具有加壓水，泵M未操作且水出現在入口 36處)，閥裝置82的封閉件84在彈簧92的輔助下藉助於作用在封閉件84的後表面89上的水壓而保持抵靠入口 36的閥座90密封接合，從而防止水從壓力室44流入到入口 36中。當操作泵M時，水被泵送到入口 36中直到壓力增加到足以迫使封閉件84 的成型端部88從閥座90離開，並且因此打開閥裝置82以便將水從入口 36穿過壓力室44 泵送到出口 38中。閥裝置82的設計，更具體地說是在壓力室44(與閥裝置82相比是相對較大的)中的封閉件84的成型端部88的設計使得通過壓力室44的水頭損失最小。殼體34的中間部分34b的與隔膜40相對的壁105包括孔106，所述孔106的目的將在下文被描述。安裝在室48內的電路結構50是包括液體流量傳感器的印刷電路板108。該流量傳感器是根據熱技術操作的類型，並且包括諸如電阻加熱器元件的熱源和諸如熱敏電阻的溫度傳感器。在國際公報 WO 91/19170 (PCT/AU91/00239)和 WO 03/029656 (PCT/AU02/01334) 公開了這種傳感器的例子。下面參照圖11和圖12詳細地描述本實施方式的流量傳感器的電子電路。在結構上，流量傳感器包括金屬板110(參見圖3和圖4)，在該金屬板的後表面上的絕緣層上安裝有加熱器元件和熱敏電阻。印刷電路板108包括孔112並且金屬板110在孔112上附接到印刷電路板108，以便當印刷電路板108藉助柱109和蓋部3 安裝在室48內時，金屬板 110的未絕緣的前表面經由孔106暴露於壓力室44內的水流。環形密封件114位於室48 內在孔106的周邊與印刷電路板108的金屬板110之間，以防止水從壓力室44滲漏到安裝有電路結構50 (也就是，印刷電路板108)的室48中。閥裝置82的封閉件84的成型端部88的目的是將從入口 36進入到壓力室44的水流引向流動傳感器，也就是，引到金屬板Iio的通過孔106暴露的表面上。流動傳感器將流動信號提供到控制電路140(將在下面參照圖11和圖12描述)，以識別出有水流通過殼體34的壓力室44以便控制電路140繼續操作泵M的電機26。如圖11所示，控制電路140還包括水壓探測電路146，水壓探測電路146包括作為傳感器的霍爾效應器件116 (參見圖3、圖5和圖6)。霍爾效應器件116被安裝在印刷電路板108上，以使當印刷電路板108被安裝到室48中時，設備116緊密地接近殼體34的中間部分34b的壁105並且定位為位於隔膜40/引導件M裝置的中心軸線上，使得當隔膜40 移動時，設備116受安裝在引導件M的杆56的前端的永磁體80的磁場影響。因此，當壓力室44內的水壓減小時，永磁體80朝向霍爾效應器件116移動；而當液壓增加時，永磁體 80遠離霍爾效應器件116移動。當電流流經霍爾效應器件116時，永磁體80相對於霍爾效應器件116的移動以及由此永磁體80的磁場相對於霍爾效應器件116的移動產生電壓信號(這將在下面描述)，利用該電壓信號確定壓力單元32的壓力室44內的壓力變化率。為隔膜40/引導件M裝置的移動限定了兩個極限位置。一個極限位置針對壓力室44內的高壓，該極限位置由引導件M的最外部的圓柱裙邊59的端部邊緣61承靠在殼體34的端部34a內的臺階118上來設定(參見圖6)。另一極限位置針對壓力室44內的低壓，該極限位置由在引導件M的杆56的後端中的螺釘120的橫向延伸的頭部122承靠殼體；34的端部34a的向內延伸的管狀部分52的孔中形成的肩部IM來設定(參見圖5)。 保護蓋1 裝配到端部34a以封閉管狀部分52的孔。如圖3和圖4的分解圖中所示，在殼體34的中間部分34b和蓋部3 之間插設有密封環132，以確保電路結構50被密封在室48內。如圖11中的功能框所示，控制電路140包括提供不同功能的若干部分。從而存在微控制器及其支持電路142、以及用於經由微控制器運行各種功能的供電電路144。存在水壓探測電路146和水流探測電路148，霍爾效應器件116是水壓探測電路146的一個部件， 金屬板110是水流探測電路148的一部分。微控制器和支持電路142確定泵驅動電路152的操作以便利用泵M的電機26操作泵24。此外，存在用於指示各種控制情況的LED和LED 驅動電路154。參照圖12，水流探測電路148包括電阻器(Hl，H2，H3，R12，R15，R19，R22和R23)、 熱敏電阻(THl, TH2和TH3)、電容器(CIO, Cll和C12)以及電晶體Q3。電阻器HI、H2和H3在金屬板110的後表面上安裝在絕緣層上，並且串聯連接，形成主要熱源的基礎。這三個電阻器所消耗的功率由微控制器ICl通過對電晶體Q3的切換所進行的脈衝寬度調製來調整。三個熱敏電阻TH1、TH2和TH3也策略性地布置在印刷電路板108的金屬板110上，同樣也位於絕緣層上，並且設計為測量安裝這些熱敏電阻的表面的溫度。由於金屬板110的絕緣層是不良熱導體，因此由電阻器H1，H2和H3消耗的功率將會沿著金屬板110的表面不均勻地分布，因此三個熱敏電阻TH1，TH2和TH3將會記錄略微不同的溫度測量值。微控制器ICl持續地監控熱敏電阻THl和TH2之間的溫差。印刷電路板 108的金屬板110與水持續接觸，因此水流將會改善沿著金屬板110的表面的熱傳導並減小 THl和TH2之間的溫差。微控制器ICl將在算法中使用該信息來確定水是否流動。熱敏電阻TH3用於補償當泵操作時三端雙向可控矽開關元件Ql所造成的附加溫度影響。水壓探測電路146包括集成電路IC2和電容器C13。集成電路IC2是霍爾效應器件，該霍爾效應器件將其感測到的來自永磁體80的磁場轉化成微控制器ICl的引腳2處所存在的模擬電壓。泵驅動電路152包括電阻器(R4，R6，R7，R8，R9和R10)、電晶體Q2、三端雙向可控矽開關元件Ql和集成電路IC6。當在ICl的引腳7處輸出邏輯高電平信號時，電晶體Q2將會接通並且致使電流流經光耦合器IC6的LED。流經LED的正向電流將產生觸發探測器的紅外線輻射。一旦被觸發，探測器便保持鎖定在「接通狀態」直到通過探測器的電流下降到規定的保持電流以下。探測器的「接通狀態」將致使足夠的電流流入到三端雙向可控矽開關元件Ql的柵極中並且致使三端雙向可控矽開關元件Ql接通並且開始傳導，由此操作泵電機。在ICl的引腳7處輸出的邏輯低電平信號將斷開電晶體Q2並因此關閉泵電機。微控制器和支持電路包括集成電路ICl、電阻器(R5，R11，R24)和電容器(Cl)。集成電路ICl是具有快閃記憶體的8位微控制器。當固件被裝載到快閃記憶體中時，ICl將會執行控制算法。功率供給電路144包括變阻器(VDRl)、電容器(C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C14， C15, C17 和 C18)、電阻器(R1, R16, R25, R26, R27, R28, R29 和 R30)、二極體(Dl，D2，D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9 和 D10)、電感器(Li 和 L2)、變壓器(Tl)和集成電路(IC3, IC4 和 IC5)。 VDRl和Cl提供市電輸入時的電噪聲尖峰保護。二極體D1，D2，D3和D4形成全橋式整流器， 該橋式整流器將輸入的市電電壓整流為全波整流的DC電壓。部件C2、L1和C3形成π型濾波網絡，JI型濾波網絡提供差模EMI濾波和對於來自橋式整流器的整流DC電壓的濾波。集成電路(IC3)、電阻器R16, R25, R26, R27和R28、二極體D5, D6和D10、電容器 C4，C18和C19以及變壓器Tl形成回掃電源(flykick power supply)。二極體D5、電容器 C3，C5和電阻器似6和R27形成箝位電路，以便將IC3的引腳4上的漏感關斷電壓尖峰限制到安全值。整流並濾波的輸入電壓被施加到變壓器Tl的一次繞組(引腳1)。變壓器的一次繞組的另一側(引腳2、被集成電路IC3驅動。在變壓器Tl的二次繞組處的AC電壓被二極體D9進行半波整流並且通過包括L2，C15和C14的π型濾波器轉換為濾波後的DC電壓。濾波後的DC電壓由穩壓二極體D7調節。當濾波後的DC電壓超過穩壓二極體電壓與光耦合器LED正向電壓的總和時，電流將在耦合器LED中流動並且將致使光耦合器的電晶體灌電流。當該電流超過在IC3的引腳1處的閾值水平時，IC3將會抑制下一個開關循環。當濾波後的DC電壓下降到閾值以下時，IC3 將會開始啟動傳導周期，並且通過調整啟用周期的數量，得以保持輸出調節。部件D6，R28，R16，C4，DlO和C18為電源提供過壓保護。當過壓情形發生並且偏壓超過穩壓二極體DlO的電壓與IC3弓丨腳2處的閾值電壓水平的總和時，電流開始流入到 IC3的引腳2中。當該電流超過IC3的閾值時，IC3將會關斷直到IC3的引腳2處的電壓水平下降到預定水平以下。在變壓器Tl的引腳10和8上的AC電壓被二極體D8進行半波整流並且通過電容器C6和C7轉換成濾波後的DC電壓水平。集成電路IC5是電壓調節器，所述電壓調節器將其輸入引腳3處的濾波後的DC電壓轉換成調整的低電壓水平(例如5Vdc)，所述調整的低電壓水平適於其他電子器件進行操作。電容器C8進一步濾波IC5的輸出以消除任何電壓水平的波動。電阻器(R13，R14 和 R17)與 LED (LD1,LD2 和 LD3)形成 LED 和 LED 驅動電路 154。 在ICl的引腳3、引腳9和引腳15處的高邏輯電平將會分別地接通LEDLD1、LD2和LD3。電阻器RM和按鈕Sl形成用戶輸入電路。按壓Sl將在ICl的引腳11處出現低邏輯電平信號。當將控制器30安裝到供水系統20中時，泵M操作以建立系統的封閉水頭壓力， 這是在所有的消耗出口觀均關閉的情況下所建立的壓力單元32中的最大水壓。然後泵M 關閉並且壓力單元回復到通常的待用狀態，其中如圖6所示，隔膜克服彈簧42的偏壓保持在第一位置處，在第一位置處磁體80與霍爾效應器件116最大地間隔開，並且如圖7所示， 閥裝置82關閉。當消耗出口觀被打開時，壓力室44內的壓力減小，隔膜40(並且由此的磁體80)由於彈簧42的偏壓而朝向霍爾效應器件116移動(參見圖5)，並且由此探測到壓降。只要在入口 36處存在加注，閥裝置82就會打開(參見圖8)並且水將會流到金屬板 110上，由此電路148將會探測到水流。當壓力室44內的壓力減小到關斷水頭以下的某一預定的壓力水平(稱作接入壓力)時，如果水流探測電路148探測到在金屬板110上的水流並且水位探測電路150探測到有水供給，控制電路140的泵驅動電路152將會經由三端雙向可控矽開關Q1、電機沈並因此經由泵M接通。泵M的接通確保供水系統20中的供水壓力保持在關斷水頭壓力的預定範圍內。當一個消耗出口或多個消耗出口觀關閉時，流動信號停止並且控制器30回復到正常的待用狀態。在入口 36處無加注的故障狀態下，隔膜的偏置顯示零壓力，在金屬板110上將不會有水流發生，從而水流探測器148將不會探測到流動，並且泵可能在接通非常短的時間以後將會斷開。在供水系統20中存在滲漏(例如，滴水龍頭觀)的另一種故障狀態下，那麼從控制器30的待用狀態，壓力室44內發生緩慢的壓力損失，這將致使隔膜40 (以及由此與其關聯的磁體80)朝向霍爾效應器件116移動，並因此由電路146探測到減小的壓力。根據本發明的一個實施方式，壓力減小的這種探測可操作以改變接入壓力，也就是說，通常而言使接入壓力減小以避免頻繁地接通和斷開泵26。
13
LED和LED驅動電路154對於LED來說是可操作的以指示不同的情況，例如綠色用於「接通」，紅色用於「待用」，黃色用於「故障」。按鈕Sl是用於啟動泵的手動啟動按鈕。在本發明的優選實施方式中，控制電路140可操作以通過由霍爾效應器件116產生的信號確定壓力單元32內(特別是在壓力室44內)的壓力變化率，以便由此改變閾值壓力值，控制電路140在該閾值壓力值下經由三端雙向可控矽開關Ql可操作地接通泵M 的電機沈，以使供水23加壓以便輸送給用戶。壓力變化率可以由微處理器每秒從例如霍爾效應器件116讀出的5個電壓讀數來確定。因此，如果消耗出口觀的需求高，將會有大的壓力變化率並且接入壓力閾值可能高，然而如果消耗需求諸如產生緩慢的壓力變化率，諸如例如可能通過滲漏龍頭觀造成，那麼接入電壓閾值可能低。因此可將接入電壓確定為關斷水頭壓力的取決於壓力變化率(罟，其中P是壓力，t是時間)的百分比(％。ut_in)。%。ut_in與罟之間的關係可能是線性的，例如如圖12的圖表的線160所示出的。 另選地所述關係可能例如是對數關係(參見圖12的曲線162)或者指數關係(參見圖12 的曲線164)。此外，所述關係不需要是連續函數，例如可以提供最大％。ut_in和/或最小％ 。ut-in(例如如圖13的圖表所示，分別示出為90%和30% )，分別在最大％。ut_in以上和最小％ 。ut_in以下的值被設定為常數。由圖13示出的關係116在最大與最小％。ut_in值之間是線性的。供水系統20可以包括較大的外部蓄水箱(未示出)。如果這種蓄水箱存在於系統 20中，任何給定流率下的壓力變化率將會比沒有這種箱的系統中的慢。通過使％。ut_in不僅是壓力變化率的函數而且也是水流率的函數，可使控制器30適於這種系統，例如%cut-in = f (罟，Q)其中，Q是體積流量或者%cut-m α (-f+Q)在這種工況下，流率Q或者壓力變化率越高，接入百分比越高；流率Q或者壓力變化率越低，接入百分比越低。當然，流率Q和壓力變化率罟這兩個參數如何組合併賦予權重將會被訂製以適合目標供水系統。控制器30可以包括能被用戶觀察到的標記，以便給出關於壓力室44內的供水壓力情況的指示。從而，如圖2所示，殼體部分3 可以包括窗口 170並且引導件M在其最外部的圓柱裙邊59上可以包括通過窗口 170能看到的標記172。隔膜40/驅動件M裝置如圖6中所示定位時(也就是說壓力室44內為正常壓力時)，可見標記可以是綠色的；壓力減小時，可見標記可以顯示紅色，例如隔膜40/引導件M裝置如圖5中所示定位時。可以想到根據本發明的實施方式的控制器30可以被用於「總管道增壓」，即例如在總管道壓力低或者無法接受地變化的情況下可與通向住戶的總管道供水系統一起使用。 在利用上述的控制體系並且向壓力室44施加總管道壓力的情況下，只要總管道壓力高於閾值接入值，泵就不會啟動。然而如果壓力下降到接入壓力以下，那麼根據壓力變化率，泵將在易於增壓供給壓力的某一較低閾值下啟動。上述的優選實施方式例示了初始總結的本發明的多種實施方式。這些概括描述的實施方式以及具體描述的優選實施方式除了本文具體描述的以外還容易改變、修改和/或增添，還應理解的是本發明在其全部各種實施方式中包括落入所附權利要求範圍內的所有這種變化、修改和/或增添。
權利要求
1.一種控制器，所述控制器用於操作與供液系統相關聯的泵，所述控制器包括壓力單元，所述壓力單元包括殼體，所述殼體具有用於與所述供液連接的入口以及用於將液體輸送給用戶的出口；控制電路，所述控制電路被安裝在所述殼體上並且包括傳感器；其中，所述壓力單元與所述傳感器在操作上相關聯，使得所述傳感器產生與所述壓力單元內的壓力相關的信號；並且其中，所述控制電路操作，從而根據由所述傳感器產生的所述信號來確定所述壓力單元中的壓力變化率，以便根據所述壓力變化率改變閾值壓力值，所述閾值壓力值是所述控制電路操作以接通泵從而使所述供液增壓以便向用戶輸送時的壓力值。
2.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述壓力單元包括在所述殼體內的隔膜，並且其中所述隔膜具有與該隔膜相關聯的永磁體，所述傳感器響應於所述永磁體。
3.根據權利要求1或2所述的控制器，其中，所述傳感器是霍爾效應器件，所述霍爾效應器件產生與所述壓力單元內的壓力相關的可變電壓信號。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的控制器，其中，所述供液系統具有關斷水頭壓力，其中所述控制電路操作以接通所述泵時的可變閾值壓力是關斷水頭壓力的百分比， 即％。ut-in ；並且其中壓力變化率即罟和％性相關、對數相關或者指數相關。
5.根據權利要求4所述的控制器，其中，所述％。ut_in和罟在最大％。ut_in(例如所述關斷水頭壓力的90% )與最小％。ut_in(例如所述關斷水頭壓力的30% )之間線性相關；並且其中，對於高於最大％。ut_in值的壓力和低於最小％的壓力而言，相應的％。ut_in值是常數。
6.根據權利要求4或5所述的控制器，其中，所述供液系統包括蓄液器，其中所述％ cut-in是罟和液體流率Q的函數，即，%CUt-ln = f (f ,Q)o
7.—種控制器，所述控制器用於操作與供液系統相關聯的泵，以使所述泵使所述供液增壓，所述供液系統具有關斷水頭壓力，所述控制器包括壓力單元，所述壓力單元包括具有入口和出口的殼體，在所述殼體內具有隔膜，當供液與所述入口連接時，所述隔膜偏置以克服在所述入口與所述出口之間的供液壓力，其中所述隔膜的偏置使得當所述殼體中的供液壓力處於所述關斷水頭壓力時，所述隔膜大致保持在一個位置(其中所述一個位置取決於所述關斷水頭壓力並且對於不同供液系統中的控制器來說可不相同)；電路結構，所述電路結構承載著控制電路以便操作所述泵從而將液體供應到所述殼體並且通過所述殼體，所述控制電路包括傳感器，所述傳感器被安裝在所述電路結構上，使得該傳感器與所述隔膜在操作上相關聯，用於當所述隔膜響應於所述殼體內的低於所述關斷水頭壓力的液壓而從所述一個位置移開時感測所述隔膜的位置；其中，當存在流經所述殼體的液流時，所述傳感器向所述控制電路提供表示所述殼體內的液壓的信號，以便當所述傳感器提供表示所述殼體內的液壓為低於所述關斷水頭壓力的預定值的信號時，所述控制電路操作所述泵，使得供液壓力被保持在距離所述關斷水頭壓力的預定範圍內。
8.根據權利要求7所述的控制器，其中，所述電路結構包括作為所述控制電路的一部分的液體流量傳感器；其中，所述殼體包括孔並且所述電路結構被安裝在所述殼體上，使得所述液體流量傳感器暴露於從所述入口經過所述殼體到所述出口的液流；其中，所述液體流量傳感器向所述控制電路提供流動信號，以識別有液體流經所述殼體，以便在所述泵在所述殼體內的液壓為低於所述關斷水頭壓力的所述預定值時通過液壓降低啟動之後，所述控制電路繼續操作所述泵。
9.根據權利要求7或8所述的控制器，其中，所述傳感器響應於來自於與所述隔膜相關聯的磁體的磁場。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的控制器，其中，所述傳感器使得該傳感器根據所述隔膜的位置提供可變輸出信號。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的控制器，其中，所述壓力傳感器是霍爾效應器件。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的控制器，其中，所述殼體的所述入口包括用於防止逆向液流進入所述入口的閥。
13.根據權利要求12所述的控制器，其中，所述閥包括可動的封閉件，當所述閥關閉時所述可動的封閉件與閥座相接觸，其中所述可動的封閉件成形為使得在所述閥打開時流入所述殼體中的液流被朝向液體流量傳感器弓I導。
14.一種控制器，所述控制器用於操作與供液系統相關聯的泵，所述控制器包括壓力單元，所述壓力單元包括殼體，所述殼體具有用於與所述供液連接的入口以及用於將液體輸送給用戶的出口；電路結構，所述電路結構承載著控制電路以便操作所述泵從而將液體供應到所述殼體並且通過所述殼體，所述控制電路包括液體流量傳感器；其中所述殼體包括孔並且所述電路結構被安裝在所述殼體上，以使所述液體流量傳感器暴露於所述殼體內的液體；其中所述殼體的所述入口包括閥，該閥用於允許液體從所述入口流入所述殼體並且防止液體從所述殼體逆流到所述入口中；其中所述閥成形為使得流入到所述殼體中的液流被朝向所述液體流量傳感器引導；其中所述液體流量傳感器向所述控制電路提供流動信號，以便識別存在流經所述殼體的液流。
15.根據權利要求14所述的控制器，其中，所述壓力單元的所述入口和所述出口處於一條直線上，並且所述殼體的所述孔橫向地位於所述入口與所述出口之間，用於使被引導的液流經過所述液體流量傳感器。
16.根據權利要求15所述的控制器，其中，所述可動的封閉件具有端部表面，所述端部表面是具有圓形頂點的大致錐形形狀，用於從所述入口朝向橫向定位的流量傳感器引導液流。
17.根據權利要求1至16中任一項所述的控制器，其中，所述電路結構是印刷電路板， 在所述印刷電路板上安裝有傳感器(例如霍爾效應器件)和流量傳感器(例如基於熱技術的結構)。
18.一種用於將液體輸送給用戶的供液系統所用的壓力單元，供液具有關斷水頭壓力， 所述壓力單元包括具有入口和出口的殼體、所述殼體內的隔膜，當供液連接到所述入口時，所述隔膜偏置以克服所述入口與所述出口之間的供液壓力；其中所述隔膜的偏置使得當所述殼體內的所述供液壓力處於所述關斷水頭壓力時所述隔膜大致保持在一個位置(其中所述一個位置取決於所述關斷水頭壓力並且對於不同供液系統的控制器來說可不相同)並且當在所述殼體內的所述供液壓力降低時所述隔膜從所述一個位置移開；其中所述隔膜在其未暴露至所述供液的側面上與具有壓力標記的可動件相關聯；其中所述殼體包括窗口，並且所述窗口和所述可動件使得在所述隔膜處於所述一個位置時，表示所述關斷水頭壓力的壓力標記被暴露；並且在所述隔膜從所述第一位置移開時， 指示減小的壓力的壓力標記被暴露。
19.一種用於在具有關斷水頭壓力的供液系統中加壓供液的方法，所述供液系統包括用於使供液加壓的泵，其中當供液壓力下降到所述關斷水頭壓力以下的閾值壓力值時所述泵操作，所述方法包括以下步驟(i)確定所述供液系統的所述關斷水頭壓力；( )測量由來自於所述供液的液流引起的供液壓力的變化；(iii)根據步驟(ii)的測量值計算壓力變化率；(iv)根據計算出的壓力變化率改變所述閾值壓力值以便操作所述泵；其中所述閾值壓力值在壓力變化率相對較大時增大，在壓力變化率相對較小時減小。
全文摘要
一種用於操作與供液系統相關聯的泵的控制器(30)。所述控制器包括壓力單元，該壓力單元包括具有液體入口(98)和液體出口(39，130)的殼體(34a，34b，34c)。所述殼體內的偏置(42)的隔膜(40)克服所述殼體內的所述入口與所述出口之間的液壓。包括霍爾效應傳感器的控制電路(50)被安裝在所述殼體上並且藉助與所述隔膜相關聯的磁體(80)響應於所述隔膜(40)的移動。因此所述霍爾效應傳感器產生與所述殼體內的壓力相關的信號，通過該信號來確定壓力變化率。閾值壓力值是所述控制電路(50)操作以接通泵時的壓力值，其根據壓力變化率而改變。
文檔編號F04C14/00GK102395794SQ201080016365
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月9日 優先權日2009年2月13日
發明者J·D·格雷沙姆 申請人:戴維水設備有限公司