专利名称：智能型称重式流量计及测量控制方法
技术领域：
本专利属于高精度的可连续的液体流量检测与控制技术。
(二)
背景技术：
在混料进入反应器及混合槽等设备时，需要对液体进行高精度流量检测 与控制，以控制产品质量。目前高精度液体流量检测有质量流量计，超声波 流量计，电磁流量计等，但是造价昂贵，微流量检测误差大且无流量控制。 失重式流量计流量检测误差小，但是输出控制必须与注塞泵(计量泵)配合， 流量输出有脉动成分，没有形成连续稳定的流量控制对于混料等要求严格均 匀的场合有影响。其二是对称重桶加液期间失去了对流量的测量，测量控制 处于盲区。其三是加液排液时称重桶液位变化大，计量泵入口压力发生较大 变化，对流量控制精度产生影响。其四对于强腐蚀液体注塞泵(计量泵)密 封部件容易腐蚀，影响流量控制精度且维护量增加。专利号为
CN200310109683采用计量管道与传输管道之间用软管连接，在计量管道的下 方安装称重传感器，在计量管道端口安装数字流量计的方式，用重量与流量 来换算计量。此方法用动态称量法测量，精度比不上静态称量法。专利号为 CN200510131200采用液体储罐整体用称重传感器支撑，储罐出口安装调节 阀，用失重法测量流量。此方法存在着储罐及储存液体整体重量大，由于称 重传感器及测量系统分辨率有限，用于小流量场合加料误差大并且储罐加液 体时测控处于盲区。
(三)
发明内容
本发明提供一种检测控制精度高，可用于强腐蚀液体的流量控制器。采 用称重与失重两种方式测量流量。图l输入有缓冲桶(14),来至进液电磁 阀(15)前高位槽(泵)压力的变化对流量的影响可以有效的予以消除。输 出采取步进式电动执行器控制流量的方法来实现液体流量的连续稳定控制， 流量无脉动成分。运用失重自修正算法进行跟踪曲线修正，可实现流量累积 误差趋近于零。本发明由(图l)缓冲桶(14)、进液电磁阀(15)、干簧管 (16) (17)、磁性浮子(18) (19)组成进液恒体积控制。称重显示器(1) 称重传感器(6) (7)称重桶(8)组成高精度称重控制，测重分辨率可达
1/50000。智能控制器(2)控制进液电磁阀(15)进液，当磁性浮子(18) (19)液位上升至缓冲桶(14)外与干簧管(16) (17)平齐时，干簧管闭 合发出信号给智能控制器(2)控制进液电磁阀(15)停止进液。当称重桶 (8)液位低于下液位(图3) Wl时，智能控制器(2)控制放液电磁阔(4) 使缓冲桶(14)放液，开始给称重桶(8)加液。当称重桶(8)液位上升后， 此时歩进电动执行器(5)阀出口流量增加，步进电动执行器开始逐渐回关， 以保持流量不变。当缓冲桶(14)放完液后，称重桶(8)加液停止。放液 电磁阀(4)闭合，进液电磁阀(15)打开给缓冲桶(14)进液，缓冲桶(14) 进液满后等待，如此循环。当称重桶(8)液位开始下降后，此时步进电动 执行器(5)阀出口流量减少，步进电动执行器(5)阀开始逐渐打开，以保 持流量不变，直到下液位结束。周而复始。步进电动执行器(5)阀回关速 率与打开速率与称重桶(8)液体重量上升速率与下降速率平方根正好相等， 使流量控制成一条平稳的直线。
本发明液位下降时用失重法测得流量，而液位上升时可用称重法测得流 量，弥补了液体失重式流量计的不足。
本发明适用于对敞口容器的加液流量测量控制。
图l，系统组成称重显示器(1)、智能控制器(2)、上位计算机(3)、 放液电磁阀(4)、步进电动执行器(5)、称重传感器(6) (7)、称重桶 (8) 、 RS485信号电缆(9)、称重传感器信号电缆(10)、控制电磁阀信号 电缆(11)、控制步进电动执行器信号电缆(12)、出液管(13)、缓冲桶 (14)、进液电磁阀(15)、干簧管(16) (17)、磁性浮子(18) (19)、 干簧管信号电缆(20)、两位电磁阀信号电缆(21)、进液管(22)。
图2， (W，L)重量、步进电动执行器阀杆位移变化曲线图。(1)为设定 的理想曲线。(2)为流量正偏差曲线。(3)为流量负偏差曲线。
图3，重量变化曲线图0-tl为称重桶(8)加液时间，重量上升曲线。 tl-t2为称重桶(8)单独排液时间，重量下降曲线。Wl为重量下限，W2为重 量上限。
图4，智能控制器系统电路原理接线图单片机釆用TA89C51。液晶显示
器采用LC1621。 DCF1， DCF2为进放液电磁阀线圈。A， B， C为三项步进动执 行器电机绕组。RS485采用MAX485芯片。SX， XX来自称重显示器上限下限报 警触点，GH来自缓冲桶干簧管触点，SS， XJ， QD， TZ为智能控制器面板按钮。 具体实施例方式
在图1中，称重桶(8)为敞口方式，步进电动执行器(5)阀出口为自由 出流。设步进电动执行器(5)阀出口至称重桶(8)液面高为h，步进电动执 行器(5)阀流通截面为A，通过阀的流量根据托里拆里(E. Torricelli， 1644) 公式有
<formula>formula see original document page 5</formula>(a) 其中^称为流量修正系数。
设步进电动执行器(5)阀杆位移量L增减与阀流通截面A增减成线性关系
A=kL
k比例系数。 (a) (b)合并有<formula>formula see original document page 5</formula> (b)
设称重桶(8)液面高度h增减与重量W增减成线性关系
h=cW
c比例系数，与称重桶(8)截面积有关。 则有<formula>formula see original document page 5</formula>设 <formula>formula see original document page 5</formula> 则有
<formula>formula see original document page 5</formula> (d)
(d)式中kl为常数。
由(d)式可见，要保持流量Q不变，当重量W增加或减少时，步进电动执行器 (5)阀杆位移量L按照重量W的平方根比例减少或增加。在(d)式中，如果 已知重量W和阀杆位移量L，则可计算出流量Q。
图l中进液电磁阀(15)和放液电磁阀(4) 口径一般设置比较粗，可以
短时间加满缓冲桶(14)，短时间由缓冲桶(14)放液至称重桶(8)。缓 冲桶(14)'放液结束后，放液电磁阀(4)关闭，进液电磁阀(15)打开， 流满缓冲桶(14)后关闭，等待放液。称重桶(8)出口排液流量由步进电 动执行器(5)控制，继续排液直到称重桶(8)重量达到下限W1时，重新启 动放液电磁阀(4)使缓冲桶(14)放液至称重桶(8)，如此循环。
图3所示了称重桶(8)重量变化曲线。由于有缓冲桶(14)，来至进液 电磁阀(15)前高位槽(泵)压力的变化对流量的影响可以有效的予以消除， 进一步提高了流量控制精度。智能控制器(2)控制步进电动执行器(5)精 确跟踪曲线变化，回关或开大阀位。步进电动执行器(5)阀回关速率和打 开速率与称重桶液体重量上升速率和下降速率的平方根相等，使流出流量不 变。
图2中根据实验法测得设定理想(W， L)曲线(1)，存储于智能控制器 AT89C51单片机内存中。重量下降周期根据失重法测量实际流量，重量与步 进电动执行器阀杆位移量L，并求出本次的重量W与阀杆位移量L对应(W， L) 曲线，以与设定理想(W， L)曲线比较。如果本次正偏差曲线(2)，则下 次修正到负偏差曲线(3)，如此交替并偏差修正值不断减小，趋于设定理 想值。经过动态正负不断修正使累积误差趋于零。
智能控制算法由图4中单片机AT89C51完成。智能控制器(2)所需的来自 称重显示器(1)的重量数据由单片机AT89C51通过RS485通讯接口MAX485读 取。计算的瞬时流量累积流量由液晶显示器LC1621显示，并由单片机AT89C51 通过RS485通讯接口MAX485传输到上位计算机(3)显示记录存盘。
称重显示器(1)智能控制器(2)上位计算机(3)可互相通讯。上位计 算机(3)可显示称重桶(8)重量、瞬时流量、累计流量、流程动画画面与 修正设定理想曲线等。
权利要求
1智能型称重式流量计及测量控制方法，它包括缓冲桶、进液电磁阀、干簧管、磁性浮子、称重传感器、称重显示器、称重桶、智能控制器、放液电磁阀、步进电动执行器、上位计算机。其特征是智能控制器根据干簧管，磁性浮子信号控制进液、放液电磁阀对缓冲桶间断性恒定体积进液、放液。称重桶将来自缓冲桶恒定体积进液由称重传感器、称重显示器、智能控制器、步进电动执行器控制下连续稳定无脉动流出。
2.由权利要求1所述的智能型称重式流量计及测量控制方法，其 特征是由缓冲桶、进液电磁阀、干簧管、磁性浮子组成间断性进液缓冲系 统，每次进液的体积恒定。
3.由权利要求1所述的智能型称重式流量计及测量控制方法，其 特征是称重桶由两个称重传感器支撑，智能控制器根据称重信号，计算输 出控制安装在称重桶出口的步进电动执行器调节流量。
4.由权利要求1所述的智能型称重式流量计及测量控制方法，其 特征是流量误差控制是利用失重法测得(W， L)曲线与设定理想(W， L) 曲线比较，如果本次正偏差，则下次修正到负偏差，如此交替并修正偏差值 不断减小。经过动态正负不断修正使累积误差趋于零。
5.由权利要求1所述的智能型称重式流量计及测量控制方法，其 特征是加液时重量上升段流量Q值计算方法是根据利用重量下降段失重法测得的(W， L)曲线，测得上升段重量W与步进电动执行器阀杆位移量L的 值，算出重量上升段流量Q值，既2= k11-,。
6.由权利要求1所述的智能型称重式流量计及测量控制方法，其 特征是智能控制器是由单片机AT89C51完成。所需的来自称重显示器的重 量数据由单片机AT89C51通过RS485通讯接口读取，单片机计算出(W， L) 曲线与修正误差值输出控制步进电动执行器。
全文摘要
本发明提供一种检测控制精度高，可用于强腐蚀液体的流量控制器。采用称重与失重两种方式测量流量。输出采取步进式电动执行器控制流量的方法来实现液体流量的连续稳定控制，流量无脉动成分。运用失重自修正算法进行跟踪曲线修正，可实现流量累积误差趋近于零。本发明主要由缓冲桶，称重桶，进、放液电磁阀和称重显示器，智能控制器及步进式电动执行器阀组成。称重桶加液位时是由缓冲桶放液完成的。称重桶液位上升时电动执行器阀出口流量增加，步进电动执行器阀要逐步回关。当称重桶液位下降时，阀逐步打开，以保持流量不变。周而复始。步进电动执行器阀回关速率和打开速率与称重桶液体重量上升速率和下降速率平根正好相等，使流量控制成一条平稳的直线。
文档编号G01F1/76GK101382777SQ20071014739
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者磊 王 申请人:磊 王