CN102616714B - 一种液体加注设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液体加注技术领域，具体涉及一种手持式的液体加注设备及其控制方法。本发明的液体加注设备包括控制装置和与之相连的加注机构，所述加注机构包括中空的加注本体，所述加注本体的内腔设有相互啮合的第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，所述第二椭圆齿轮的齿面上设有磁铁，靠近磁铁一侧的加注本体的内表面偏心位置处设有干簧管；所述控制装置包括集中控制模块和分别与之相连的管路通断控制模块、输入及显示模块、计量模块以及通讯模块。干簧管随着磁铁的靠近和远离实现吸合和断开，计量模块通过干簧管的通断实现计量。本发明计量精度高且可实现定量加注。

Description

一种液体加注设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及液体加注技术领域，具体涉及一种手持式的液体加注设备及其控制方法。

背景技术

液体加注在工业领域应用十分广泛，在不同的场合对加注系统的精度、可靠性和可操作性的要求不一。

本发明主要针对的是适用于液体流量比较小的场合的手持式液体定量加注装置，该设备通过手持式的设备进行液体加注。现有的技术方案的工作原理是：将待加注的液体盛放在一个容器内，液体在压力作用下流向加注管道，操作者通过控制管道上的阀门或者开关的开闭，来实现加注操作的开启和停止。在阀门或开关的位置，一般还装有液体流量表（有电子式和机械式两种）。这种方法有以下缺点：1、精度不高：现有的液体流量表主要是靠机械传动来实现计量，如水表是依靠水的压力推动叶轮旋转，叶轮再推动齿轮转动，齿轮上通过个位数齿轮与用于计数的十进制数齿轮实现传动。通过十进制数齿轮进行计数以获得齿轮旋转的圈数，从而实现计量。这种计量方式忽视了叶轮和流量表本体之间的液体渗漏，而且由于采用多个齿轮作为传动机构，各个传动机构之间会因长时间运转产生磨损，造成计数不准，形成累积误差，所以精度不高。机械配合的精度直接影响计量的精度，这种计量方式精度一般不高。2、不具备定量加注功能：这种装置计量的是开关打开后至开关闭合这段时间的液体流量，并不能实现定量加注。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种计量精度高且能够实现定量加注的液体加注设备及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种液体加注设备，包括控制装置和与之相连的加注机构，所述加注机构包括中空的加注本体，所述加注本体两端分别设有入口和出口；所述入口处设有开闭该入口的开关机构；所述加注本体的内腔设有相互啮合的第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，所述第二椭圆齿轮的齿面上偏心位置处设有磁铁，靠近磁铁一侧的加注本体的内表面上设有靠磁铁控制通断的干簧管；所述控制装置包括集中控制模块和分别与之相连的控制开关机构开闭的管路通断控制模块、输入及显示模块、计算液体流量的计量模块以及用来和外部计算机交换数据和控制指令信息的通讯模块；所述干簧管与计量模块连接。本发明通过采用干簧管来直接测量齿轮的旋转圈数，省略了现有技术中的多个传动机构，避免了现有技术中由于传动机构的磨损而导致的精度不高，大大提高了测量精度。另外，本发明通过在输入和显示模块输入一个设定值，并通过计量模块进行计量，到达设定值之后就由集中控制模块控制关闭开关机构，实现了定量加注的功能。

进一步的，所述加注本体的两端分别连接有入口管路和出口管路，所述入口和出口分别设于入口管路和出口管路的末端。管路的设置可以更加方便的与外部装置连接。

进一步的，所述出口处设有防滴漏装置，所述出口处设有防滴漏装置，所述防滴漏装置包括用于开闭出口的堵头和连接于堵头底部的第一中空管；第一中空管的下部插入有第二中空管，所述第二中空管的底端通过一环状的固定板固定于出口管路上，所述第二中空管的底端低于第一中空管的底端；所述第一中空管外壁上设有环状的限位板，所述限位板和固定板之间设有复位弹簧；所述第一中空管的侧壁上在限位板和堵头之间的位置处设有通孔；所述出口管路的末端为锥形，所述堵头形状与之匹配。在本发明中，将靠近出口的一端定义为上部，靠近入口的一端定义为下部。通过防地漏装置的设置，可以在本发明的设备停止工作之后，即可封堵出口，防止装置内残留的少部分液体出现滴漏现象。优选的，所述固定板和限位板为金属片，比如采用薄铝板。

进一步的，所述入口处的开关机构为固定于加注本体上并通过一电机驱动的机械伸缩机构，所述电机与管路通断控制模块连接。机械伸缩机构结构较为简单实用，成本低，操作方便，而且不易损坏。

进一步的，所述控制装置包括两种控制模式：自动计量模式和定量加注模式。通过选择相应的控制模式，即可实现相应的计量功能。

进一步的，所述计量模块设有调整计量参数以进行计量补偿的计量补偿模块。当集中控制模块发出指令去关闭加注机构入口处的开关机构时，需要一定的响应时间，在这段时间内，椭圆齿轮在液体的压力和惯性作用下仍然会旋转，并且旋转的圈数和液体压力有关，也就是说液体加注的误差随压力改变而改变。本发明专利可以通过测量干簧管产生的脉冲的频率来推算液体的压力大小，从而可以通过集中控制模块中内置的控制程序来计算该种压力下液体加注的误差，并反馈给计量补偿模块进行不同的计量补偿数值，这样集中控制模块可以提前发出指令关闭加注机构入口处的开关机构，指令在响应时间内的液体流量计入实际加注量，这样就会极大地减小误差，提高了计量精度。换句话说，本发明能够智能实时根据液体压力来调整测量参数，进行计量补偿，抵消了现有技术中由于液体压力不同导致齿轮和本体之间的不同液体渗流而产生的测量误差。

进一步的，本发明还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括依次连接的太阳能电池、充电模块以及可充电电池或超级电容，所述可充电电池或超级电容与控制装置连接。现有技术中的电子式计量装置通常是用干电池供电，电池使用寿命较短，需频繁更换，易造成环境污染。而本发明可以不用更换电池就能保证系统供电，十分绿色环保。

一种上述的液体加注设备的控制方法，所述控制装置包括两种控制模式：自动计量模式和定量加注模式，包括如下步骤：

步骤一，设备接入：加注机构的入口与装有待加注液体的容器，出口与待加注装置连接；

步骤二，模式选择：通过输入及显示模块选择控制模式；如果是选择定量加注模式，需输入一个流量设定值；

步骤三，开启加注：手动或者由集中控制模块控制管路通断控制模块打开加注机构入口处的开关机构；

步骤四，液体计量：集中控制模块控制计量模块在入口打开的同时开始计量液体的流量； 

步骤五，加注完成：在自动计量模式下，当手动或者由集中控制模块控制管路通断控制模块关闭加注机构入口处的开关机构时，加注操作结束，加注的液体量在输入及显示模块显示；在定量加注模式下，当计量模块测得的液体的流量达到所述流量设定值时，由集中控制模块控制管路通断控制模块关闭加注机构入口处的开关机构。

所述步骤四中液体流量的计量方法为：液体进入加注本体内腔时，第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮在液体压力的推动下同时转动，液体被挤向出口；第二椭圆齿轮上的磁铁会同时随第二椭圆齿轮做圆周运动，磁铁上方的干簧管由于磁铁的靠近和远离不断地吸合和断开，在电路里产生连续的脉冲，计量模块通过测量脉冲频率和数量计算第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮旋转的圈数，得到液体的流量。通过齿轮转动发送脉冲的方式来测量液体流量，结构简单可靠。

进一步的，所述计量模块还包括计量补偿模块，在所述步骤四中，还包括计量补偿步骤，具体为：计量补偿模块根据第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮的不同转速得到的不同脉冲宽度，来判断液体压力的大小，根据液体压力的不同进行计量补偿。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明的液体加注设备及其控制方法，通过特别设计的加注机构，通过干簧管的通断产生的脉冲来测量液体流量，以及采用控制装置的自动化控制，提高了测量精度。另外，通过设置了计量补偿模块，可以根据齿轮的转速来调节不同的计量参数，进行计量补偿，进一步降低了测量误差，提高了计量精度，实现了精确计量液体的流量的目的。本发明还能够根据需要进行定量加注，只需要预先输入流量设定值，即可实现自动定量加注。另外，本发明设有太阳能供电模块，能够持续供电，无需像现有技术那样频繁更换电池，绿色环保。

附图说明

图1为本发明实施例的液体加注设备的结构框图；

图2为本发明实施例的液体加注设备的加注机构结构示意图；

图3为图2中A处放大图；

图4为本发明实施例的太阳能供电模块结构示意图；

图5为本发明实施例的液体加注设备的控制方法流程图；

图6为图5中计量补偿模块的控制流程图；

图7为电机驱动模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为本发明的液体加注设备，包括控制装置和与之相连的加注机构，控制装置包括集中控制模块11和分别与之相连的管路通断控制模块14、输入及显示模块15、计量模块12以及用来和外部计算机交换数据和控制指令信息的通讯模块13。管路通断控制模块14和计量模块12均与加注机构连接。计量模块12还设有计量补偿模块。

加注机构的具体结构如图2和3所示，加注机构包括中空的加注本体2，加注本体2两端分别连接有入口管路和出口管路，入口管路和出口管路的末端分别是入口31和出口32。入口管路和出口管路的末端指的是这两个管路背离加注本体方向的端部。入口处设有开闭该入口的开关机构7，本实施例的开关机构7为通过电机控制的机械伸缩机构7，机械伸缩机构7固定于入口管路上，电机与管路通断控制模块14连接。管路通断控制模块14是根据集中控制模块11发出来的信号，控制电机的正反转，从而控制机械伸缩机构7的伸出或收回从而关闭或开启入口管路，具体在后面详述。加注本体2的内腔设有相互啮合的第一椭圆齿轮41和第二椭圆齿轮42。为了配合这两个椭圆齿轮的形状和结构，同时最大限度的节约空间，加注本体2的内腔设置为椭圆形或近似椭圆形。第二椭圆齿轮42的齿面上偏心位置处设有磁铁5，靠近磁铁5一侧的加注本体的内表面上设有干簧管（图中未示出）。干簧管与计量模块12连接。磁铁5不能设于第二椭圆齿轮42中心，而必须设于非中心的位置，这样才能保证磁铁5跟随第二椭圆齿轮42旋转时，与干簧管的距离在周期性的发生变化，时近时远。距离近的程度要保证干簧管的接点能够吸合，距离远的程度要保证干簧管的接点能够断开，这样干簧管才能随着磁铁位置的变化而不断吸合与断开，进而在电路中产生脉冲。本实施例中的磁铁只有一个，但是也可以设置两个或者多个。如果设置两个，则可以设于第二椭圆齿轮42相对称的两个偏心位置上，即在本实施例的基础上，在第二椭圆齿轮42上与磁铁5相对称的位置再设置一个磁铁。

如图3放大图所示，本发明的加注机构在出口处设有防滴漏装置6，为了便于描述，将出口32的位置定义为“上方”，入口31的位置定义为“下方”。但本发明的液体加注设备在使用时并非限于这样的放置方式，可以沿任何方向放置使用，比如水平，倾斜或者将入口置于上方等。防滴漏装置6包括用于开闭出口的堵头61和连接于堵头61底部的第一中空管63，第一中空管63的下部插入有第二中空管64，第二中空管64的底端通过一环状的固定板65固定于出口管路上。第二中空管64的底端低于第一中空管63的底端，以预留出第一中空管63向下移动的空间。第一中空管63外壁上设有环状的限位板62，第一中空管63的侧壁上设有通孔631，通孔的位置是在限位板62和堵头1之间，以确保从第二中空管流入第一中空管的液体，能够从该通孔631流出后作用于限位板上，下压限位板以打开出口。限位板62和固定板65之间设有复位弹簧66，以使得堵头61在下移之后能够自动复位以重新堵住出口。复位弹簧可以直接放置在限位板和固定板之间，为了作用力均匀，可以对称的放置两条或均布的放置更多条。当然，优选的，复位弹簧66是套设于第一中空管63上。限位板62可以是薄铝板或者其他金属薄片，主要是起到限定弹簧位置的作用。固定板65也可以选用薄铝板或其他金属薄片，其可以与第二中空管64一体成型而成，也可以通过焊接等方式与第二中空管64固定连接，只要能够将第二中空管64固定于出口管路上即可。出口管路的末端为锥形，堵头61形状与之匹配。其中第一中空管63和第二中空管64为中空的钢管，为了确保第二中空管64顺利插入第一中空管63内，并保证第一中空管63可以沿第二中空管64顺畅移动，显然第一中空管63的内径须大于第二中空管64的外径。

上述防滴漏装置6的工作原理是：在非工作的初始状态时，加注本体2的内腔里没有液体，限位板62上表面没有液体压力，复位弹簧66自然伸展，推挤着限位板62的下表面使得堵头封住出口32。当机械伸缩机构7受到电机控制打开入口31时，液体通过第二中空管64流入第一中空管63，再通过第一中空管63侧壁上的通孔631流出并推动限位板62压缩复位弹簧66，带动堵头61向复位弹簧66压缩的方向活动，从而打开出口32。当机械伸缩机构7受到电机控制关闭入口31时，加注本体2的椭圆内腔里的液体压力减小，复位弹簧66自然伸展，从而推动限位板62带动第一中空管63上移，进而堵头61也随之上移堵住出口32，防止液体滴漏。

本发明还包括太阳能供电模块，如图4所示，太阳能供电模块包括依次连接的太阳能电池81、充电模块82以及可充电电池83，可充电电池83与液体加注设备的控制装置连接。太阳能电池能81在较微弱的光照下发出电能，当本发明的液体定量加注设备没有使用时，太阳能电池储存的电能向可充电电池83充电；当加注系统被使用时，太阳能电池81和可充电电池83同时向系统供电。由于本发明的液体加注设备的耗能较小，使用本发明中的太阳能电池即可以保证系统供电，这样在系统寿命期内不需要更换电池，十分节能环保。本发明中的可充电电池还可以采用超级电容来替代，作用相同。

本发明的控制装置包括两种控制模式：自动计量模式和定量加注模式，上述的液体加注设备的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，设备接入：加注机构的入口31与装有待加注液体的容器，出口32与待加注装置连接；

步骤二，模式选择：通过输入及显示模块15选择控制模式；如果是选择定量加注模式，需输入一个流量设定值；

步骤三，开启加注：手动或者由集中控制模块11控制管路通断控制模块14打开入口；

步骤四，液体计量：集中控制模块11控制计量模块12在入口打开的同时开始计量液体的流量，并通过计量补偿模块进行计量补偿；

步骤五，加注完成：在自动计量模式下，当手动或者由集中控制模块11控制管路通断控制模块14将机械伸缩机构7伸出以关闭入口31，加注操作结束，加注的液体量在输入及显示模块15显示；在定量加注模式下，当计量模块12测得的液体的流量达到流量设定值时，由集中控制模块11控制管路通断控制模块14将机械伸缩机构7伸出以关闭入口31。

出于节约能源的考虑，入口的开启一般是采用手动方式操作机械伸缩机构7。在自动计量模式下，通常通过手动操作机械伸缩机构7关闭入口，而在定量加注模式下，则须通过自动控制的方式关闭入口31。具体的，在系统处于手动工作方式时，手动抬起机械伸缩机构7，入口31开启，液体流经第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，系统自动计量液体流量，并通过输入及显示模块显示实际的流量和总流量。手动推进机械伸缩机构7，则入口31关闭，停止计量。在系统处于自动工作方式时，首先通过输入及显示模块输入所需的流量设定值，然后手动抬起机械伸缩机构7，系统自动计量流量并显示。当实际的加注量等于输入的流量设定值时，集中控制模块11发出信号，驱动电机自动推进机械伸缩机构9，从而关闭入口31，停止加注。

步骤三中液体流量的计量方法具体为：液体进入加注本体内腔时，第一椭圆齿轮41和第二椭圆齿轮42在液体压力的推动下同时转动，液体被挤向出口32；第二椭圆齿轮42上的磁铁5会同时随第二椭圆齿轮42做圆周运动，磁铁5上方的干簧管由于磁铁5的靠近和远离不断地吸合和断开，在电路里产生连续的脉冲，计量模块12通过测量脉冲频率和数量计算第一椭圆齿轮41和第二椭圆齿轮42旋转的圈数，再结合椭圆齿轮每旋转一周对应的液体流量，得到液体的流量。

具体的计量补偿方法如图6所示，在步骤三中，计量模块根据第一椭圆齿轮41和第二椭圆齿轮42的转速来获得脉冲宽度，如图6中所示，计量模块中预先存储了A、B、C和D四种不同的脉冲宽度区间，在实际使用中，也可以根据需要设置更多或者更少的脉冲宽度参数，根据读取的脉冲宽度，对应A、、B、C和D其中一个脉冲宽度区间，不同的脉冲宽度区间对应不同的计量参数A1、B1、C1和D1。根据不同的计量参数判断液体压力的大小，并根据液体压力大小进行计量补偿。如前所述，因为液体压力的不同，在关闭了开关机构之后，响应时间内还是会有不同流量的液体流过。为了提高测量的精确度，需要将响应时间内流过的液体（即计量补偿值）计入实际加注量。具体补偿方式为：预先通过实验得到液体压力和计量补偿值之间的函数关系图，存储于集中控制模块内。每个液体压力值都对应一个计量补偿值。当根据上述步骤判断出液体压力值并传送给集中控制模块之后，集中控制模块会根据预先储存好的上述函数关系图，输出与相应的液体压力对应的计量补偿值，与已经测得的计量数值相加而得到经补偿后的实际液体流量值，并反馈给输入和显示模块进行显示，此时输入和显示模块显示的已经是经过计量补偿之后的实际加注值。

参见图7中电机驱动模块的电路结构图，在步骤三和五中，管路通断控制模块14打开和关闭入口的具体工作原理是：集中控制模块11发出信号，管路通断控制模块14控制电机转动，当图7中Q1导通、Q2关断时，电机L1左端为“+”，右端为“-”，电机反转，机械伸缩机构7在电机带动下被收回，从而入口31打开，入口管路导通；相反，当图7中Q1关断、Q2导通时，电机L1左端为“-”，右端为“+”，电机正转，机械伸缩机构7在电机带动下伸出，从而入口31关闭，入口管路阻断。由于本装置的体积较小，所以本发明中的电机优选的采用微型直流电机，以尽可能的实现设备的小型化和便携性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不受限于上述实施例，任何其他的未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合或简化，均为等效的置换方式，而落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液体加注设备，其特征在于，包括控制装置和与之相连的加注机构，所述加注机构包括中空的加注本体，所述加注本体两端分别设有入口和出口；所述入口处设有开闭该入口的开关机构；所述加注本体的内腔设有相互啮合的第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮，所述第二椭圆齿轮的齿面上偏心位置处设有磁铁，靠近磁铁一侧的加注本体的内表面上设有靠磁铁控制通断的干簧管；所述控制装置包括集中控制模块和分别与之相连的控制开关机构开闭的管路通断控制模块、输入及显示模块、计算液体流量的计量模块以及用来和外部计算机交换数据和控制指令信息的通讯模块；所述干簧管与计量模块连接；

所述加注本体的两端分别连接有入口管路和出口管路，所述入口和出口分别设于入口管路和出口管路的末端；

所述出口处设有防滴漏装置，所述防滴漏装置包括用于开闭出口的堵头和连接于堵头底部的第一中空管；第一中空管的下部插入有第二中空管，所述第二中空管的底端通过一环状的固定板固定于出口管路上，所述第二中空管的底端低于第一中空管的底端；所述第一中空管外壁上设有环状的限位板，所述限位板和固定板之间设有复位弹簧；所述第一中空管的侧壁上在限位板和堵头之间的位置处设有通孔；所述出口管路的末端为锥形，所述堵头形状与之匹配。

2.根据权利要求1所述的液体加注设备，其特征在于，所述计量模块设有调整计量参数以进行计量补偿的计量补偿模块。

3.根据权利要求1所述的液体加注设备，其特征在于，所述入口处的开关机构为固定于加注本体上并通过一电机驱动的机械伸缩机构，所述电机与管路通断控制模块连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的液体加注设备，其特征在于，所述控制装置包括两种控制模式：自动计量模式和定量加注模式。

5.根据权利要求1所述的液体加注设备，其特征在于，还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括依次连接的太阳能电池、充电模块以及可充电电池或超级电容，所述可充电电池或超级电容与控制装置连接。

6.一种权利要求1所述的液体加注设备的控制方法，其特征在于，所述控制装置包括两种控制模式：自动计量模式和定量加注模式，包括如下步骤：

步骤一，设备接入：加注机构的入口与装有待加注液体的容器，出口与待加注装置连接；

步骤二，模式选择：通过输入及显示模块选择控制模式；如果是选择定量加注模式，需输入一个流量设定值；

步骤三，开启加注：手动或者由集中控制模块通过管路通断控制模块打开加注机构入口处的开关机构；

步骤四，液体计量：集中控制模块控制计量模块在入口打开的同时开始计量液体的流量； 

步骤五，加注完成：在自动计量模式下，当手动或者由集中控制模块控制管路通断控制模块关闭加注机构入口处的开关机构时，加注操作结束，加注的液体量在输入及显示模块显示；在定量加注模式下，当计量模块测得的液体的流量达到所述流量设定值时，由集中控制模块控制管路通断控制模块关闭加注机构入口处的开关机构。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤四中液体流量的计量方法为：液体进入加注本体内腔时，第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮在液体压力的推动下同时转动，液体被挤向出口；第二椭圆齿轮上的磁铁会同时随第二椭圆齿轮做圆周运动，磁铁上方的干簧管由于磁铁的靠近和远离不断地吸合和断开，在电路里产生连续的脉冲，计量模块通过测量脉冲频率和数量计算第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮旋转的圈数，得到液体的流量。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述计量模块还包括计量补偿模块，在所述步骤四中，还包括计量补偿步骤，具体为：计量补偿模块根据第一椭圆齿轮和第二椭圆齿轮的不同转速得到的不同脉冲宽度，来判断液体压力的大小，根据液体压力的不同进行计量补偿。

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