专利名称：数字变频计量泵的流量补偿技术的制作方法
数字变频计量泵的流量补偿技术技术领域
本发明属于计量泵技术领域，特别是涉及一种数字变频计量泵的流量补偿技术。
技术背景
计量泵作为往复泵的分支，广泛应用于石油、化工、水处理、食品、制药、环保、医疗 器械等行业的流体定量投加和比例投加(简称流体定比投加)，已成为流程工业的心脏和 发动机。据不完全统计，计量泵主要应用于以下几个方面
(1)化工工艺过程及电站锅炉水质处理过程中的添加剂流量及PH值的调节与控 制。各种反应催化剂和添加剂的投加量必须控制在一定范围内，才能保证产品质量要求。
( 水处理过程中化学或生物添加剂的配比输送。在这一应用领域，将由多台计量 泵组成一个泵站，系统运行时将根据不同水质情况和处理要求，实时按不同比例输送添加 剂。
(3)化纤及精细化工生产过程中不同原料的配比输送。这里既有如同水处理过程 中建立泵站进行配比输送的要求，也有单台泵定量自动调节输送介质的要求。
(4)恶劣工况下介质或物料的定量输送。这类情况下，计量泵流量的调节及系统的 运行监控由人工现场作业是一件很困难甚至不可能的工作。
(5)清洗行业应用，包括汽车清洗、纺织企业的羊毛清洗及食品饮料行业的空瓶清 洗等，其中的清洗剂添加就采用计量泵。采用计量泵可以减少人工添加的工作量，同时能比 较准确地控制清洗剂的添加量，提高原料利用率，节约成本，减少清洗剂对环境所造成的污^fe ο
(6)肥料灌溉是提高农产品产量和质量的重要手段，但是大片土地的施肥工作量 很大，需花费大量的人力和财力。通过一次性铺设的地下管路系统，利用计量泵将各种配置 的肥料或农药输送至农场的各个角落，既节约成本又提高了劳动效率。例如，以色列的滴灌 技术在炎热的沙漠上打造了节水、高效的现代化设施农业。
(7)石油、天然气田和海上平台采油场。其不同于石化和化工行业，所有的计量泵 主要用于向油井和原油输油管路添加各种防腐剂、破乳剂等化学药剂，提高采油能力和输 油管道防腐能力。通常以高压、大流量要求居多。
(8)游泳池和楼宇空调循环水处理。循环使用的水必须在循环系统中进行消毒、 调节酸碱度及降低电导率值等处理，并且所有的调节均需根据二次仪表的监测结果自动跟S示ο
(9)食品及饮料行业，在生产工艺中投加添加剂，以改善食品的口味，延长保质期， 防止变质。
(10)造纸和纸浆行业，在生产过程中添加增白剂提高纸品质量的中间物。
以上仅列出计量泵的部分应用，其应用范围并不局限于这些方面，还在不断扩大； 近年来，随着微型控制器的快速发展以及逆变技术的日益成熟，人们开始在计量泵领域尝 试采用数字变频技术。要将该项技术有效的应用计量泵，有许多技术问题需要研究和解决。发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高数字变频计量泵工作精度的流量补偿技术， 该技术是分别对制造精度、转速和出口压力、流体黏度系数和工作时数这四个因素所造成 的理论排量误差值进行计算，根据这些误差值来补偿理论排量，最后得出精确的实际排量， 从而在实际的流量控制中运用该实际排量精确计算流量。
本发明的目的是采用这样的技术解决方案实现的其特征在于包括制造精度误差 的确定和补偿方法，转速和出口压力误差的确定和补偿方法，流体粘度系数的确定和补偿 方法以及工作时数误差的确定和补偿方法，各误差的确定和补偿方法如下
制造精度误差的确定和补偿方法检测记录泵的冲程排量脉冲数，用量筒或量杯 测量流量的体积值，根据传动比确定的一次冲程的脉冲数和理论排量计算出误差值，然后 调整冲程长度进行补偿，消除制造精度对理论排量的误差影响；
转速和出口压力误差的确定和补偿方法测量并记录所有不同转速和出口压力波 动及其造成的误差变化，将这些误差变化数据离散化，做成表的形式写进程序，供程序根据 不同转速和不同出口压力及其波动的变化查表可得相应的误差值，采用精确调整的计量泵 冲程长度消除制造精度对转速和压力的影响；
流体粘度系数误差的确定和补偿方法通过线性插值计算出输送黏度系数不同的 流体所存在的排量误差，；采用冲程长度可精确调整的计量泵，通过调节冲程长度，消除制 造精度对流体黏度系数的影响；再选取一个出口压力平稳、波幅值很小的转速作为实际运 行转速即可消除转速和出口压力对流体粘度系数的影响；
工作时数误差的确定和补偿方法检测各个时间周期中阀球磨损值，由各个时间 周期中的实际磨损值获得平均误差值，通过调整冲程长度，消除制造精度对工作时数的影 响。
由于本发明能够对影响计量泵输出排量的制造精度、转速和出口压力、流体粘度 系数和工作时数进行补偿，从而有效提高了计量泵的输出精度，能够实现精确的流体定比 投加。
图1为数字变频计量泵的结构原理示意图
图2为往复式隔膜计量泵的工作原理示意图
图3插值计算方法示意图
图4实际排量分段计算示意图具体实施方式
在图1中数字变频计量泵由专用数字变频器1、三相异步减速电机2和往复式隔 膜计量泵3组成。专用数字变频器由主控模块4和驱动模块5构成。通过检测驱动模块5 的温度、是否过截(过流)等信息，主控模块4决定是否采取相应的保护措施；通过速度检 测元(部)件如编码器或霍尔器件，检测三相异步减速电机2转速，用于闭环控制。如果启 动三相异步减速电机2后，没有速度信号，则表明存在三相异步减速电机2故障或速度传感器故障，主控模块4控制驱动模块5进入保护状态。如果往复式隔膜计量泵3工作后内部 压力过大或过小，则表明往复式隔膜计量泵3处于非正常状态，应进入保护状态并报警。
在图2中三相异步减速电机2由电机6和减速机7组成，往复式隔膜计量泵3由 柱塞8、隔膜9、流体出口 10、流体出口阀11、流体入口阀12和流体入口 13组成。电机6通 过减速机7驱动柱塞8作往复运动，带动隔膜9做凹凸变化，使隔膜室内容积发生周期性的 变化，完成流体输送。当活塞8自右向左移动时，带动隔膜9向左做凹变化，使得泵缸内形 成负压，流体经流体入口阀12流入泵缸；当活塞8自左向右移动时，带动隔膜9向右做凸变 化，挤压泵缸内的流体，压力增大，流体经流体出口阀11排出。
本发明所述的数字变频计量泵的流量补偿技术包括制造精度误差的确定和补偿 方法，转速和出口压力误差的确定和补偿方法，流体粘度系数的确定和补偿方法以及工作 时数误差的确定和补偿方法，各误差的确定和补偿方法如下
制造精度误差的确定和补偿方法数字变频计量泵的冲程排量值存在制造精度的 误差，通过实验测出每台泵的冲程排量误差值，具体方法是由微控制器记录检测到的脉冲 数，利用量筒或量杯测量流量的体积值，根据已经由传动比确定的一次冲程的脉冲数和理 论排量便可以计算出误差值，然后通过调整冲程长度进行补偿，消除制造精度对理论排量 的误差影响；
转速和出口压力误差的确定和补偿方法测量并记录所有不同转速和出口压力波 动及其造成的误差变化，将这些误差变化数据离散化，做成表的形式写进程序，供程序根据 不同转速和不同出口压力及其波动的变化查表可得相应的误差值，采用精确调整的计量泵 冲程长度消除制造精度对转速和压力的影响；当碰到表内无具体对应的误差值时，可以通 过这些端点上的值用插值法来计算误差，然后通过调节冲程长度，消除制造精度对转速和 压力的影响；
流体粘度系数误差的确定和补偿方法往复式隔膜计量泵输送不同流体时，流体 的黏度系数是不同的，在其它条件全都相同的情况下，其实际排量所存的误差，可通过线性 插值求得相应的排量误差；通过线性插值计算出输送黏度系数不同的流体所存在的排量误 差，采用冲程长度可精确调整的计量泵，通过调节冲程长度，消除制造精度对流体黏度系数 的影响；再选取一个出口压力平稳、波幅值很小的转速作为实际运行转速即可消除转速和 出口压力对流体粘度系数的影响；
工作时数误差的确定和补偿方法往复式隔膜计量泵长时间运行，其阀球磨损会 造成泄漏误差，检测各个时间周期中阀球磨损值，由各个时间周期中的实际磨损值获得平 均误差值，根据不同的工作时数所形成的泄露误差，采用调整冲程长度的方法，消除制造精 度对工作时数的影响。
阀球磨损是一个非常缓慢的过程，所以引入一个时间、和时间段At，在时间、 之前阀球几乎没有磨损，之后每隔At时间计算平均误差值，得到各个At时间段的平均误 差值后，就容易对理论排量进行补偿。采用冲程长度可精确调整的计量泵，通过调节冲程长 度，消除制造精度对工作时数的影响；通过选取一个特定的转速，在该转速下出口压力很平 稳，其波动幅值很小，来消除转速和出口压力对工作的影响；由于阀球磨损缓慢，时间、是 一个较大的数值，因此不用担心工作时数对前面三种情况造成误差影响。
制造精度误差的确定和补偿方法
制造精度误差的确定设电机旋转Iitl圈，经减速机后驱动活塞往复一次，那么传动 比为IV当电机的转速为η(单位r/min)时，每秒活塞的往复次数(冲程频率)f，可用下式 表不
权利要求
1.数字变频计量泵的流量补偿技术，其特征在于包括制造精度误差的确定和补偿方 法，转速和出口压力误差的确定和补偿方法，流体粘度系数的确定和补偿方法以及工作时 数误差的确定和补偿方法，各误差的确定和补偿方法如下制造精度误差的确定和补偿方法检测记录泵的冲程排量脉冲数，用量筒或量杯测量 流量的体积值，根据传动比确定的一次冲程的脉冲数和理论排量计算出误差值，然后调整 冲程长度进行补偿，消除制造精度对理论排量的误差影响；转速和出口压力误差的确定和补偿方法测量并记录所有不同转速和出口压力波动及 其造成的误差变化，将这些误差变化数据离散化，做成表的形式写进程序，供程序根据不同 转速和不同出口压力及其波动的变化查表可得相应的误差值，采用精确调整的计量泵冲程 长度消除制造精度对转速和压力的影响；流体粘度系数误差的确定和补偿方法通过线性插值计算出输送黏度系数不同的流体 所存在的排量误差，；采用冲程长度可精确调整的计量泵，通过调节冲程长度，消除制造精 度对流体黏度系数的影响；再选取一个出口压力平稳、波幅值很小的转速作为实际运行转 速即可消除转速和出口压力对流体粘度系数的影响；工作时数误差的确定和补偿方法检测各个时间周期中阀球磨损值，由各个时间周期 中的实际磨损值获得平均误差值，通过调整冲程长度，消除制造精度对工作时数的影响。
2.根据权利要求1所述的数字变频计量泵的流量补偿技术，其特征在于所述制造精度 误差的确定方法是设电机旋转％圈，经减速机后驱动活塞往复一次，那么传动比为IV当 电机的转速为η (单位r/min)时，每秒活塞的往复次数(冲程频率)f，可用下式表示
3.根据权利要求1所述的数字变频计量泵的流量补偿技术，其特征在于所述排量误差 值的确定方法如下设k为实验次数，检测到的脉冲数为nmsl，nms2，…，nmsk，测得的流体体积为R1'，Q12，Qlk'，将误差记作 ΔΑ(ξ)，Δν2(ξ)，…，AVkK)，那么
4.根据权利要求1所述的数字变频计量泵的流量补偿技术，其特征在于所述转速和出 口压力误差的确定方法是因不同转速和出口压力引起的误差，而泵的入口压力Pi是由装置本身决定的，泵的出 口压力P。等于入口压力Pi加上压差P，这个压差等于泵的扬程H乘以介质的比重，其表达 式为
5.根据权利要求1所述的数字变频计量泵的流量补偿技术，其特征在于所述流体粘度 系数误差的确定方法是流体的黏度系数n不同，在其他条件全都相同的情况下，其实际排量将存在误差；用 函数x(n)表示黏度系数n不同带来的误差影响，可将一次实际排量表示成 Vs = X(Jl)V1
6.根据权利要求1所述的数字变频计量泵的流量补偿技术，其特征在于所述工作时数 误差的确定方法是设阀球磨损系数为ε，阀球磨损量为μ，其中μ是一个随时间t的积累而会发生改变 的量，用公式表示
全文摘要
本发明属于计量泵技术领域，特别是涉及一种数字变频计量泵的流量补偿技术；其特征在于包括制造精度误差的确定和补偿方法、转速和出口压力的确定和补偿方法、流体粘度系数的确定和补偿方法和工作时数的确定和补偿方法，该技术是分别对制造精度、转速和出口压力、流体黏度系数和工作时数这四个因素所造成的理论排量误差值进行计算，根据这些误差值来补偿理论排量，最后得出精确的实际排量，从而在实际的流量控制中运用该实际排量精确计算流量；由于本发明能够对影响计量泵输出排量的制造精度、转速和出口压力、流体粘度系数和工作时数进行补偿，从而有效提高了计量泵的输出精度，实现精确的流体定比投加。
文档编号F04B51/00GK102032167SQ201010590540
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者余世明, 朱智勇 申请人:浙江工业大学