用于供液泵的控制器的制作方法

专利名称：用于供液泵的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作与供液系统相关联的电驱动泵的控制器。本发明还涉及一种用于在供液系统中加压供液的方法。本发明可适用于例如这样的供水系统，在所述供水系统中，从例如存储箱、水坝、贮箱等的水源中汲取水，并且在压力下将其供给住户、农场、商业或者工业使用。本发明将参照控制器在供水系统中的应用来描述，然而本发明也可在其他供液系统中使用。
背景技术：
这里对作为现有技术给出的专利文献或者其他内容的引用不表示认同在任何一项权利要求的优先权日时在澳大利亚这些文献或者内容是公知的或者这些文献或者内容所包含的信息是公知常识的一部分。未与市政(总管道)水源连接的住户可能依赖由储水箱供给并由泵加压的水。可以通过控制器致动泵，所述控制器利用压力探测接通和断开泵，例如可以设置两个压力阈值，即泵断开的上阈值和泵接通的下阈值或“接入(cut-in)”阈值。然而，如果两个阈值之间的差值较大，那么供水系统中的压力波动可能是不可接受的。为了缓解这个问题，参见国际公报WO 03/029656A1 (PCT/AU02/01334)，已经提出了一种控制器，所述控制器当被安装在系统中时自动地测量泵的最大输出压力(也称作关断水头压力(closed head pressure))并且建立低压阈值，该低压阈值是最大输出压力的一定百分比(例如80%)。尽管与预设压力阈值相比这能够提供相对较小的压力输出变化 (例如20 % )，但是其可能造成住户供水系统中较高的“待用，，压力，该较高“待用，，压力增加了供水系统中的管道接头和龙头等中渗漏的可能性。较高的接入压力阈值(即，泵接通的阈值)下的任何这种渗漏造成的压降都可能导致频繁接通和断开(即，循环进行)泵，而这是不期望的。因此，适当的接入(泵接通)压力值的选择是设定得太高时泵循环通断与设定得太低时出现大压力变化之间的折中。诸如当在供水系统中有缓慢的渗漏时避免频繁循环通断的一个提议是具有两个预定接入压力阈值，当未探测到渗漏时设定其中较高的一个(即泵输出压力的80%)；并且当在该系统中探测到渗漏时，也就是说当探测到均勻的压降以及诸如例如滴水龙头的典型缓慢渗漏的重复频率时，设定其中较低的一个(即泵输出压力的50% )。尽管将接入压力阈值重新设定到较低值可以减轻缓慢渗漏，但是住户将再次经受供给压力的显著变化直到较高的接通阈值被重新设定。此外，渗漏响应可以被缓慢但是恒定地需要水的装置(例如，蒸发冷却器)不必要地触发。根据一个实施方式的本发明试图提供一种用于泵的控制器，该控制器缓解了显著的压力变化问题而且还提供了对供液系统中渗漏的有效探测以及响应。本发明的其他实施方式试图满足其他的目的。因此，另一个实施方式试图提供一种具有这样的部件的控制器，这些部件相对容易地装配在一起并且可以由此节约制造成本。然而另一个实施试图提供一种控制器，液流通过该控制器被引导，以允许改善流动特性测量。另一个实施方式试图提供压力单元，该压力单元允许观察者(例如供水系统的使用者)确定单元中的压力状态。

发明内容
根据本发明的第一实施方式提供了一种控制器，所述控制器用于操作与供液系统相关联的泵，所述控制器包括压力单元，所述压力单元包括壳体，所述壳体具有用于与供液连接的入口以及用于将液体输送给用户的出口；控制电路，所述控制电路被安装在所述壳体上并且包括传感器；其中，所述压力单元与所述传感器在操作上相关联，使得所述传感器产生与所述压力单元内的压力相关的信号；并且其中，所述控制电路操作，从而根据由所述传感器产生的所述信号来确定所述压力单元中的压力变化率，以便根据所述压力变化率改变阈值压力值，所述阈值压力值是所述控制电路操作以接通泵从而使供液增压以便输送给用户时的压力值。可以与上述第一实施方式相关联的本发明的一个方面是提供一种用于在具有关断水头压力的供液系统中加压供液的方法，所述供液系统包括用于使供液加压的泵，其中当供液压力下降到所述关断水头压力以下的阈值压力值时所述泵操作，所述方法包括以下步骤(i)确定所述供液系统的所述关断水头压力；(ii)测量由来自于所述供液的液流引起的供液压力的变化；(iii)根据步骤(ii)的测量值计算压力变化率；(iv)根据计算出的压力变化率改变所述阈值压力值以便操作所述泵；其中所述阈值压力值在压力变化率相对较大时增大，在压力变化率相对较小时减小。压力单元可以包括在壳体内的隔膜并且隔膜可以具有与其相关联的永磁体，传感器可与该永磁体响应。这种传感器可以是霍尔效应器件，该霍尔效应器件根据隔膜的位置以及从而根据永磁体的位置产生与压力单元内的压力相关的可变电压信号。 供液系统将具有关断水头压力，并且优选地所述控制电路操作以接通所述泵时的可变阈值压力是关断水头压力的百分比(％。ut-in)，并且其中压力变化率(f )和％。ut-in线性相关、对数相关或者指数相关。优选地，%。ut_in与罟在最大％。ut_in(例如关断水头压力的90% )与最小％。ut_in(例如关断水头压力的30% )之间线性相关，并且其中，对于高于最大％。ut_in值的压力和低于最小％⑽^值的压力而言，相应的％。ut-in值是常数。供水系统可以包括外部蓄水箱，并且在这种情形中％。ut_in可以是罟和液体流率Q 的函数，即%cut-m = f根据第二实施方式，本发明提供了一种控制器，所述控制器用于操作与供液系统相关联的泵，以使所述泵使供液增压，所述供液系统具有关断水头压力，所述控制器包括压力单元，所述压力单元包括具有入口和出口的壳体；
在所述壳体内的隔膜，当供液与所述入口连接时，所述隔膜偏置以克服在所述入口与所述出口之间的供液压力，其中所述隔膜的偏置使得当所述壳体中的供液压力处于所述关断水头压力时，所述隔膜大致保持在一个位置(其中所述一个位置取决于所述关断水头压力并且对于不同供液系统中的控制器来说可不相同)；电路结构，所述电路结构承载控制电路，以便操作所述泵将液体供应到所述壳体并且通过所述壳体，所述控制电路包括传感器，所述传感器被安装在所述电路结构上，使得该传感器与所述隔膜在操作上相关联，用于当所述隔膜响应于所述壳体内的低于所述关断水头压的液压而远离所述一个位置移动时感测所述隔膜的位置；其中，当存在流经所述壳体的液流时，所述传感器向所述控制电路提供表示所述壳体内的液压的信号，以便所述控制电路当所述传感器提供表示作为预定值的所述壳体内的液压的信号时操作所述泵，使得供液压力被保持在所述关断水头压力的预定范围内，所述预定值低于所述关断水头压力。隔膜的关断水头位置(即，所述的“一个位置”)与供给压力具有直接关系。这允许控制器自动地适用于大范围的不同泵和压力。传感器可以是响应于与隔膜相关联的永磁体的霍尔效应器件，如上述对于第一实施方式所述。在第一实施方式与第二实施方式中，电路结构可以包括作为控制电路的一部分的液体流量传感器，在这种情形中壳体包括孔并且所述电路结构被安装在所述壳体上，以使所述液体流量传感器暴露于从所述入口经过所述壳体到所述出口的液流。当所述壳体内的液压为所述关断水头压力以下的预定值时，控制电路将会操作泵。所述液体流量传感器向所述控制电路提供流动信号，以识别何时存在流经所述壳体的液流，并且在出现该信号时继续泵的操作。然而如果流动信号不出现，泵的操作在几秒的短时间(例如5秒)后便停止。当液流出现时，泵的操作继续直到流动停止。因此流动信号主要地被控制电路用于确定控制电路何时断开泵的无通过壳体的流动状态。在一些情形中，当有通过壳体的充足流动但没有可探测到的压力变化时(例如，在系统中没有水，并且因此是零压力时，而水返回到系统，例如，雨水)，流量传感器还可以被用于将泵接通。同样在上述实施方式中，壳体的入口可以包括用于防止进入到所述入口的逆向液流的阀。所述阀包括可动的封闭件，当所述阀关闭时所述可动的封闭件与阀座相接触，且所述可动的封闭件成形为使得壳体中的液流在所述阀打开时朝向液体流量传感器引导。根据本发明的第三个实施方式提供了一种控制器，所述控制器用于操作与供液系统相关联的泵，所述控制器包括压力单元，所述压力单元包括壳体，所述壳体具有用于与供液连接的入口以及用于将液体输送给用户的出口；电路结构，所述电路结构承载控制电路，以便操作所述泵将液体供应到所述壳体并且通过所述壳体，所述控制电路包括液体流量传感器；其中所述壳体包括孔并且所述电路结构被安装在所述壳体上，以使所述液体流量传感器暴露于所述壳体内的液体；
其中所述壳体的所述入口包括阀，该阀用于允许液体从所述入口流入所述壳体并且防止液体从所述壳体逆流到所述入口中；其中所述阀成形为使得流入到所述壳体中的液流被朝向所述液体流量传感器引导；其中所述液体流量传感器向所述控制电路提供流动信号，以便识别存在流经所述壳体的液流。本发明的上述第三实施方式可以包括与本发明的第一或者第二实施方式相关联的一个或更多个附加特征。优选地，阀的设计及其在壳体内的定位以及相对于壳体的尺寸使得最小地影响壳体内的压力损失。在所有的实施方式中，壳体的孔可能在阀附近，并且因此在入口附近，从而允许出口采用任何布置和数量。在一个实施方式中，所述压力单元的所述入口和出口处于一条直线上并且所述壳体的所述孔横向地位于所述入口与所述出口之间，以便被引导的液流经过所述液体流量传感器。在所有的实施方式中，电路结构优选地是印刷电路板，在所述印刷电路板上安装有传感器(例如霍尔效应器件)和流量传感器(例如基于热技术的结构)。根据本发明的第四个实施方式，提供了一种用于将液体传送到用户的供液系统的压力单元，供液具有关断水头压力，所述压力单元包括具有入口和出口的壳体、所述壳体内的隔膜，当供液连接到所述入口时，所述隔膜偏置以克服所述入口与所述出口之间的供液压力，其中所述隔膜的偏置使得当所述壳体内的所述供液压力处于所述关断水头压力时所述隔膜大致保持在一个位置(其中所述一个位置取决于所述关断水头压力并且对于不同供液系统的控制器来说可不相同)并且当在所述壳体内的所述供液压力降低时所述隔膜远离所述一个位置移动；其中所述隔膜在其未暴露至所述供液的侧面上与具有压力标记的可动件相关联；其中所述壳体包括窗口，并且所述窗口和所述可动件使得在所述隔膜处于所述一个位置时，表示所述关断水头压力的压力标记被暴露；并且在所述隔膜远离所述第一位置移动，指示减小的压力的压力标记被暴露。通过窗口可看到的标记有利地提供了一种相对简单的装置，其为用户传递与压力单元内的供液压力状态有关的若干条信息而不提供量化的压力测量值。从而示出了液体是否是可获得的，例如，如果没有液体，压力将会是零并且这能够通过暴露在窗口中的红色标记来指示。对于正常的压力来说，暴露的标记可以是绿色的，并且如果例如存在渗漏龙头， 并且因此压力单元内的压力降低，那么隔膜的相关移动可以通过被暴露的绿色到红色的标记来表示。有意地避免使用量化的压力测量值，因为可能有一定范围的“正常”操作压力不能被用户意识到。为了更好地理解本发明的多个实施方式并且示出它们可以如何被执行，现在将参照附图仅仅通过非限定实施例的方式描述优选的实施方式。将会理解的是，可以省略优选的实施方式的多种特征以实现上文概述的本发明的第一实施方式到第四实施方式的实例。


图1示出了在其中可使用优选实施方式的供液系统。图2是根据优选实施方式的控制器的立体图。图3是从一个方向观察的图2的控制器的分解图。图4是从与图3的方向不同的方向观察的图2的控制器的分解图。图5和图6是图2的控制器的纵向截面图，示出了其位于两个不同位置的隔膜。图7和图8是贯穿图2的控制器的压力腔的横向截面图，示出了其中的入口和出口以及阀装置，图7示出了处于闭合位置的阀并且图8示出了处于打开位置的阀。图9和图10是图2的控制器的一部分的立体图，与图7和图8相似示出了位于两个位置的阀装置。图11是示出了图2的控制器的电子控制电路的功能的方框图。图12是控制电路的电路图。图13和图14是示出用于图2的控制器的操作工况的图表。
具体实施例方式图1示出了简单的供液系统20，下面将要描述的控制器的实施方式可以与供液系统20相结合。该供液系统是供水系统，并且在下文中将要参照本发明在该系统中的使用来描述优选的实施方式。供水系统20包括用于供给水23的贮箱22 (例如家用雨水箱)，贮箱22在出口处具有由电机26驱动的泵M以便将水泵送到例如龙头、厕所、淋浴和/或洗衣房的多个消耗出口观。泵M的电机沈由控制器30控制，该控制器30基于由其确定的水压和水流参数来控制泵对的操作。如图2至图6中所示，控制器30包括压力单元32，该压力单元由壳体34组成，壳体34具有用于通过泵M连接到水源的入口 36以及用于将水传送到消耗设备观的出口 38。该附图示出了拧到出口 38上的起动盖128。在使用中，出口 38将被连接到引向消耗出口观的管子。壳体34还可以包括用于将水供给到其他用户的其他出口，例如所示的第二出口 130。如果仅使用一个出口 38，其他的出口将会被例如起动盖1 封堵。壳体34包括三个部分，即主要包括螺旋压缩弹簧42的端部34a、主要限定压力室的中间部分34b以及盖部!Mc。壳体34包括隔膜40，所述隔膜40由螺旋压缩弹簧42偏压以当水源被连接到入口 36时克服入口 36和出口 38之间的压力室44中的水的压力。因此壳体34的部分34b和隔膜40限定了压力室44，入口 36和出口 38 (它们形成在壳体34的中间部分34b中)通过压力室44而连通。壳体34的端部3 和隔膜40限定了另一个室46，在该室46中设有弹簧 42。壳体34的中间部分34b和盖部3 还限定另一个室48，所述室48邻近压力室44并且与隔膜40相对。承载控制电路140(下面将参照图11和图12详细地描述)的电路结构 50被安装到室48内。壳体34的端部3 包括向内延伸的管状部分52 (参见图5和图6)，弹簧42位于管状部分52上。用于与壳体34的端部34a、弹簧42以及隔膜40可操作地关联的引导件54包括中央杆56，该中央杆延伸通过具有端盖60的筒状部分58。弹簧42的一端位于壳体端部3 的向内延伸的管状部分52上，并且另一端位于杆56的后部与引导件M的筒状部分58之间的环形空间中，杆56的后部的一部分装配在向内延伸的管状部分52的内部并且能够在其内滑动。引导件M的筒状部分58的外径的尺寸设计为使得其在由壳体34的端部34a中的环绕向内延伸的管状部分52的肋62限定的内径中同样也滑动配合。引导件 M还包括最外部的圆柱裙边59，所述最外部的圆柱裙边59比筒状部分58短并且提供端部边缘61，所述端部边缘61的目的将在下文描述。弓丨导件M的端盖60为隔膜40的升高中心区域64提供刚性支撑座。隔膜40具有外展壁66 (在图5中最优可见)，该外展壁从中心区域64的外周延伸并且与具有周边凸缘70的弯曲的外壁68接合。凸缘70的形式为座置于由壳体34的端部3 限定的互补形状的凹槽72中并且当装配壳体34时被壳体34的中间部分34b上的肋76的互补形状的相向端部74夹持就位。隔膜40的凸缘70与端部34a的互补凹槽72之间以及凸缘70与中间部分34b的肋76的端部74之间的接触区域使得当压力室44容纳处于压力下的水时，接合点被密封以防止加压的水渗漏到弹簧室46中。隔膜40还包括在中央从其中心区域64突出的盲筒状延伸部78，引导件M的杆 56的前部装配在盲筒状延伸部78中。永磁体80在杆56的前端安装到杆56内。压力室44的入口 36和出口 38之间包括阀装置82，其用于允许水从入口 36流入到壳体；34的压力室44中并且防止水从压力室44逆流到入口 36中。阀82包括封闭件84， 封闭件84保持捕获在管状部分85中，管状部分85装配穿过出口 38并且拧紧到出口 38的内螺纹中。管状部分85包括腿部86，在腿部86的端部具有直径较小的环87，所述环87捕获封闭件84同时允许封闭件84朝向以及远离入口 36往复运动。封闭件84包括成型端部 88 (端部88通常是具有圆形顶点的锥形，在图8中最优可见)，该成型端部88具有保持0 形环91的周边槽。0形环91密封在入口 36的阀座90上。螺旋压缩弹簧92 (参见图7和图8，为了清楚起见已经从其他附图中省略弹簧92)围绕管状部分85的直径较小的环87， 并且在腿部86的端部与封闭件84的成型端部88的后表面89之间作用以将封闭件84朝向入口 36偏压成与阀座90接合。入口 36包括延伸进入到压力室44中并且模制为壳体34的中间部分34b的一部分的导管94。连接器配件96 (参见图3和图4)在其一端包括螺纹98和螺母构造100并且在其另一端包括阀座90，在阀座90的下方为槽102，所述连接器配件96装配穿过导管94 并且通过簧环104保持捕获在导管94中，所述簧环104位于槽102中并且在压力室44中承靠在导管94端部边缘上。因此连接器配件96在导管94中可旋转，这允许引自泵M的管路容易地附接到螺纹端98上。在压力单元32的正常操作中(其中，压力室44内具有加压水，泵M未操作且水出现在入口 36处)，阀装置82的封闭件84在弹簧92的辅助下借助于作用在封闭件84的后表面89上的水压而保持抵靠入口 36的阀座90密封接合，从而防止水从压力室44流入到入口 36中。当操作泵M时，水被泵送到入口 36中直到压力增加到足以迫使封闭件84 的成型端部88从阀座90离开，并且因此打开阀装置82以便将水从入口 36穿过压力室44 泵送到出口 38中。阀装置82的设计，更具体地说是在压力室44(与阀装置82相比是相对较大的)中的封闭件84的成型端部88的设计使得通过压力室44的水头损失最小。壳体34的中间部分34b的与隔膜40相对的壁105包括孔106，所述孔106的目的将在下文被描述。安装在室48内的电路结构50是包括液体流量传感器的印刷电路板108。该流量传感器是根据热技术操作的类型，并且包括诸如电阻加热器元件的热源和诸如热敏电阻的温度传感器。在国际公报 WO 91/19170 (PCT/AU91/00239)和 WO 03/029656 (PCT/AU02/01334) 公开了这种传感器的例子。下面参照图11和图12详细地描述本实施方式的流量传感器的电子电路。在结构上，流量传感器包括金属板110(参见图3和图4)，在该金属板的后表面上的绝缘层上安装有加热器元件和热敏电阻。印刷电路板108包括孔112并且金属板110在孔112上附接到印刷电路板108，以便当印刷电路板108借助柱109和盖部3 安装在室48内时，金属板 110的未绝缘的前表面经由孔106暴露于压力室44内的水流。环形密封件114位于室48 内在孔106的周边与印刷电路板108的金属板110之间，以防止水从压力室44渗漏到安装有电路结构50 (也就是，印刷电路板108)的室48中。阀装置82的封闭件84的成型端部88的目的是将从入口 36进入到压力室44的水流引向流动传感器，也就是，引到金属板Iio的通过孔106暴露的表面上。流动传感器将流动信号提供到控制电路140(将在下面参照图11和图12描述)，以识别出有水流通过壳体34的压力室44以便控制电路140继续操作泵M的电机26。如图11所示，控制电路140还包括水压探测电路146，水压探测电路146包括作为传感器的霍尔效应器件116 (参见图3、图5和图6)。霍尔效应器件116被安装在印刷电路板108上，以使当印刷电路板108被安装到室48中时，设备116紧密地接近壳体34的中间部分34b的壁105并且定位为位于隔膜40/引导件M装置的中心轴线上，使得当隔膜40 移动时，设备116受安装在引导件M的杆56的前端的永磁体80的磁场影响。因此，当压力室44内的水压减小时，永磁体80朝向霍尔效应器件116移动；而当液压增加时，永磁体 80远离霍尔效应器件116移动。当电流流经霍尔效应器件116时，永磁体80相对于霍尔效应器件116的移动以及由此永磁体80的磁场相对于霍尔效应器件116的移动产生电压信号(这将在下面描述)，利用该电压信号确定压力单元32的压力室44内的压力变化率。为隔膜40/引导件M装置的移动限定了两个极限位置。一个极限位置针对压力室44内的高压，该极限位置由引导件M的最外部的圆柱裙边59的端部边缘61承靠在壳体34的端部34a内的台阶118上来设定(参见图6)。另一极限位置针对压力室44内的低压，该极限位置由在引导件M的杆56的后端中的螺钉120的横向延伸的头部122承靠壳体；34的端部34a的向内延伸的管状部分52的孔中形成的肩部IM来设定(参见图5)。 保护盖1 装配到端部34a以封闭管状部分52的孔。如图3和图4的分解图中所示，在壳体34的中间部分34b和盖部3 之间插设有密封环132，以确保电路结构50被密封在室48内。如图11中的功能框所示，控制电路140包括提供不同功能的若干部分。从而存在微控制器及其支持电路142、以及用于经由微控制器运行各种功能的供电电路144。存在水压探测电路146和水流探测电路148，霍尔效应器件116是水压探测电路146的一个部件， 金属板110是水流探测电路148的一部分。微控制器和支持电路142确定泵驱动电路152的操作以便利用泵M的电机26操作泵24。此外，存在用于指示各种控制情况的LED和LED 驱动电路154。参照图12，水流探测电路148包括电阻器(Hl，H2，H3，R12，R15，R19，R22和R23)、 热敏电阻(THl, TH2和TH3)、电容器(CIO, Cll和C12)以及晶体管Q3。电阻器HI、H2和H3在金属板110的后表面上安装在绝缘层上，并且串联连接，形成主要热源的基础。这三个电阻器所消耗的功率由微控制器ICl通过对晶体管Q3的切换所进行的脉冲宽度调制来调整。三个热敏电阻TH1、TH2和TH3也策略性地布置在印刷电路板108的金属板110上，同样也位于绝缘层上，并且设计为测量安装这些热敏电阻的表面的温度。由于金属板110的绝缘层是不良热导体，因此由电阻器H1，H2和H3消耗的功率将会沿着金属板110的表面不均勻地分布，因此三个热敏电阻TH1，TH2和TH3将会记录略微不同的温度测量值。微控制器ICl持续地监控热敏电阻THl和TH2之间的温差。印刷电路板 108的金属板110与水持续接触，因此水流将会改善沿着金属板110的表面的热传导并减小 THl和TH2之间的温差。微控制器ICl将在算法中使用该信息来确定水是否流动。热敏电阻TH3用于补偿当泵操作时三端双向可控硅开关元件Ql所造成的附加温度影响。水压探测电路146包括集成电路IC2和电容器C13。集成电路IC2是霍尔效应器件，该霍尔效应器件将其感测到的来自永磁体80的磁场转化成微控制器ICl的引脚2处所存在的模拟电压。泵驱动电路152包括电阻器(R4，R6，R7，R8，R9和R10)、晶体管Q2、三端双向可控硅开关元件Ql和集成电路IC6。当在ICl的引脚7处输出逻辑高电平信号时，晶体管Q2将会接通并且致使电流流经光耦合器IC6的LED。流经LED的正向电流将产生触发探测器的红外线辐射。一旦被触发，探测器便保持锁定在“接通状态”直到通过探测器的电流下降到规定的保持电流以下。探测器的“接通状态”将致使足够的电流流入到三端双向可控硅开关元件Ql的栅极中并且致使三端双向可控硅开关元件Ql接通并且开始传导，由此操作泵电机。在ICl的引脚7处输出的逻辑低电平信号将断开晶体管Q2并因此关闭泵电机。微控制器和支持电路包括集成电路ICl、电阻器(R5，R11，R24)和电容器(Cl)。集成电路ICl是具有闪存的8位微控制器。当固件被装载到闪存中时，ICl将会执行控制算法。功率供给电路144包括变阻器(VDRl)、电容器(C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C14， C15, C17 和 C18)、电阻器(R1, R16, R25, R26, R27, R28, R29 和 R30)、二极管(Dl，D2，D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9 和 D10)、电感器(Li 和 L2)、变压器(Tl)和集成电路(IC3, IC4 和 IC5)。 VDRl和Cl提供市电输入时的电噪声尖峰保护。二极管D1，D2，D3和D4形成全桥式整流器， 该桥式整流器将输入的市电电压整流为全波整流的DC电压。部件C2、L1和C3形成π型滤波网络，JI型滤波网络提供差模EMI滤波和对于来自桥式整流器的整流DC电压的滤波。集成电路(IC3)、电阻器R16, R25, R26, R27和R28、二极管D5, D6和D10、电容器 C4，C18和C19以及变压器Tl形成回扫电源(flykick power supply)。二极管D5、电容器 C3，C5和电阻器似6和R27形成箝位电路，以便将IC3的引脚4上的漏感关断电压尖峰限制到安全值。整流并滤波的输入电压被施加到变压器Tl的一次绕组(引脚1)。变压器的一次绕组的另一侧(引脚2、被集成电路IC3驱动。在变压器Tl的二次绕组处的AC电压被二极管D9进行半波整流并且通过包括L2，C15和C14的π型滤波器转换为滤波后的DC电压。滤波后的DC电压由稳压二极管D7调节。当滤波后的DC电压超过稳压二极管电压与光耦合器LED正向电压的总和时，电流将在耦合器LED中流动并且将致使光耦合器的晶体管灌电流。当该电流超过在IC3的引脚1处的阈值水平时，IC3将会抑制下一个开关循环。当滤波后的DC电压下降到阈值以下时，IC3 将会开始启动传导周期，并且通过调整启用周期的数量，得以保持输出调节。部件D6，R28，R16，C4，DlO和C18为电源提供过压保护。当过压情形发生并且偏压超过稳压二极管DlO的电压与IC3弓丨脚2处的阈值电压水平的总和时，电流开始流入到 IC3的引脚2中。当该电流超过IC3的阈值时，IC3将会关断直到IC3的引脚2处的电压水平下降到预定水平以下。在变压器Tl的引脚10和8上的AC电压被二极管D8进行半波整流并且通过电容器C6和C7转换成滤波后的DC电压水平。集成电路IC5是电压调节器，所述电压调节器将其输入引脚3处的滤波后的DC电压转换成调整的低电压水平(例如5Vdc)，所述调整的低电压水平适于其他电子器件进行操作。电容器C8进一步滤波IC5的输出以消除任何电压水平的波动。电阻器(R13，R14 和 R17)与 LED (LD1,LD2 和 LD3)形成 LED 和 LED 驱动电路 154。 在ICl的引脚3、引脚9和引脚15处的高逻辑电平将会分别地接通LEDLD1、LD2和LD3。电阻器RM和按钮Sl形成用户输入电路。按压Sl将在ICl的引脚11处出现低逻辑电平信号。当将控制器30安装到供水系统20中时，泵M操作以建立系统的封闭水头压力， 这是在所有的消耗出口观均关闭的情况下所建立的压力单元32中的最大水压。然后泵M 关闭并且压力单元回复到通常的待用状态，其中如图6所示，隔膜克服弹簧42的偏压保持在第一位置处，在第一位置处磁体80与霍尔效应器件116最大地间隔开，并且如图7所示， 阀装置82关闭。当消耗出口观被打开时，压力室44内的压力减小，隔膜40(并且由此的磁体80)由于弹簧42的偏压而朝向霍尔效应器件116移动(参见图5)，并且由此探测到压降。只要在入口 36处存在加注，阀装置82就会打开(参见图8)并且水将会流到金属板 110上，由此电路148将会探测到水流。当压力室44内的压力减小到关断水头以下的某一预定的压力水平(称作接入压力)时，如果水流探测电路148探测到在金属板110上的水流并且水位探测电路150探测到有水供给，控制电路140的泵驱动电路152将会经由三端双向可控硅开关Q1、电机沈并因此经由泵M接通。泵M的接通确保供水系统20中的供水压力保持在关断水头压力的预定范围内。当一个消耗出口或多个消耗出口观关闭时，流动信号停止并且控制器30回复到正常的待用状态。在入口 36处无加注的故障状态下，隔膜的偏置显示零压力，在金属板110上将不会有水流发生，从而水流探测器148将不会探测到流动，并且泵可能在接通非常短的时间以后将会断开。在供水系统20中存在渗漏(例如，滴水龙头观)的另一种故障状态下，那么从控制器30的待用状态，压力室44内发生缓慢的压力损失，这将致使隔膜40 (以及由此与其关联的磁体80)朝向霍尔效应器件116移动，并因此由电路146探测到减小的压力。根据本发明的一个实施方式，压力减小的这种探测可操作以改变接入压力，也就是说，通常而言使接入压力减小以避免频繁地接通和断开泵26。
13
LED和LED驱动电路154对于LED来说是可操作的以指示不同的情况，例如绿色用于“接通”，红色用于“待用”，黄色用于“故障”。按钮Sl是用于启动泵的手动启动按钮。在本发明的优选实施方式中，控制电路140可操作以通过由霍尔效应器件116产生的信号确定压力单元32内(特别是在压力室44内)的压力变化率，以便由此改变阈值压力值，控制电路140在该阈值压力值下经由三端双向可控硅开关Ql可操作地接通泵M 的电机沈，以使供水23加压以便输送给用户。压力变化率可以由微处理器每秒从例如霍尔效应器件116读出的5个电压读数来确定。因此，如果消耗出口观的需求高，将会有大的压力变化率并且接入压力阈值可能高，然而如果消耗需求诸如产生缓慢的压力变化率，诸如例如可能通过渗漏龙头观造成，那么接入电压阈值可能低。因此可将接入电压确定为关断水头压力的取决于压力变化率(罟，其中P是压力，t是时间)的百分比(％。ut_in)。%。ut_in与罟之间的关系可能是线性的，例如如图12的图表的线160所示出的。 另选地所述关系可能例如是对数关系(参见图12的曲线162)或者指数关系(参见图12 的曲线164)。此外，所述关系不需要是连续函数，例如可以提供最大％。ut_in和/或最小％ 。ut-in(例如如图13的图表所示，分别示出为90%和30% )，分别在最大％。ut_in以上和最小％ 。ut_in以下的值被设定为常数。由图13示出的关系116在最大与最小％。ut_in值之间是线性的。供水系统20可以包括较大的外部蓄水箱(未示出)。如果这种蓄水箱存在于系统 20中，任何给定流率下的压力变化率将会比没有这种箱的系统中的慢。通过使％。ut_in不仅是压力变化率的函数而且也是水流率的函数，可使控制器30适于这种系统，例如%cut-in = f (罟，Q)其中，Q是体积流量或者%cut-m α (-f+Q)在这种工况下，流率Q或者压力变化率越高，接入百分比越高；流率Q或者压力变化率越低，接入百分比越低。当然，流率Q和压力变化率罟这两个参数如何组合并赋予权重将会被订制以适合目标供水系统。控制器30可以包括能被用户观察到的标记，以便给出关于压力室44内的供水压力情况的指示。从而，如图2所示，壳体部分3 可以包括窗口 170并且引导件M在其最外部的圆柱裙边59上可以包括通过窗口 170能看到的标记172。隔膜40/驱动件M装置如图6中所示定位时(也就是说压力室44内为正常压力时)，可见标记可以是绿色的；压力减小时，可见标记可以显示红色，例如隔膜40/引导件M装置如图5中所示定位时。可以想到根据本发明的实施方式的控制器30可以被用于“总管道增压”，即例如在总管道压力低或者无法接受地变化的情况下可与通向住户的总管道供水系统一起使用。 在利用上述的控制体系并且向压力室44施加总管道压力的情况下，只要总管道压力高于阈值接入值，泵就不会启动。然而如果压力下降到接入压力以下，那么根据压力变化率，泵将在易于增压供给压力的某一较低阈值下启动。上述的优选实施方式例示了初始总结的本发明的多种实施方式。这些概括描述的实施方式以及具体描述的优选实施方式除了本文具体描述的以外还容易改变、修改和/或增添，还应理解的是本发明在其全部各种实施方式中包括落入所附权利要求范围内的所有这种变化、修改和/或增添。
权利要求
1.一种控制器，所述控制器用于操作与供液系统相关联的泵，所述控制器包括压力单元，所述压力单元包括壳体，所述壳体具有用于与所述供液连接的入口以及用于将液体输送给用户的出口；控制电路，所述控制电路被安装在所述壳体上并且包括传感器；其中，所述压力单元与所述传感器在操作上相关联，使得所述传感器产生与所述压力单元内的压力相关的信号；并且其中，所述控制电路操作，从而根据由所述传感器产生的所述信号来确定所述压力单元中的压力变化率，以便根据所述压力变化率改变阈值压力值，所述阈值压力值是所述控制电路操作以接通泵从而使所述供液增压以便向用户输送时的压力值。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述压力单元包括在所述壳体内的隔膜，并且其中所述隔膜具有与该隔膜相关联的永磁体，所述传感器响应于所述永磁体。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述传感器是霍尔效应器件，所述霍尔效应器件产生与所述压力单元内的压力相关的可变电压信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制器，其中，所述供液系统具有关断水头压力，其中所述控制电路操作以接通所述泵时的可变阈值压力是关断水头压力的百分比， 即％。ut-in ；并且其中压力变化率即罟和％性相关、对数相关或者指数相关。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述％。ut_in和罟在最大％。ut_in(例如所述关断水头压力的90% )与最小％。ut_in(例如所述关断水头压力的30% )之间线性相关；并且其中，对于高于最大％。ut_in值的压力和低于最小％的压力而言，相应的％。ut_in值是常数。
6.根据权利要求4或5所述的控制器，其中，所述供液系统包括蓄液器，其中所述％ cut-in是罟和液体流率Q的函数，即，%CUt-ln = f (f ,Q)o
7.—种控制器，所述控制器用于操作与供液系统相关联的泵，以使所述泵使所述供液增压，所述供液系统具有关断水头压力，所述控制器包括压力单元，所述压力单元包括具有入口和出口的壳体，在所述壳体内具有隔膜，当供液与所述入口连接时，所述隔膜偏置以克服在所述入口与所述出口之间的供液压力，其中所述隔膜的偏置使得当所述壳体中的供液压力处于所述关断水头压力时，所述隔膜大致保持在一个位置(其中所述一个位置取决于所述关断水头压力并且对于不同供液系统中的控制器来说可不相同)；电路结构，所述电路结构承载着控制电路以便操作所述泵从而将液体供应到所述壳体并且通过所述壳体，所述控制电路包括传感器，所述传感器被安装在所述电路结构上，使得该传感器与所述隔膜在操作上相关联，用于当所述隔膜响应于所述壳体内的低于所述关断水头压力的液压而从所述一个位置移开时感测所述隔膜的位置；其中，当存在流经所述壳体的液流时，所述传感器向所述控制电路提供表示所述壳体内的液压的信号，以便当所述传感器提供表示所述壳体内的液压为低于所述关断水头压力的预定值的信号时，所述控制电路操作所述泵，使得供液压力被保持在距离所述关断水头压力的预定范围内。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述电路结构包括作为所述控制电路的一部分的液体流量传感器；其中，所述壳体包括孔并且所述电路结构被安装在所述壳体上，使得所述液体流量传感器暴露于从所述入口经过所述壳体到所述出口的液流；其中，所述液体流量传感器向所述控制电路提供流动信号，以识别有液体流经所述壳体，以便在所述泵在所述壳体内的液压为低于所述关断水头压力的所述预定值时通过液压降低启动之后，所述控制电路继续操作所述泵。
9.根据权利要求7或8所述的控制器，其中，所述传感器响应于来自于与所述隔膜相关联的磁体的磁场。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的控制器，其中，所述传感器使得该传感器根据所述隔膜的位置提供可变输出信号。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的控制器，其中，所述压力传感器是霍尔效应器件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的控制器，其中，所述壳体的所述入口包括用于防止逆向液流进入所述入口的阀。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中，所述阀包括可动的封闭件，当所述阀关闭时所述可动的封闭件与阀座相接触，其中所述可动的封闭件成形为使得在所述阀打开时流入所述壳体中的液流被朝向液体流量传感器弓I导。
14.一种控制器，所述控制器用于操作与供液系统相关联的泵，所述控制器包括压力单元，所述压力单元包括壳体，所述壳体具有用于与所述供液连接的入口以及用于将液体输送给用户的出口；电路结构，所述电路结构承载着控制电路以便操作所述泵从而将液体供应到所述壳体并且通过所述壳体，所述控制电路包括液体流量传感器；其中所述壳体包括孔并且所述电路结构被安装在所述壳体上，以使所述液体流量传感器暴露于所述壳体内的液体；其中所述壳体的所述入口包括阀，该阀用于允许液体从所述入口流入所述壳体并且防止液体从所述壳体逆流到所述入口中；其中所述阀成形为使得流入到所述壳体中的液流被朝向所述液体流量传感器引导；其中所述液体流量传感器向所述控制电路提供流动信号，以便识别存在流经所述壳体的液流。
15.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述压力单元的所述入口和所述出口处于一条直线上，并且所述壳体的所述孔横向地位于所述入口与所述出口之间，用于使被引导的液流经过所述液体流量传感器。
16.根据权利要求15所述的控制器，其中，所述可动的封闭件具有端部表面，所述端部表面是具有圆形顶点的大致锥形形状，用于从所述入口朝向横向定位的流量传感器引导液流。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的控制器，其中，所述电路结构是印刷电路板， 在所述印刷电路板上安装有传感器(例如霍尔效应器件)和流量传感器(例如基于热技术的结构)。
18.一种用于将液体输送给用户的供液系统所用的压力单元，供液具有关断水头压力， 所述压力单元包括具有入口和出口的壳体、所述壳体内的隔膜，当供液连接到所述入口时，所述隔膜偏置以克服所述入口与所述出口之间的供液压力；其中所述隔膜的偏置使得当所述壳体内的所述供液压力处于所述关断水头压力时所述隔膜大致保持在一个位置(其中所述一个位置取决于所述关断水头压力并且对于不同供液系统的控制器来说可不相同)并且当在所述壳体内的所述供液压力降低时所述隔膜从所述一个位置移开；其中所述隔膜在其未暴露至所述供液的侧面上与具有压力标记的可动件相关联；其中所述壳体包括窗口，并且所述窗口和所述可动件使得在所述隔膜处于所述一个位置时，表示所述关断水头压力的压力标记被暴露；并且在所述隔膜从所述第一位置移开时， 指示减小的压力的压力标记被暴露。
19.一种用于在具有关断水头压力的供液系统中加压供液的方法，所述供液系统包括用于使供液加压的泵，其中当供液压力下降到所述关断水头压力以下的阈值压力值时所述泵操作，所述方法包括以下步骤(i)确定所述供液系统的所述关断水头压力；( )测量由来自于所述供液的液流引起的供液压力的变化；(iii)根据步骤(ii)的测量值计算压力变化率；(iv)根据计算出的压力变化率改变所述阈值压力值以便操作所述泵；其中所述阈值压力值在压力变化率相对较大时增大，在压力变化率相对较小时减小。
全文摘要
一种用于操作与供液系统相关联的泵的控制器(30)。所述控制器包括压力单元，该压力单元包括具有液体入口(98)和液体出口(39，130)的壳体(34a，34b，34c)。所述壳体内的偏置(42)的隔膜(40)克服所述壳体内的所述入口与所述出口之间的液压。包括霍尔效应传感器的控制电路(50)被安装在所述壳体上并且借助与所述隔膜相关联的磁体(80)响应于所述隔膜(40)的移动。因此所述霍尔效应传感器产生与所述壳体内的压力相关的信号，通过该信号来确定压力变化率。阈值压力值是所述控制电路(50)操作以接通泵时的压力值，其根据压力变化率而改变。
文档编号F04C14/00GK102395794SQ201080016365
公开日2012年3月28日 申请日期2010年2月9日 优先权日2009年2月13日
发明者J·D·格雷沙姆 申请人:戴维水设备有限公司