多路液體混合系統及液體在線混合系統的製作方法
2023-07-06 14:17:56 3
專利名稱：多路液體混合系統及液體在線混合系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及液體混合技術，特別是一種可以實現高精度、大流量多路液體混合操作的系統，以實現在線、高精度的液體混合。
背景技術：
工業生產中涉及的在線液體混合，普遍採用流量計來對參與混合的液體進行計量 (也可以採用計量泵)。參見圖1，在實際的混合作業過程中，被混合的各種原料液體被存儲在預處理液罐1之中。開始進行混合時，給料泵2從預處理液罐1中取出待混合液體，並經過管道送到混合罐4中。在給料泵2的推動下，待混合液體先由流量計3進行測量，流量計 3將流量信號傳給變頻器5，變頻器5將該流量信號與事先設定的流量參數進行比較，並根據比較的結果輸出控制信號以調整給料泵2轉速，使其輸送的待混合液體量達到所需的流量。實際上，給料泵2、流量計3和變頻器5構成了一個閉環的自動控制系統，其控制的目標是使經過給料泵2流過流量計3待混合液體的流量達到事先設定的所需流量。但是，基於自動控制理論可知任何閉環的自動控制系統在運行的初始階段，其與預定要達到的控制目標總存在較大的誤差，該誤差的消除必須經過一個過渡過程時間。參見圖2，其中所顯示的是上述給料泵2、流量計3和變頻器5構成的閉環液體流量控制系統從啟動初始達到液體流量穩定的過渡過程。顯然，在系統啟動後的相當一段時間內，流過給料泵2、流量計3待混合液體的精度是不能得到保證的，這使得基於流量計控制液體混合的方式只能獲得較低的混合精度，通常只有百分之幾的精度。另一方面，由於待混合液體的比重會隨溫度的改變而發生變化，以流量的方式來測量待混合液體，必然因待混合液體在不同的溫度下比重不同而出現一定的誤差。再有就是當配方中的各種待混合液體的容量差較大時，很難達到高精度的在線混合。例如將 1000升的M液體和100毫升的N液體進行混合，由於M液體和N液體之間的量差高達10000 倍，如果使用流量計進行計量的方式，100毫升的液體量甚至有可能被忽略不計，因此，就上述實例而言，很難保證這兩種液體在線混合的精度。綜上，現有的採用流量計對參與混合的液體進行計量的技術方案明顯存在誤差較大，不適於精度要求較高的液體在線混合。
實用新型內容本實用新型的一個方面在於提供一種多路液體混合系統，它基於壓強測量的方式來實現多路的液體混合，使得對各種待混合液體的計量不受液體的比重以及流量計誤差的影響，實現高精度的液體在線混合。本實用新型的另一個方面在於提供一種液體在線混合系統，它基於上述的多路液體混合系統，並可以任意地串聯或者並聯，可以適應各種生產規模的高精度液體在線混合。本實用新型的一個方面採用如下的方案實現一種多路液體混合系統，具有多個預處理液罐，其中儲存各種待混合液體；任一預處理液罐經管道唯一地連接一給料泵，給料泵的出口經液體管道連接到混合罐；混合罐內設置一第一壓強傳感器，且壓強信號連接到液體混合控制器；液體混合控制器電氣連接各給料泵以及混合罐的混合操控裝置；所述第一壓強傳感器的量程分辨度小於或等於1/216 ；所述預處理液罐內設有第二壓強傳感器，該第二壓強傳感器的量程分辨度小於或等於I/^6 ；且輸出信號連接到液體混合控制器；所述預處理液罐處設有一恆溫加熱器，用以使預處理液罐內待混合液體的溫度保持在一恆定的溫度範圍之內。由於採用了壓強傳感器對進入混合罐中液體的質量進行計量，避免了現有技術中普遍採用流量計的計量方式所帶來的較大誤差，使得計量精度能夠得到很大的提高，其精度取決於對於壓強傳感器的測量分辨精度。同時，由於採用壓強計量方式，使得液體由於溫度變化導致的比重改變並不能影響計量的精度。本實用新型的另一個方面採用如下的方案實現一種液體在線混合系統，至少包括一個以上前級混合單元和一個以上次級混合單元；前級混合單元和次級混合單元分別由多路液體混合系統構成；多路液體混合系統具有多個預處理液罐，其中儲存各種待混合液體；任一預處理液罐經管道唯一地連接一給料泵，給料泵的出口經液體管道連接到混合罐；混合罐內設置一第一壓強傳感器，且壓強信號連接到液體混合控制器；液體混合控制器電氣連接各給料泵以及混合罐的混合操控裝置；任一前級混合單元的混合罐經一級間給料泵連接到一緩衝存儲罐，該緩衝存儲罐和一次級混合單元的預處理液罐設為一體；所述多個前級混合單元的混合罐分別經一級間給料泵連接到一緩衝存儲罐；所述第一壓強傳感器的量程分辨度小於或等於1/216 ；所述預處理液罐和/或緩衝存儲罐內設有第二壓強傳感器，該第二壓強傳感器的量程分辨度小於或等於I/^6 ；且輸出信號連接到液體混合控制器；所述預處理液罐和/或緩衝存儲罐處設有一恆溫加熱器，用以使預處理液罐和/ 或內待混合液體的溫度保持在一恆定的溫度範圍之內。由於將前級混合單元、次級單元進行串聯和/或並聯設置，使得前級的液體混合與次級的液體混合相互之間獨立，互不影響。此外，由於任何數量的前級混合單元可以採用上述實施方式同級並聯，使得次級混合單元中對應的緩衝存儲罐中的待混合液體的供給量能夠得到保證，進而保證整個液體在線混合系統在高精度混合的前提下在線不間斷生產。 使得這種在線混合系統能夠適用於各種生產規模的要求。
圖1是現有的液體混合系統示意圖；圖2是現有液體流量閉環控制系統過渡過程的示意圖；圖3是本實用新型液體混合系統一個實施方式的示意圖；圖4是本實用新型液體混合系統另一個實施方式的示意圖。圖5是本實用新型液體混合系統又一個實施方式的示意圖；[0029]圖6是本實用新型液體在線混合系統一個實施方式的示意圖。圖7是本實用新型液體在線混合系統另一個實施方式的示意圖。
具體實施方式
以下實施例結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述參見圖3，本實用新型液體混合系統的一個具體實施方式
中，具有多個預處理液罐 1，其中儲存各種待混合液體；任一預處理液罐1經液體管道唯一地連接一給料泵2，給料泵 2的出口經液體管道連接到混合罐4。藉助於上述的系統，各預處理液罐1中儲存的待混合液體都可以經由唯一的通路被送到混合罐4中。與現有技術不同的是本實用新型在給料泵2和混合罐4之間的管道上，並不設置任何流量檢測裝置，而是在混合罐4內設置一壓強傳感器6，該壓強傳感器至少應當具有 1/216的分辨度。此外，該壓強傳感器的壓強信號連接到一液體混合控制器7中，該液體混合控制器7接收到壓強信號後，就能夠根據混合罐4內液體的壓強、混合罐4的截面積計算出相應的液體質量。眾所周知在穩定的溫度下，液體具有不可壓縮性，且壓強大小隻與該液體的液位高度有關。並且，在截面積恆定的容器內，液體所佔的容積可以利用如下的公式計算V = SXH (1)其中，V是液體所佔的容積，S是混合罐的截面積，H是液面的高度。根據公式⑴ 可知，當液面的高度H不改變時，截面積S越小，容積V就越小。通常，業界使用的混合罐4呈圓柱形，因此，公式(1)在這種情形下就可以修改為如下形式V = π XR2XH (2)其中，π是一個常數——圓周率；R是混合罐4的半徑。由公式⑵可以進一步知道由於混合罐4的半徑R的平方值與液面的高度H呈反比；因此，保持高度H不變，則混合罐4半徑R變小，液體量也會大幅度減少。由於液體的壓強只與液面的高度H相關，因此，在同樣的壓強下，即保持液面高度H不變，混合罐4半徑 R越小，被測液體的量也就越少，故採用本實施方式中的壓強傳感器所獲得的測量精度相對而言也就越高。例如假定混合罐X的半徑與另一混合罐Y的半徑相比，前者是後者的二分之一； 在被測量液體相同，且容納相同高度液面的前提下，採用同樣的壓強傳感器進行測量，在獲得相同的壓強信號值時，安裝在混合罐X內的壓強傳感器所測量的液體量則是安裝在混合罐Y內的壓強傳感器所對應得液體量的四分之一。顯然，如果進一步將混合罐X的半徑降低，其測量精度還必將進一步大幅度提高。具體而言假定某待混合液體的比重是0. 70 ；混合罐4的半徑是15cm時，其測量精度是500克/cm(液面高度)；而混合罐4的半徑減小到 5cm時，其測量精度則提高到55. 6克/cm(液面高度)。假定再進一步將混合罐4的半徑減小到3cm時，其測量精度則僅為20克/cm (液面高度)。由於壓強僅與液面高度相關，因此， 即使使用同樣精度的壓強傳感器進行測量，只要將混合罐4的半徑減小而不做任何其他的改動，就可以獲得更高的測量精度。這對於測量液體量很小的混合場合十分有用。另外，由於能夠方便地採集到壓強信號，則可以利用如下的公式來計算出輸送到混合罐4中的液體質量W = SXP = π XR2XP (3)其中，W是液體質量，S是混合罐的截面積，P是測量到的液體壓強，R是混合罐的半徑。依照上述公式( ，將經測量液體壓強，且經計算獲得的液體質量與事前存儲的配方中相應待混合液體的重量參數進行比較，當該壓強信號反映送入到混合罐4中相應的待混合液體的重量達到配方中相應待混合液體的重量參數值時，則控制相應的給料泵2停止運行；並且當前述配方中尚有其他待混合液體未被輸送到混合罐4時，開啟相應的待混合液體給料泵，繼續向混合罐4中輸送相應的待混合液體，直到前述配方中所有待混合液體均按照上述的方式輸送到混合罐4後，液體混合控制器7控制所有的給料泵2停止運行，並啟動混合罐4將所有輸送到混合罐4中的待混合液體進行混合。參見圖4，其為本實用新型液體混合系統的另一個具體實施方式
的示意圖，其中， 整個系統的結構和組成與前述實施方式基本相同，只是在前述實施方式的各預處理液罐1 處進一步增設有壓強傳感器8。該壓強傳感器8的輸出信號連接到液體混合控制器7，並同樣至少應當具有1/216的分辨度；其作用是第一，可以利用壓強傳感器8監測所對應的預處理液罐1中液體的存量，以利於在預處理液罐1中的液位較低時及時補充；第二，在給料泵2向混合罐4注入待混合液體時，可以利用壓強傳感器8傳回的數據同步監測待混合液體的流出量，而在具體的操控中替代壓強傳感器6的作用。參見圖5，本實用新型液體混合系統的又一個具體實施方式
中，進一步在各預處理液罐1處增設一恆溫加熱器9。設置該恆溫加熱器9的目的是確保各個預處理液罐1內待混合液體的溫度均保持在一恆定的溫度範圍之內。這樣就可以使所有預處理液罐1中待混合液體的比重不會受到環境溫度改變的影響。根據公式C3)計算得到的數據也比較穩定。本實用新型以上述各個實施方式具有如下的優點由於採用了壓強傳感器對進入混合罐4中的液體的質量進行計量，避免了現有技術中普遍採用流量計的計量方式所帶來的較大誤差，使得計量精度能夠得到很大的提高， 其精度取決於對於壓強傳感器的測量分辨精度和混合罐的半徑；例如當採用具有1/216精度的數字壓強傳感器時，其量程精度可以達到六萬五千分之一，遠遠高於採用流量計的控制精度。同時，由於採用壓強計量方式，而不是流量計量方式，使得液體由於溫度變化導致的比重改變並不能影響計量的精度。在此基礎上，由於對待混合液體採取了恆溫的措施，使得所有待混合液體都能基於同一溫度標準進行配料和計量，更進一步確保了混合的精度要求。參見圖6，為了實現前述高精度的液體在線混合，可以將上述各個實施方式中的多路液體混合系統作為獨立的前級混合單元A，並根據相應的液體混合流程以及待混合液體量，將前述各個獨立的混合單元A進行並聯後，再進一步與獨立的次級混合單元B進行串聯，即可以構成一多級、高精度的液體在線混合系統。具體而言，在一個基本的液體在線混合系統中，任何一個前級混合單元A可以是上述圖3、4、5中任一具體實施方式
的多路液體混合系統，任一前級混合單元A的混合罐4 均連接一級間給料泵2a，該級間給料泵加受控於液體混合控制器7，其作用是將經過前級混合單元A混合好的液體，從混合罐4中及時地輸送到緩衝存儲罐21中，使前級混合單元A能繼續下一批次的混合。上述的次級混合單元B，其結構與前級混合單元A並無大的不同，只是其中的緩衝存儲罐21即相當於前級混合單元A中的預處理液罐1，或者兩者一體設置。在實際的多級系統中，就像上述前級混合單元A和次級混合單元B的關係一樣，任何次級混合單元B中的任一預處理液罐均可以作為與其相對應的前級混合單元A的緩衝存儲罐21。與前級混合單元A的內部結構基本相同，在次級混合單元B中設置有多個緩衝存儲罐21，其在次級混合單元中的作用與前級混合單元A中的預處理液罐9一樣，其中儲存各種相對於前級混合單元A而言是混合液體成品的液體，該液體相對於次級混合單元B而言是待混合液體；任一緩衝存儲罐21經液體管道唯一地連接一給料泵22，給料泵22的出口經液體管道連接到混合罐41。藉助於上述的系統，各緩衝存儲罐21中儲存的待混合液體都可以經由唯一的通路被送到混合罐41中。與前級混合單元A —樣本實用新型的次級混合單元B，在給料泵22和混合罐41 之間的管道上，並不設置任何流量檢測裝置，而是在混合罐41處設置壓強傳感器6，該壓強傳感器至少應當具有1/216的分辨度。此外，該壓強傳感器的壓強信號連接到一液體混合控制器71中，該液體混合控制器71接收到壓強信號後，利用上述的公式(3)計算相應的液體重量，將其與事前存儲的配方中相應待混合液體的重量參數進行比較，當該壓強信號反映送入到混合罐41中相應的待混合液體的重量達到配方中相應待混合液體的重量參數值時，則控制相應的給料泵22停止運行，並且當前述配方中尚有其他待混合液體未被輸送到混合罐41時，開啟相應的待混合液體給料泵，繼續向混合罐41中輸送相應的待混合液體， 直到前述配方中所有待混合液體均按照上述的方式輸送到混合罐41後，液體混合控制器 71控制所有的給料泵22停止運行，並啟動混合罐41將所有輸送到混合罐41中的待混合液體進行混合。與上述圖4、圖5所示的方案一樣，次級混合單元B的各緩衝存儲罐21處進一步增設有壓強傳感器8。該壓強傳感器8的輸出信號連接到液體混合控制器71，並同樣至少應當具有1/2"5的分辨度；其作用是第一，可以利用壓強傳感器8監測所對應的各緩衝存儲罐21中液體的存量，以利於在各緩衝存儲罐21中的液位較低時及時補充；第二，在給料泵2向混合罐4注入待混合液體時，可以利用壓強傳感器8傳回的數據同步監測待混合液體的流出量，而在具體的操控中替代壓強傳感器6的作用。與前級混合單元A—樣，還可以在各緩衝存儲罐21處增設一恆溫加熱器9。設置該恆溫加熱器9的目的是確保各緩衝存儲罐21內待混合液體的溫度均保持在一恆定的溫度範圍之內。這樣就可以使所有預緩衝存儲罐21中待混合液體的比重不會受到環境溫度改變的影響。基於業界已經非常熟悉的情形，一些體積較大的液體和一些體積較小的液體進行混合時，往往需要多級混合的操作。例如將前述1000升的M液體和100毫升的N液體進行混合，為了保證混合的均勻度，通常是先將100毫升的N液體與較少的(例如500毫升) M液體進行第一次混合，使100毫升的N液體先在較少的(例如500毫升)M液體中進行充分地擴散、混合，然後再將混合了 N液體和M液體的混合液體與稍多一些(例如5升)M液體進行混合；此後，可以再多次繼續不斷地擴散、混合，直到完成全部的1000升的M液體和 100毫升的N液體充分混合。[0058]本實用新型上述前級混合單元A和次級混合單元B所構成的多級混合系統，可以根據前述體積較大的液體和體積較小的液體進行混合的方式，而設定為多級，具體的級數可以根據需要計算確定。但無論需要設置多少級，任何相鄰的兩級之間的關係，均可以採用前述的液體在線混合系統之中，前級混合單元A和次級混合單元B的結構關係。在一個液體在線混合系統之中，任何一級的混合單元，無論是前級混合單元A還是次級混合單元B，均可以在同級之間進行並聯。例如，參見圖7，其中示出了兩種同級並聯的具體實施方式
；其一是前級混合單元Al和前級混合單元A2的並聯。即前級混合單元Al 和前級混合單元A2混合完成的液體都經過各自對應的給料泵加輸送到次級混合單元B的同一個緩衝存儲罐21a之中。其二是前級混合單元A2與前級混合單元A3的並聯。即前級混合單元A2和前級混合單元A2混合完成的液體分別經過各自對應的給料泵加輸送到次級混合單元B的不同的緩衝存儲罐21a、21之中。無論採用上述的哪一種並聯方式，或者兩種並聯方式同時採用，都可以根據實際的液體在線混合要求而定。需要說明的是在一個液體在線混合系統之中，無論是前級混合單元A中的液體混合控制器7還是次級混合單元B中的液體混合控制器71，其既可以相互獨立地設置，也可以集中地一體設置；例如集中地設置於一工業控制計算機內；但無論如何，它們和各個混合單元中相應的各個部件的連接，並不脫離此前各個具體實施方式
以及附圖3、4、5中所示的關係。本實用新型以上各個液體在線混合系統的實施方式具有如下的優點由於將前級混合單元、次級單元進行串聯和/或並聯設置，使得前級的液體混合與次級的液體混合相互之間獨立，互不影響。此外，由於任何數量的前級混合單元可以採用上述實施方式中的兩種同級並聯方式，使得次級混合單元中對應的緩衝存儲罐中的待混合液體的供給量能夠得到保證，進而保證整個液體在線混合系統在高精度混合的前提下在線不間斷生產。使得這種在線混合系統能夠適用於各種生產規模的要求。
權利要求1.一種多路液體混合系統，具有多個預處理液罐，其中儲存各種待混合液體；其特徵在於任一預處理液罐經管道唯一地連接一給料泵，給料泵的出口經液體管道連接到混合罐；所述混合罐內設置一第一壓強傳感器，且壓強信號連接到液體混合控制器；所述液體混合控制器電氣連接各給料泵以及混合罐的混合操控裝置。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述第一壓強傳感器的量程分辨度小於或等於1/2160
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於所述預處理液罐內設有第二壓強傳感器，該第二壓強傳感器的量程分辨度小於或等於1/216 ；且輸出信號連接到液體混合控制ο
4.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於所述預處理液罐處設有一恆溫加熱器，用以使預處理液罐內待混合液體的溫度保持在一恆定的溫度範圍之內。
5.一種液體在線混合系統，其特徵在於至少包括一個以上前級混合單元和一個以上次級混合單元；所述前級混合單元和次級混合單元分別由多路液體混合系統構成；所述多路液體混合系統具有多個預處理液罐，其中儲存各種待混合液體；任一預處理液罐經管道唯一地連接一給料泵，給料泵的出口經液體管道連接到混合罐；所述混合罐內設置一第一壓強傳感器，且壓強信號連接到液體混合控制器；所述液體混合控制器電氣連接各給料泵以及混合罐的混合操控裝置；任一前級混合單元的混合罐經一級間給料泵連接到一緩衝存儲罐，該緩衝存儲罐和一次級混合單元的預處理液罐設為一體。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述多個前級混合單元的混合罐分別經一級間給料泵連接到一緩衝存儲罐。
7.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述第一壓強傳感器的量程分辨度小於或等於1/2160
8.根據權利要求5或6或7所述的系統，其特徵在於所述預處理液罐和/或緩衝存儲罐內設有第二壓強傳感器，該第二壓強傳感器的量程分辨度小於或等於1/2"5 ；且輸出信號連接到液體混合控制器。
9.根據權利要求5或6或7所述的系統，其特徵在於所述預處理液罐和/或緩衝存儲罐處設有一恆溫加熱器，用以使預處理液罐和/或內待混合液體的溫度保持在一恆定的溫度範圍之內。
專利摘要本實用新型公開了一種多路液體混合系統和液體在線混合系統，具有多個預處理液罐，其中儲存各種待混合液體；任一預處理液罐經管道唯一地連接一給料泵，給料泵的出口經液體管道連接到混合罐；混合罐處設置一第一壓強傳感器，且壓強信號連接到液體混合控制器；所述液體混合控制器電氣連接各給料泵以及混合罐的混合操控裝置。由於採用了壓強傳感器對進入混合罐中的液體的質量進行計量，使得計量精度能夠得到很大的提高，遠遠高於採用流量計的控制精度。同時，由於採用重量計量方式，使得液體由於溫度變化導致的比重改變並不能影響計量的精度。
文檔編號B01F15/04GK202087244SQ20112018088
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者劉貴生, 王維加, 王維毅 申請人:劉貴生, 王維加, 王維毅