用于泄漏检测和蒸汽锁的螺线管电流监控方法与流程

本申请要求2017年9月14日提交的、题为“用于泄漏检测和蒸汽锁的螺线管电流监控方法”的美国临时专利申请no.62/558,473的权益，该临时申请的内容整体通过引用结合在此。

本发明涉及检测计量泵的灌注损失状态的设备和方法。

背景技术：

计量泵通常用来使特定体积的液体在特定的时间移动以提供精确的流量。许多精密的计量泵使用柔性隔膜机构和逆止球构造将流体从源罐传输到工艺流体罐以便处理。在抽吸冲程期间，隔膜和逆止球通常创建将流体从源罐朝着泵的抽吸端提升到抽吸管中的负压场景。在排放冲程期间，隔膜和逆止球通常创建使流体朝着泵的排放端移动的正压差。经过管件的流体运动的量和速度主要取决于每个冲程循环期间的隔膜位移和隔膜在抽吸和排放位置之间的循环速率。这种计量泵能够泵送化学品、溶液或其他液体。

泵的最初灌注程序是用流体填充注射管件的过程。典型地，该过程需要花费若干泵送循环以在能够向工艺流体罐注射流体之前充分地填充管件。在一些情况下，隔膜计量泵会遭受到灌注损失状态，其中管件没有填满液体，空气或气体积累在腔中。在灌注损失状态期间中，管件中的压力真空会丢失，流体会从管件倒流回源罐中。这在低占空比(lowdutycycle)工作循环泵送应用中或者如果泵长时期关闭时尤其会出现。当系统失去灌注时，空气可被移除并替换以液体以经计量泵的抽吸/排放冲程重新灌注系统。然而，这种重新灌注需要人工干预，并且会是耗时的，并且会造成对工艺流体的处理不足。因此，需要提供一种更容易且更高效的检测计量泵的灌注损失状态的方法。

技术实现要素：

提供一种灌注检测功能以确定计量泵是否处于积极泵送流体的状态，从而防范处理不足状态。

在一种实施例中，一种检测泵送系统中的灌注损失状态的方法，可包括：对输送至致动泵送系统的泵的螺线管组件的电流的至少一个波形特征进行特征化；基于特征化的波形确定操作螺线管组件所需的选择电流值；测量输送至螺线管组件的电流；以及将测量的电流与选择电流值进行比较。至少一个波形特征可包括所测量的电流的形状、振幅、周期、噪音水平和斜率中的一者或多者。对至少一个波形特征进行特征化可包括：设定一选择泵负载从而以希望水平操作螺线管组件；测量输送至螺线管组件的电流以确定所述选择电流值；和将所测量的数据存储在控制组件中。当测量的电流在选择电流值以下时检测到灌注损失状态。当检测到灌注损失状态时，泵可启动灌注模式。灌注模式可包括以升高的速度致动泵达选择的时间量。当检测到灌注损失状态时，泵可通过选择停止泵和发出已出现灌注损失状态的警报中的一者或多者而在报警模式下操作。当测量的电流处于或高于选择电流值时，泵可继续正常操作。

在另一实施例中，一种操作包括用于致动泵的螺线管组件的泵的方法可包括：测量螺线管组件的电流；确定测量的电流是否超过选择电流值；以及基于测量的电流是否超过选择电流值来操作泵。如果测量的电流超过选择电流值，则泵可继续正常操作。如果测量的电流不超过选择电流值，则泵可启动灌注模式。可确定在以灌注模式操作泵之后测量的电流是否超过选择电流值。如果在以灌注模式操作泵之后测量的电流超过选择电流值，则泵可返回正常操作。如果在以灌注模式操作泵之后测量的电流不超过选择电流值，则泵可通过选择停止泵和发出已经出现灌注损失状态的警报中的一者或多者而以报警模式操作。

在另一实施例中，一种泵送系统包括：电子动力单元，其包括螺线管组件和阀瓣组件；隔膜，其联接到所述电子动力单元，其中所述隔膜能够操作以在隔膜通过所述电子动力单元致动时泵送流体；和控制组件，其与所述电子动力单元联接，其中所述控制组件能够操作以致动所述电子动力单元；其中，所述控制组件被编程为通过测量输送至螺线管组件的电流来检测泵送系统中的灌注损失状态。控制组件可被编程为通过比较测量的电流与致动螺线管组件所需的选择电流值来检测灌注损失状态。控制组件可被编程为基于是否检测到灌注损失状态来致动泵。控制组件可被编程为当检测到灌注损失状态时以最大容量致动泵。电流监控电路能够操作以测量输送至螺线管组件的电流。电流监控电路可包括电阻器，其中所述监控电路能够操作以测量经过所述电阻器供应至螺线管组件的电流。

前面已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优势，以更好理解下面的本发明的详细说明。本发明的另外的特征和优势将在下面描述，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当认识到，公开的概念和具体实施例可容易地用作改变或设计执行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等同的结构不脱离权利要求书记载的本发明的精神和范围。将从结合附图考虑的下面的说明更好地理解据信是关于其组织和操作方法的本发明的特征的新型特征以及进一步的目的和优势。然而，需要明确理解，每个附图均出于说明和描述目的提供，不意欲作为本发明的限制特征。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在参考结合附图给出的以下说明，其中：

图1a描绘了一种计量泵系统的原理图。

图1b描绘了处于灌注构造的图1的计量泵系统的原理图。

图2描绘了图1a的计量泵系统的计量泵的俯视透视图。

图3描绘了图2的计量泵的前视图。

图4描绘了沿着图3的线4-4截取的图2的计量泵的横截面图。

图5描绘了图2的计量泵的控制面板组件的分解图。

图6描绘了图5的控制面板组件的前视图。

图7描绘了沿着图6的线7-7截取的图5的控制面板组件的横截面图。

图8描绘了图2的计量泵的壳体组件的分解图，其中移除了电子动力单元(epu)组件。

图9描绘了图8的壳体组件的前视图，其中epu组件与壳体组件组装。

图10描绘了沿着图9的线10-10截取的图8的壳体组件的横截面图，其中epu组件与壳体组件组装。

图11描绘了图8的epu组件的俯视透视图。

图12描绘了图8的epu组件的螺线管组件的分解图，其中移除了阀瓣组件。

图13描绘了图8的epu组件的前视图。

图14描绘了沿着图13的线14-14截取的图8的epu组件的横截面图。

图15描绘了图12的阀瓣组件的后透视图。

图16描绘了图15的阀瓣组件的前分解视图。

图17描绘了图15的阀瓣组件的前视图。

图18描绘了沿着图17的线18-18截取的图15的阀瓣组件的横截面图。

图19描绘了图1a的计量泵系统可结合的另一计量泵的俯视透视图。

图20描绘了图19的计量泵的前视图。

图21描绘了沿着图20的线21-21截取的图19的计量泵的横截面图。

图22描绘了图1a的计量泵系统的横截面视图。

图23描绘了图1a的计量泵系统的灌注程序的原理图。

图24描绘了用于与图1a的计量泵系统一起使用的电流监控电路的原理图。

图25描绘了可通过图24的电流监控电路检测的马达电流波形的图示。

图26描绘了用于与图1a的计量泵系统一起使用的马达电流比较程序的示意图。

图27描绘了用于与图1a的计量泵系统一起使用的泵灌注检测程序的示意图。

图28描绘了可通过图24的电流监控电路检测的加载电流波形的图示。

图29描绘了可通过图24的电流监控电路检测的未加载电流波形的图示。

具体实施方式

现在参考图1a，描述一种使用计量泵的示例性系统。用于在特定时间泵送特定体积液体的计量泵系统10包括储存罐2、计量泵50和工艺流体罐8。计量泵50通过抽吸管件4与储存罐2流体联接，计量泵50通过注射管件6与工艺流体罐8流体联接。因此，计量泵50可被操作以在特定时间以希望的流量将流体从储存罐2泵送到工艺流体罐8，如图1b所示。泵50的最初灌注程序是用流体将管件4、6填充至如图1b所示的灌注状态的过程。典型地，该过程花费若干个泵送循环以在能够向工艺流体罐8注射流体之前充分地填充管件4、6。虽然可将任何类型的计量泵结合到计量泵系统10来泵送任何类型的流体(即，化学品、溶液、水等)，但下面更详细地讨论隔膜计量泵。

i.隔膜计量泵的实施例

图2-4示出了隔膜计量泵50的一种实施例。在所示的实施例中，计量泵50包括控制面板组件500，其联接到定位在壳体100内的电子动力单元(epu)组件300。下面将更详细地描述这些部件的每一个。

如图5-7最佳可见，控制面板组件500包括印刷电路板(pcb)组件520以选择性地控制泵50的致动。pcb组件520通过紧固件530联接到控制面板510的后表面。指针540、速度控制旋钮550、铭牌570和功率输入502定位在控制面板510的前表面上。在所示实施例中，铭牌570显示用于泵50的可调速度设定。指针540和速度控制旋钮550则定位在铭牌570上面并经过控制面板510用o形圈560联接到pcb组件520。因此，使用者可转动速度控制旋钮550来调节泵50的速度。指针540被构造成与速度控制旋钮550一起转动以在铭牌570上指示选择的速度设定。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白用于调节泵50的速度的其他合适构造。控制面板组件500还限定开口504以允许使用者调节泵50的冲程长度，这将在下文详细描述。功率源可与控制面板组件500的功率输入502连接以向控制面板组件500和/或epu组件300提供功率。在一些情况下，泵50是电池操作的，从而功率输入502仅仅是可选的。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白控制面板组件500的其他合适构造。

如图4和图8-10所示，泵50的壳体包括盖200，盖200用于容纳epu组件300并通过紧固件120联接到控制面板组件500的后表面。冲程长度调节螺钉130定位在控制面板组件500的开口504内，使得螺钉130的螺纹对应于开口504的螺纹。由此，使用者可经过开口504插入例如螺丝刀的工具来相对于控制面板组件500转动螺钉130，从而调节泵50的冲程长度。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白用于调节冲程长度的其他合适构造。epu组件300利用紧固件170、180、190与盖200联接并用o形圈140、150和密封件160密封在盖200的后表面处。标签110可任选地附着或联接到壳体100的表面以提供泵50的识别信息。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白壳体100的其他合适构造。

参考图11-14，epu组件300包括与螺线管组件302联接的阀瓣组件(clapperassembly)400。螺线管组件302包括插入极片330内的线圈320。线圈320通过接线380联接到控制面板组件500的pcb组件520。pcb组件520由此可向线圈320发送电能脉冲以选择性地激活螺线管组件302。例如，当线圈320被激活时，它通过极片330产生指向阀瓣组件400的磁场。因此，螺线管组件302被选择性激活以使阀瓣组件400相对于螺线管组件302向前和向后往复。在所示实施例中，至少一个弹簧和垫板组件310定位在阀瓣组件400和螺线管组件302之间以缓和阀瓣组件400对螺线管组件302的冲击。套管250也围绕阀瓣组件400的轴420定位以减小阀瓣组件400相对于螺线管组件302平移时的摩擦。

如图15-18最佳可见，阀瓣组件400包括阀瓣410，轴420和弹簧销430从阀瓣410的后表面向外延伸。轴420被构造成从壳体100延伸、经过螺线管组件302的开口和壳体100的密封件160。轴420由此相对于螺线管组件302往复以致动泵50的隔膜62。地线组件450通过紧固件440联接到阀瓣410。第一垫片460联接到阀瓣410的前表面且第二垫片470联接到阀瓣410的后表面以减小阀瓣410的摩擦和/或磨损。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白epu组件300的其他合适构造。

图19-21示出了计量泵750的另一实施例。计量泵750与上面描述的计量泵50类似，只是计量泵750包括数字控制面板组件600。如图20最佳可见，数字控制面板组件600包括定位在控制面板610的前表面上的lcd屏630和键盘640。lcd屏630可向使用者显示泵750的选择设定。lcd屏幕630可以是大约2.4英寸的彩色显示器，但也可以使用其他合适的构造。键盘640可用来实现和/或调节自动灌注程序设定。数字控制组件600还包括功率输入602、外部控制输入604和源罐输入606。功率输入602可用来将功率源与泵750联接。外部控制输入604可用来将外部控制与泵750联接以远程开始/停止和/或脉冲(pulse)计量泵750。源罐输入606可用来将泵750与源罐传感器联接以检测低液位和/或空的源罐2。因此，如果源罐2中的流体量不足，泵750可自动地停止致动。计量泵750可结合到图1a所示的计量泵系统10中。鉴于这里的教导，本领域普通技术人员将明白泵50、750的其他构造。

ii.隔膜计量泵的操作

如上面讨论的，计量泵50可以用来将流体从源罐2传输至工艺流体罐8以便处理。参考图22，隔膜计量泵50通常在第一压力将流体从源罐2抽到入口3，并在第二压力将流体排放经过出口5。在抽吸冲程期间，泵50产生将流体从源罐2朝着入口3或泵50的抽吸端提升到抽吸管4的负压场景。在排放冲程期间，泵50产生使流体朝着出口5或泵50的排放端运动的正压差。

在所示实施例中，泵50联接到泵室60且隔膜62定位在泵50和泵室60之间，使得隔膜62与阀瓣组件400的轴420对准。轴420由此致动隔膜62以产生导致泵室60内的压力改变的往复动作。泵室60包括入口3和出口5。入口3包括第一止回阀64并经抽吸管件4流体联接到源罐2。出口5包括第二止回阀66并流体联接到工艺流体罐8。术语“止回阀”应当理解为指具有被构造成允许流体在一个方向上经过并阻止相反方向上的流体流动的止回元件的阀。因此，第一止回阀64允许流体在抽吸冲程期间从流体源2进入泵室62并防止流体在压力冲程期间经入口3离开。第二止回阀66允许流体在压力冲程期间从泵室60朝着工艺流体罐8流动并防止流体在抽吸冲程期间经出口5摄入泵室60。

泵50的最初灌注程序是用流体填充管件4、6使得泵送系统10处于准备好积极地向流体工艺罐8注射流体的活动状态的过程。典型地，该灌注过程花费泵50的若干泵送循环以能够在向工艺流体罐8注射流体之前充分地填充管件4、6，如图20所示。

在一些情形中，泵50会遭受灌注损失状态，其中管件4、6的一部分或全部没有填充液体。这可由排空的流体、受损的隔膜、流体的挥发等造成。在灌注损失状态期间，管件4、6中的压力真空会失去，流体会从管件4、6倒流回源罐2。这会在系统10中有泄漏、低占空比泵送应用中或者如果泵长时期关闭时发生。当系统10中失去灌注时，系统10可通过致动泵50以使流体返回至充分水平来重新灌注。然而，这种重新灌注需要人工干预并且由于泵50的低冲程频率而会是耗时的。这会造成对工艺流体的处理不足，因为会有几分钟没发生适当的流体处理。

iii.计量泵中的灌注损失的自动检测

由于可能希望保持泵送系统10的管件4、6中的流体使得泵50处于灌注状态，因此通过监控螺线管组件302的电流来提供自动灌注检测功能。例如，监控电流馈送到接合螺线管组件302的线圈320可允许检测灌注损失。灌注损失的检测可触发灌注模式以使重新灌注泵送系统10所需的时间最小并使计量不足工艺流体的风险最小。这也可消除人工调节泵50以减轻灌注损失的需要，这是有益的，因为系统10通常在人工干预之前已经处于灌注损失状态。

图24示出了电流监控电路800的一种实施例，其包括功率源804、多个栅极驱动器802和电阻器806。功率可由功率源804供应至电路800。该功率源804可以是为泵50提供功率的相同功率源，或者可以是单独的功率源。功率源804由此向栅极驱动器802提供功率，栅极驱动器可放大电流以驱动螺线管组件302。由电流监控电路800供应的电流可通过控制面板组件500检测。在所示实施例中，电流在电阻器806和螺线管组件302之间通过模数转换器506测量，但也可使用电流监控电路800的其他合适构造。

出于说明目的，图25示出了可通过电流监控电路800检测的波形900的一个例子。该波形900具有可包括但不限于波形形状、周期a、振幅b、噪音水平c和d以及斜率e的波形特征。在所示实施例中，波形900包括正弦波形形状，其周期为大约20ms，振幅为大约6a。图25所示的噪音水平c、d为大约1a，其可随着时间监控。当然，波形900可具有不同的形状、周期、振幅和/或噪音水平和/或其他合适的波形特征。电路800可用来连续地或者针对选择的时间周期监控螺线管电流。

一旦电流波形900通过电路800检测，就可分析希望的波形特征以确定特征化或计算的波形。确定这种特征化波形的方法1000在图26中显示。例如，线圈320使螺线管组件302运动所需的电流取决于施加于隔膜62的背压。在液体从泵端排空并由空气替换时，造成灌注损失状态，施加于隔膜62和/或螺线管组件302的背压减小。在希望阈值以下，可能已经出现灌注损失状态和/或受损隔膜62。该选择的电流值可在泵50上可重复并可出于比较的目的特征化。

参考图26，为了特征化选择的电流值，泵50可被通电1002，可设定选择的泵负载1004以将螺线管组件302操作在希望的水平。接着，可使用上面描述的电流监控电路800测量螺线管电流1006。通过监控螺线管电流，可识别任何可重复的和/或取决于负载的波形特征。可存储测量的数据1008，例如通过控制面板组件500存储。随后可分析螺线管电流的波形特征。例如，可测量并存储波形的波形形状、周期、振幅、噪音水平和/或斜率以识别泵场景。不同的拓扑可能有不同的行为来识别未加载场景。从监控的波形，可例如通过控制面板组件500确定和存储用来在正常操作状态下操作螺线管组件302的电流的选择电流值1010。出于比较目的，可使用泵50的样本来特征化泵50的典型波形。因此，该选择电流值可以根据选择的泵负载来设定，以在希望的水平上操作螺线管组件302，并且/或者最小阈值电流可作为选择电流值来使用，以在最小泵负载下操作螺线管组件302。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白还有其他合适的方法来确定特征波形和/或选择电流值。

因此，可通过将测量的电流与特征化电流进行比较来检测灌注损失状态，使得泵50的操作可基于负载而改变。图27示出了用于检测这种灌注损失状态的一种方法1100。泵50可被通电1102，且螺线管电流可使用上面描述的电流监控电路800来测量1104。接着，可将测量的电流与特征化电流进行比较1106。例如，可比较像形状、周期、振幅、噪音水平和/或斜率的波形特征以确定测量的电流是否超过特征化波形确定的选择电流值。

例如，图28示出了加载泵送系统10的一种示例波形910。波形910的波形特征，像波形形状、周期a、振幅b、噪音水平d和/或斜率e，可被测量和存储以识别泵场景。该加载的波形910可具有大约1.5a的振幅b和大约300ms的周期a。图29示出了损失了灌注的未加载泵送系统10的一种示例波形920。其波形特征，像波形形状、周期a、振幅b、噪音水平d和/或斜率e，可被比较以确定测量的电流是否超过由基于加载波形910的特征化波形确定的选择电流值。该未加载波形920可具有大约1.2a的振幅b和大约300ms的周期a。因此，在该例子中，未加载波形920的振幅b相对于加载波形910的振幅b减小。未加载波形920的噪音水平d和斜率e还相对于加载波形910的噪音水平d和斜率e增加。这些波形改变可因此指示灌注损失状态。当然，也可使用像形状、周期、振幅、噪音水平和/或斜率的波形特征中的其他合适改变来指示灌注损失状态。

回头参考图27，如果测量的电流超过选择电流值，则泵50可继续正常操作1113。如果测量的电流值不超过选择电流值，可能已检测到灌注损失状态，泵50可进入灌注模式1108。因此，在尝试重新灌注泵送系统10时，控制面板组件500可在选择的时间量上使泵50的冲程速度最大。当然，也可使用其他合适的灌注模式。例如，泵50可在灌注模式期间以可调节的任何希望速度操作。泵50也可进入灌注模式任何选择的时间量，和/或直至电路800检测到灌注状态。这种灌注模式的其他例子在2017年11月28日提交的题为“automaticinitiationofprimingsequenceformeteringpumps”的美国专利申请no.15/824682中描述，该申请的公开内容通过引用结合于此。

在灌注模式之后，可再次比较测量的电流以确定测量的电流是否超过选择电流值1110。如果测量的电流超过选择电流值从而泵送系统10已经重获灌注，则泵50可回到预先编程的冲程速度并继续正常操作1113。如果在灌注模式之后，背压没增加从而测量的电流值不超过选择电流值，泵50可以报警模式操作，其中可停止泵和/或发出已出现灌注损失状态的警报。因为重新灌注系统10的尝试失败，灌注损失状态可能由于受损的隔膜造成。鉴于这里的教导，本领域技术人员将明白还有其他合适的方法来检测灌注损失状态。

虽然已经详细描述了本发明及其优点，应当理解，可以在不脱离权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种变化、替换和改变。而且，本申请的范围不意欲局限于说明书中描述的工艺、机器、制造、物质构成、方式、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员将从本发明的公开内容容易认识到的，根据本发明可以利用执行与这里描述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同结果的现在存在或以后开发的工艺、机器、制造、物质构成、方式、方法或步骤。因此，所附的权利要求书意图将这种工艺、机器、制造、物质构成、方式、方法或步骤包括在其范围内。