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

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種檢測控制精度高，可用于強腐蝕液體的流量控制器。采 用稱重與失重兩種方式測量流量。圖l輸入有緩沖桶(14),來至進液電磁 閥(15)前高位槽(泵)壓力的變化對流量的影響可以有效的予以消除。輸 出采取步進式電動執(zhí)行器控制流量的方法來實現液體流量的連續(xù)穩(wěn)定控制， 流量無脈動成分。運用失重自修正算法進行跟蹤曲線修正，可實現流量累積 誤差趨近于零。本發(fā)明由(圖l)緩沖桶(14)、進液電磁閥(15)、干簧管 (16) (17)、磁性浮子(18) (19)組成進液恒體積控制。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，測重分辨率可達
1/50000。智能控制器(2)控制進液電磁閥(15)進液，當磁性浮子(18) (19)液位上升至緩沖桶(14)外與干簧管(16) (17)平齊時，干簧管閉 合發(fā)出信號給智能控制器(2)控制進液電磁閥(15)停止進液。當稱重桶 (8)液位低于下液位(圖3) Wl時，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。當稱重桶(8)液位上升后， 此時歩進電動執(zhí)行器(5)閥出口流量增加，步進電動執(zhí)行器開始逐漸回關， 以保持流量不變。當緩沖桶(14)放完液后，稱重桶(8)加液停止。放液 電磁閥(4)閉合，進液電磁閥(15)打開給緩沖桶(14)進液，緩沖桶(14) 進液滿后等待，如此循環(huán)。當稱重桶(8)液位開始下降后，此時步進電動 執(zhí)行器(5)閥出口流量減少，步進電動執(zhí)行器(5)閥開始逐漸打開，以保 持流量不變，直到下液位結束。周而復始。步進電動執(zhí)行器(5)閥回關速 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)明液位下降時用失重法測得流量，而液位上升時可用稱重法測得流 量，彌補了液體失重式流量計的不足。
本發(fā)明適用于對敞口容器的加液流量測量控制。

圖l，系統(tǒng)組成稱重顯示器(1)、智能控制器(2)、上位計算機(3)、 放液電磁閥(4)、步進電動執(zhí)行器(5)、稱重傳感器(6) (7)、稱重桶 (8) 、 RS485信號電纜(9)、稱重傳感器信號電纜(10)、控制電磁閥信號 電纜(11)、控制步進電動執(zhí)行器信號電纜(12)、出液管(13)、緩沖桶 (14)、進液電磁閥(15)、干簧管(16) (17)、磁性浮子(18) (19)、 干簧管信號電纜(20)、兩位電磁閥信號電纜(21)、進液管(22)。
圖2， (W，L)重量、步進電動執(zhí)行器閥桿位移變化曲線圖。(1)為設定 的理想曲線。(2)為流量正偏差曲線。(3)為流量負偏差曲線。
圖3，重量變化曲線圖0-tl為稱重桶(8)加液時間，重量上升曲線。 tl-t2為稱重桶(8)單獨排液時間，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釆用TA89C51。液晶顯示
器采用LC1621。 DCF1， DCF2為進放液電磁閥線圈。A， B， C為三項步進動執(zhí) 行器電機繞組。RS485采用MAX485芯片。SX， XX來自稱重顯示器上限下限報 警觸點，GH來自緩沖桶干簧管觸點，SS， XJ， QD， TZ為智能控制器面板按鈕。 具體實施例方式
在圖1中，稱重桶(8)為敞口方式，步進電動執(zhí)行器(5)閥出口為自由 出流。設步進電動執(zhí)行器(5)閥出口至稱重桶(8)液面高為h，步進電動執(zhí) 行器(5)閥流通截面為A，通過閥的流量根據托里拆里(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。
設步進電動執(zhí)行器(5)閥桿位移量L增減與閥流通截面A增減成線性關系
A=kL
k比例系數。 (a) (b)合并有<formula>formula see original document page 5</formula> (b)
設稱重桶(8)液面高度h增減與重量W增減成線性關系
h=cW
c比例系數，與稱重桶(8)截面積有關。 則有<formula>formula see original document page 5</formula>設 <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。
由(d)式可見，要保持流量Q不變，當重量W增加或減少時，步進電動執(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，則可計算出流量Q。
圖l中進液電磁閥(15)和放液電磁閥(4) 口徑一般設置比較粗，可以
短時間加滿緩沖桶(14)，短時間由緩沖桶(14)放液至稱重桶(8)。緩 沖桶(14)'放液結束后，放液電磁閥(4)關閉，進液電磁閥(15)打開， 流滿緩沖桶(14)后關閉，等待放液。稱重桶(8)出口排液流量由步進電 動執(zhí)行器(5)控制，繼續(xù)排液直到稱重桶(8)重量達到下限W1時，重新啟 動放液電磁閥(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)，來至進液 電磁閥(15)前高位槽(泵)壓力的變化對流量的影響可以有效的予以消除， 進一步提高了流量控制精度。智能控制器(2)控制步進電動執(zhí)行器(5)精 確跟蹤曲線變化，回關或開大閥位。步進電動執(zhí)行器(5)閥回關速率和打 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中根據實驗法測得設定理想(W， L)曲線(1)，存儲于智能控制器 AT89C51單片機內存中。重量下降周期根據失重法測量實際流量，重量與步 進電動執(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對應(W， L) 曲線，以與設定理想(W， L)曲線比較。如果本次正偏差曲線(2)，則下 次修正到負偏差曲線(3)，如此交替并偏差修正值不斷減小，趨于設定理 想值。經過動態(tài)正負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AT89C51完成。智能控制器(2)所需的來自 稱重顯示器(1)的重量數據由單片機AT89C51通過RS485通訊接口MAX485讀 取。計算的瞬時流量累積流量由液晶顯示器LC1621顯示，并由單片機AT89C51 通過RS485通訊接口MAX485傳輸到上位計算機(3)顯示記錄存盤。
稱重顯示器(1)智能控制器(2)上位計算機(3)可互相通訊。上位計 算機(3)可顯示稱重桶(8)重量、瞬時流量、累計流量、流程動畫畫面與 修正設定理想曲線等。
權利要求
1智能型稱重式流量計及測量控制方法，它包括緩沖桶、進液電磁閥、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、步進電動執(zhí)行器、上位計算機。其特征是智能控制器根據干簧管，磁性浮子信號控制進液、放液電磁閥對緩沖桶間斷性恒定體積進液、放液。稱重桶將來自緩沖桶恒定體積進液由稱重傳感器、稱重顯示器、智能控制器、步進電動執(zhí)行器控制下連續(xù)穩(wěn)定無脈動流出。
2.由權利要求1所述的智能型稱重式流量計及測量控制方法，其 特征是由緩沖桶、進液電磁閥、干簧管、磁性浮子組成間斷性進液緩沖系 統(tǒng)，每次進液的體積恒定。
3.由權利要求1所述的智能型稱重式流量計及測量控制方法，其 特征是稱重桶由兩個稱重傳感器支撐，智能控制器根據稱重信號，計算輸 出控制安裝在稱重桶出口的步進電動執(zhí)行器調節(jié)流量。
4.由權利要求1所述的智能型稱重式流量計及測量控制方法，其 特征是流量誤差控制是利用失重法測得(W， L)曲線與設定理想(W， L) 曲線比較，如果本次正偏差，則下次修正到負偏差，如此交替并修正偏差值 不斷減小。經過動態(tài)正負不斷修正使累積誤差趨于零。
5.由權利要求1所述的智能型稱重式流量計及測量控制方法，其 特征是加液時重量上升段流量Q值計算方法是根據利用重量下降段失重法測得的(W， L)曲線，測得上升段重量W與步進電動執(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.由權利要求1所述的智能型稱重式流量計及測量控制方法，其 特征是智能控制器是由單片機AT89C51完成。所需的來自稱重顯示器的重 量數據由單片機AT89C51通過RS485通訊接口讀取，單片機計算出(W， L) 曲線與修正誤差值輸出控制步進電動執(zhí)行器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測控制精度高，可用于強腐蝕液體的流量控制器。采用稱重與失重兩種方式測量流量。輸出采取步進式電動執(zhí)行器控制流量的方法來實現液體流量的連續(xù)穩(wěn)定控制，流量無脈動成分。運用失重自修正算法進行跟蹤曲線修正，可實現流量累積誤差趨近于零。本發(fā)明主要由緩沖桶，稱重桶，進、放液電磁閥和稱重顯示器，智能控制器及步進式電動執(zhí)行器閥組成。稱重桶加液位時是由緩沖桶放液完成的。稱重桶液位上升時電動執(zhí)行器閥出口流量增加，步進電動執(zhí)行器閥要逐步回關。當稱重桶液位下降時，閥逐步打開，以保持流量不變。周而復始。步進電動執(zhí)行器閥回關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G01F1/76GK101382777SQ20071014739
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權日2007年9月7日
發(fā)明者磊 王 申請人:磊 王