流体分配器校准系统和方法

专利名称：流体分配器校准系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种流体输送系统，并且特别是涉及一种可以校准以便分配预定容积的流体的系统。
背景技术：
许多应用需要流体输送系统分配具有预定容积的流体单元。流体输送系统通常使用马达，其速度控制一次分配的流体容积。例如，蠕动流体输送系统包括以所选间隔挤压柔性管的转动辊子，由此沿着输出辊子推动大致相同容积的流体。马达控制辊子的转动速度，由此控制每次辊子挤压柔性管时分配的流体容积；马达速度越快，给定时间内输出流体的容积越大。
当系统开始安装时，或者当使用者希望改变操作参数时(例如，分配容积、分配速度等)，系统进行校准，以便每次分配所选容积的流体。通常，校准需要分配单个单元的流体，测量分配单元的容积，并通过例如手动调节控制马达速度的电位计来调整马达速度。这些步骤重复进行，直到系统分配具有所需容积的单元为止。由于现有技术系统需要手动反复调节以便获得每次的所需流体容积，校准变成费事、消耗人工的过程。
希望的是一种可以可靠地输送具有所需容积的测量流体单元而不需要在系统校准期间手动反复调节的流体输送系统和方法。还希望的是一种根据所需分配时间进行校准的校准系统和方法。

发明内容
本发明针对一种可以根据检测的流速自动校准流体分配系统的校准系统。本发明检测例如分配速度的实际流体分配特性，并自动调节分配特性以便与理想分配特性相配。通过根据一种函数控制流体分配的控制器进行调节。该函数将例如分配速度、分配容积以及分配时间的不同分配特性因素相关联。
在一个实施例中，致动器控制器根据固定时间周期内不同马达速度下获得的分配流体容积获得的函数来自动调节。这些信息用来计算校正量以便将实际速度校正到理想速度。校正量使得分配器改变其操作，使得在目标分配时间内分配目标流体容积，而不考虑初始实际速度。实际速度可开始通过检测获得目标容积所需时间周期来获得。该时间周期接着与该函数比较，以便检测实际速度并获得相对应的校正量。
用于校准的函数通过按照理想分配特性综合系统操作而使得校准自动进行，而不需要使用者通过反复手动方法校准系统。


图1是表示按照本发明一个实施例的流体分配系统的示意方框图；图2是表示用于按照本发明一个实施例的流体分配系统的校准方法的流程图；图3是在分配速度相对于固定时间周期内分配流体容积的曲线；图4是分配速度校正量相对于在与校正量相对应的速度下分配固定流体容积的时间周期的曲线。
具体实施例方式
图1是表示按照本发明一个实施例的流体分配系统100的示意方框图。系统100包括流体分配器104(例如蠕动泵)、马达106或操作流体分配器104的其它致动器以及控制马达106速度的控制器。控制器108可以是任何公知的处理器、致动器控制器和/或马达控制装置，该控制器可以经由例如脉冲宽度调制信号、可变电压信号等产生的控制信号调节马达或致动器速度。马达速度的变化将改变分配器108的操作速度。
在一个实施例中，控制器108包括致动器控制器109以及能够存储流体分配时间、相应马达速度和/或分配速度以及与分配速度、时间和容积相关的函数或算法的数据的存储器110。注意到存储器110不需要必须是控制器108的一部分；存储器110可以是结合在系统108任何地方的任何数据存储装置，只要存储器与致动器控制器109通讯即可。
调节马达速度可以调节流体分配器104的流速，由此改变分配器104给定时间周期内输出的流体容积。控制器108可以改变马达速度以及流体分配器104的流速，而不需要手动反复调节。
在一个实施例中，系统100还包括使得使用者手动启动并停止流体分配的流动开始/停止开关。图2是表示图1系统开始设置以便进行自动校准的一种方式的流程图。使用者通过启动开关110(方框150)来开始流体流动，并使得流体流入校准容器(方框152)。当分配流体到达所选择的参考容积(例如1盎司)时，使用者经由开关110停止流体流动(方框154)。控制器108或其它处理装置记录获得参考容积的逝去时间(方框156)。由于参考容积、分配参考容积的时间(即参考时间)以及理想或实际马达速度是公知的(根据施加在马达上的输入电压)，可以计算给定马达速度下的参考流速(方框158)。与根据分配容积和所需容积之间的差别反复调节马达速度相比，以此方式计算参考流速更加简单，这是由于参考流速可从使用者单个控制分配操作中获得。
在一个实施例中，在分配的流体容积和马达速度之间具有大致线性的关系。这种关系使得控制器108通过用与给定参考容积的实际分配时间和目标分配时间之间差别成正比的比例因数校正校准期间使用的马达速度来计算校正马达速度。
在一个实施例中，控制器108可使用补偿器来补偿给定马达特定特性中的任何非线性(例如，流速、通过控制器108施加在马达106的控制电压、系统变化、载有流体的导管的变化、导管磨损等之间的关系)以及流体本身的变化(例如流体粘度)。补偿器可以是例如闭合回路的回路构造，或者结合到控制器108所实施的函数内。不考虑特定方式，补偿器结合到系统100内，补偿器用作校准因数，以便保持马达特性的线性，并保持自动校准的精度。
图3和4以及下面的表1表示获得校准控制器108所使用转移函数的一种方法。注意到控制器108使用的函数可通过下面描述的方法以外的方式确定。另外，根据所需马达速度调节，函数可以是线性函数，或者甚至是简单的正比因数。在一个实施例中，流体样品在例如目标时间周期(例如7秒)的特定时间周期内分配。表1表示分配速度和目标时间周期内分配的流体容积之间的关系。出于说明目的，表1所示的数据只用来解释本发明系统的操作，而不以任何方式作为限制。
表1

实际分配速度和分配容积接着与参考分配速度(例如3.81V)和参考分配容积(1盎司)进行比较，并且根据实际分配速度和参考分配速度之间的差别计算速度校正量。接着计算实际分配速度下分配1盎司的时间周期。例如，如果实际分配速度是5.75V，并且在此速度下在7秒内分配1.53盎司，那么速度校正量是1.94V(即需要从5.75V的实际速度中减去1.94V来获得理想速度3.81V)。另外，如表1所示，5.75V的分配速度将在4.57秒内分配1盎司。
表1所示的数据可如图3和4绘制，其中根据该曲线使用公知程序自动产生转移函数。图3是分配速度相对于固定目标时间内分配的流体容积的曲线，而图4是校正量相对于在与校正量相对应的速度下分配1盎司所需的时间的曲线。
从以上获得的数据中，控制器108可自动计算并调节马达速度以便在使用者将目标分配时间输入到系统100内时产生所需流体容积。更特别是，图2表示的初始校准顺序为系统100提供参考流速和初始分配时间。由于对于大多数应用来说目标分配时间是公知的，以本发明的方法调节并校准马达速度确保流体分配器104将能够在所选择的目标分配时间(例如7秒)内分配所需的流体容积。
例如，如果流体将用来与具有给定流速的另一材料混合，初始校准步骤在校准期间提供可以和其它材料的流速协调的参考流速。如果流体流速需要增加或减小以便与其它材料的流速协调，参考流速提供用于确定流速和用于该特定流体的分配速度之间线性关系以及用于确定与其它材料分配时间相对应的目标流体分配时间的参照点。根据所述信息，控制器108可确定在目标分配时间内输出目标流体容积的适当速度。
使用图3和4所示形成的函数，控制器108在初始校准过程中输入由控制器108测量的时间以便确定需要调整多少马达速度以便在目标时间内分配参考容积。例如，如果在图2所示的校准过程中，在4.57秒内分配1盎司流体，表示出分配速度是5.75V，比理想速度3.81V高1.94V。控制器108接着将分配速度自动减小1.94V，使得在7秒的目标时间内分配1盎司。控制器108将由此造成马达106收敛于理想速度，在目标时间内分配目标容积，而不考虑图2的校准步骤中的马达初始速度。
因此，不依赖反复手动调节来校准马达106以及分配器108，系统100根据在初始校准过程中分配固定流体容积所花费的时间来检测所需调节量(图2)。例如，给定所选择的目标分配时间，控制器108可计算目标时间和参考时间之间的差别，并接着改变马达速度与计算差别的大小成正比的量。特定比值取决于马达、流体和/或所使用导管的特定性能。本领域普通技术人员将能够经由实验和误差确定用于给定系统的校正比例因数，而不过多进行实验。由于理想或实际马达速度是公知的，可以确定马达速度和分配时间之间的关系。因此，控制器108可自动确定分配速度以及马达速度偏离目标速度有多少，并相应调节马达速度。
例如，如果使用者想要在较短时间内分配所选择的流体容积，马达速度能够对于给定流体容积根据反映马达速度和分配时间之间关系的转移函数进行自动调节。由于控制器108使用的转移函数使得分配器速度、分配时间以及分配容积相关联，本领域普通技术人员能够确定可以用于自动校准流体分配器104的其它方式(例如按照固定分配容积、特定马达速度以及目标分配时间校准)，而不偏离本发明的范围。控制器108内存储的函数或算法使得马达速度自动调节，以便根据在初始校准步骤中获得单个参考流速来满足任何所需操作性能(图2)。
将理解到在实施本发明的过程中可以采用这里描述的本发明实施例的不同变型。所打算是以下权利要求限定本发明的范围，并且由此覆盖这些权利要求及其等同概念范围内的方法和设备。
权利要求
1.一种流体校准系统，包括流体分配器；连接到流体分配器上并控制流体从流体分配器输出的致动器；以及连接到致动器上的致动器控制器，其中致动器控制器根据实际分配特性和理想分配特性之间的差别并按照一个函数自动调节致动器。
2.如权利要求1所述的流体校准系统，其特征在于，致动器是马达。
3.如权利要求1所述的流体校准系统，其特征在于，致动器控制器使用的函数使得流体分配时间、分配速度以及分配容积相关。
4.如权利要求3所述的流体校准系统，其特征在于，致动器控制器使用的函数从多个分配速度下的多个分配容积中获得，其中每个分配速度与所述多个分配容积中的一个分配容积相对应。
5.如权利要求4所述的流体校准系统，其特征在于，致动器控制器使用的函数是分配速度校正量和用于分配目标分配容积的计算分配时间之间的关系，其中每个所述多个分配速度具有对应的分配速度校正量和计算分配时间。
6.如权利要求5所述的流体校准系统，其特征在于，实际分配特性和理想分配特性分别是实际分配速度和理想分配速度，并且其中致动器控制器根据实际分配速度选择分配速度校正量，并根据分配速度校正量自动调节致动器，以便获得理想分配速度。
7.如权利要求6所述的流体校准系统，其特征在于，实际分配速度通过获得目标分配容积而获得的逝去时间来确定。
8.如权利要求1所述的流体校准系统，其特征在于，实际分配特性和理想分配特性分别是实际分配速度和理想分配速度，并且其中致动器控制器通过确定实际分配速度和理想分配速度之间的差别来调节致动器，并将致动器从实际分配速度自动调节到理想分配速度。
9.如权利要求1所述的流体校准系统，其特征在于，实际分配特性和理想分配特性分别是实际流速和理想流速。
10.如权利要求1所述的流体校准系统，其特征在于，还包括驱动器控制器可访问的存储器。
11.如权利要求10所述的流体校准系统，其特征在于，致动器控制器和存储器一起形成控制致动器的控制器。
12.一种流体校准系统，包括流体分配器；连接到流体分配器上并控制流体从流体分配器输出的马达；以及连接到致动器上的马达控制器，其中马达控制器根据实际分配特性和理想分配特性之间的差别并按照取决于至少一种流体分配时间、分配速度以及分配容积的函数自动调节马达，其中实际分配速度通过获得目标分配容积而获得的逝去时间来确定；以及马达控制器可访问的存储器。
13.如权利要求12所述的流体校准系统，其特征在于，马达控制器使用的函数从多个分配速度下的多个分配容积获得，并且是分配速度校正量和用于分配目标分配容积的计算分配时间之间的关系，其中每个所述多个分配速度具有相应的分配速度校正量和计算分配时间。
14.如权利要求13所述的流体校准系统，其特征在于，致动器控制器根据实际分配速度选择分配速度校正量，并根据分配速度校正量自动调节致动器，以便获得理想分配速度。
15.一种校准流体分配系统的方法，包括检测通过致动器控制的流体分配器的实际分配性能；确定实际分配性能和理想分配性能之间的差别；以及根据确定的差别并按照取决于至少一种流体分配时间、分配速度以及分配容积的函数控制致动器，以便获得理想分配特性。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，检测实际分配特性的过程包括检测获得目标容积的逝去时间。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括确定分配速度校正量和用于分配目标分配容积的计算分配时间之间的关系，以便获得该函数，其中每个所述多个分配速度具有相应的分配速度校正量和计算分配时间。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，实际分配特性和理想分配特性分配是实际分配速度和理想分配速度。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，实际分配特性和理想分配特性分配是实际流速和理想流速。
全文摘要
一种校准流体的系统和方法检测例如分配速度的实际流体分配特性，并自动调节分配特性以便和理想分配特性相配。通过控制器(108)进行调节，控制器根据使得分配速度、分配容积和分配时间相关联的函数控制流体分配。通过将系统操作集中于理想分配特性，该函数使得校准自动进行，而不需要使用者通过反复手动方法校准系统。
文档编号G01F11/12GK1695009SQ02829802
公开日2005年11月9日 申请日期2002年10月23日 优先权日2002年10月23日
发明者J·J·斯科尔达托, J·J·迈纳德, R·罗亚迪 申请人:开利商业冷藏公司