CN102805952A - 多路液体混合系统及液体在线混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路液体混合系统及液体在线混合系统，具有多个预处理液罐，其中储存各种待混合液体；任一预处理液罐经管道唯一地连接一给料泵，给料泵的出口经液体管道连接到混合罐；混合罐处设置一第一压强传感器，且压强信号连接到液体混合控制器；所述液体混合控制器电气连接各给料泵以及混合罐的混合操控装置。由于采用了压强传感器对进入混合罐中的液体的质量进行计量，使得计量精度能够得到很大的提高，远远高于采用流量计的控制精度。同时，由于采用重量计量方式，使得液体由于温度变化导致的比重改变并不能影响计量的精度。

Description

多路液体混合系统及液体在线混合系统

技术领域

本发明涉及液体混合技术，特别是一种可以实现高精度、大流量多路液体混合操作的系统，以实现在线、高精度的液体混合。

背景技术

工业生产中涉及的在线液体混合，普遍采用流量计来对参与混合的液体进行计量(也可以采用计量泵)。参见图1，在实际的混合作业过程中，被混合的各种原料液体被存储在预处理液罐1之中。开始进行混合时，给料泵2从预处理液罐1中取出待混合液体，并经过管道送到混合罐4中。在给料泵2的推动下，待混合液体先由流量计3进行测量，流量计3将流量信号传给变频器5，变频器5将该流量信号与事先设定的流量参数进行比较，并根据比较的结果输出控制信号以调整给料泵2转速，使其输送的待混合液体量达到所需的流量。实际上，给料泵2、流量计3和变频器5构成了一个闭环的自动控制系统，其控制的目标是：使经过给料泵2流过流量计3待混合液体的流量达到事先设定的所需流量。

但是，基于自动控制理论可知：任何闭环的自动控制系统在运行的初始阶段，其与预定要达到的控制目标总存在较大的误差，该误差的消除必须经过一个过渡过程时间。

参见图2，其中所显示的是：上述给料泵2、流量计3和变频器5构成的闭环液体流量控制系统从启动初始达到液体流量稳定的过渡过程。显然，在系统启动后的相当一段时间内，流过给料泵2、流量计3待混合液体的精度是不能得到保证的，这使得基于流量计控制液体混合的方式只能获得较低的混合精度，通常只有百分之几的精度。

另一方面，由于待混合液体的比重会随温度的改变而发生变化，以流量的方式来测量待混合液体，必然因待混合液体在不同的温度下比重不同而出现一定的误差。再有就是：当配方中的各种待混合液体的容量差较大时，很难达到高精度的在线混合。例如：将1000升的M液体和100毫升的N液体进行混合，由于M液体和N液体之间的量差高达10000倍，如果使用流量计进行计量的方式，100毫升的液体量甚至有可能被忽略不计，因此，就上述实例而言，很难保证这两种液体在线混合的精度。

综上，现有的采用流量计对参与混合的液体进行计量的技术方案明显存在误差较大，不适于精度要求较高的液体在线混合。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种多路液体混合系统，它基于压强测量的方式来实现多路的液体混合，使得对各种待混合液体的计量不受液体的比重以及流量计误差的影响，实现高精度的液体在线混合。

本发明的另一个方面在于提供一种液体在线混合系统，它基于上述的多路液体混合系统，并可以任意地串联或者并联，可以适应各种生产规模的高精度液体在线混合。

本发明的一个方面采用如下的方案实现：

一种多路液体混合系统，具有多个预处理液罐，其中储存各种待混合液体；任一预处理液罐经管道唯一地连接一给料泵，给料泵的出口经液体管道连接到混合罐；混合罐内设置一第一压强传感器，且压强信号连接到液体混合控制器；液体混合控制器电气连接各给料泵以及混合罐的混合操控装置。

由于采用了压强传感器对进入混合罐中液体的质量进行计量，避免了现有技术中普遍采用流量计的计量方式所带来的较大误差，使得计量精度能够得到很大的提高，其精度取决于对于压强传感器的测量分辨精度。同时，由于采用压强计量方式，使得液体由于温度变化导致的比重改变并不能影响计量的精度。

本发明的另一个方面采用如下的方案实现：

一种液体在线混合系统，至少包括一个以上前级混合单元和一个以上次级混合单元；前级混合单元和次级混合单元分别由多路液体混合系统构成；

多路液体混合系统具有多个预处理液罐，其中储存各种待混合液体；任一预处理液罐经管道唯一地连接一给料泵，给料泵的出口经液体管道连接到混合罐；混合罐内设置一第一压强传感器，且压强信号连接到液体混合控制器；液体混合控制器电气连接各给料泵以及混合罐的混合操控装置；

任一前级混合单元的混合罐经一级间给料泵连接到一缓冲存储罐，该缓冲存储罐和一次级混合单元的预处理液罐设为一体。

由于将前级混合单元、次级单元进行串联和/或并联设置，使得前级的液体混合与次级的液体混合相互之间独立，互不影响。此外，由于任何数量的前级混合单元可以采用上述实施方式同级并联，使得次级混合单元中对应的缓冲存储罐中的待混合液体的供给量能够得到保证，进而保证整个液体在线混合系统在高精度混合的前提下在线不间断生产。使得这种液体在线混合系统能够适用于各种生产规模的要求。

附图说明

图1是现有的液体混合系统示意图；

图2是现有液体流量闭环控制系统过渡过程的示意图；

图3是本发明液体混合系统一个实施方式的示意图；

图4是本发明液体混合系统另一个实施方式的示意图。

图5是本发明液体混合系统又一个实施方式的示意图；

图6是本发明液体在线混合系统一个实施方式的示意图。

图7是本发明液体在线混合系统另一个实施方式的示意图。

具体实施方式

以下实施例结合附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述：

参见图3，本发明液体混合系统的一个具体实施方式中，具有多个预处理液罐1，其中储存各种待混合液体；任一预处理液罐1经液体管道唯一地连接一给料泵2，给料泵2的出口经液体管道连接到混合罐4。借助于上述的系统，各预处理液罐1中储存的待混合液体都可以经由唯一的通路被送到混合罐4中。

与现有技术不同的是：本发明在给料泵2和混合罐4之间的管道上，并不设置任何流量检测装置，而是在混合罐4内设置一压强传感器6，该压强传感器至少应当具有1/216的分辨度。此外，该压强传感器的压强信号连接到一液体混合控制器7中，该液体混合控制器7接收到压强信号后，就能够根据混合罐4内液体的压强、混合罐4的截面积计算出相应的液体质量。

众所周知：在稳定的温度下，液体具有不可压缩性，且压强大小只与该液体的液位高度有关。并且，在截面积恒定的容器内，液体所占的容积可以利用如下的公式计算：

V＝S×H    (1)

其中，V是液体所占的容积，S是混合罐的截面积，H是液面的高度。根据公式(1)可知，当液面的高度H不改变时，截面积S越小，容积V就越小。

通常，业界使用的混合罐4呈圆柱形，因此，公式(1)在这种情形下就可以修改为如下形式：

V＝π×R²×H    (2)

其中，π是一个常数——圆周率；R是混合罐4的半径。

由公式(2)可以进一步知道：由于混合罐4的半径R的平方值与液面的高度H呈反比；因此，保持高度H不变，则混合罐4半径R变小，液体量也会大幅度减少。由于液体的压强只与液面的高度H相关，因此，在同样的压强下，即保持液面高度H不变，混合罐4半径R越小，被测液体的量也就越少，故采用本实施方式中的压强传感器所获得的测量精度相对而言也就越高。

例如：假定混合罐X的半径与另一混合罐Y的半径相比，前者是后者的二分之一；在被测量液体相同，且容纳相同高度液面的前提下，采用同样的压强传感器进行测量，在获得相同的压强信号值时，安装在混合罐X内的压强传感器所测量的液体量则是安装在混合罐Y内的压强传感器所对应得液体量的四分之一。显然，如果进一步将混合罐X的半径降低，其测量精度还必将进一步大幅度提高。具体而言：假定某待混合液体的比重是0.70；混合罐4的半径是15cm时，其测量精度是500克/cm(液面高度)；而混合罐4的半径减小到5cm时，其测量精度则提高到55.6克/cm(液面高度)。假定再进一步将混合罐4的半径减小到3cm时，其测量精度则仅为20克/cm(液面高度)。由于压强仅与液面高度相关，因此，即使使用同样精度的压强传感器进行测量，只要将混合罐4的半径减小而不做任何其他的改动，就可以获得更高的测量精度。这对于测量液体量很小的混合场合十分有用。

另外，由于能够方便地采集到压强信号，则可以利用如下的公式来计算出输送到混合罐4中的液体质量：

W＝S×P＝π×R²×P    (3)

其中，W是液体质量，S是混合罐的截面积，P是测量到的液体压强，R是混合罐的半径。

依照上述公式(3)，将经测量液体压强，且经计算获得的液体质量与事前存储的配方中相应待混合液体的重量参数进行比较，当该压强信号反映送入到混合罐4中相应的待混合液体的重量达到配方中相应待混合液体的重量参数值时，则控制相应的给料泵2停止运行；并且当前述配方中尚有其他待混合液体未被输送到混合罐4时，开启相应的待混合液体给料泵，继续向混合罐4中输送相应的待混合液体，直到前述配方中所有待混合液体均按照上述的方式输送到混合罐4后，液体混合控制器7控制所有的给料泵2停止运行，并启动混合罐4将所有输送到混合罐4中的待混合液体进行混合。

参见图4，其为本发明液体混合系统的另一个具体实施方式的示意图，其中，整个系统的结构和组成与前述实施方式基本相同，只是在前述实施方式的各预处理液罐1处进一步增设有压强传感器8。该压强传感器8的输出信号连接到液体混合控制器7，并同样至少应当具有1/2¹⁶的分辨度；其作用是：第一，可以利用压强传感器8监测所对应的预处理液罐1中液体的存量，以利于在预处理液罐1中的液位较低时及时补充；第二，在给料泵2向混合罐4注入待混合液体时，可以利用压强传感器8传回的数据同步监测待混合液体的流出量，而在具体的操控中替代压强传感器6的作用。

参见图5，本发明液体混合系统的又一个具体实施方式中，进一步在各预处理液罐1处增设一恒温加热器9。设置该恒温加热器9的目的是确保各个预处理液罐1内待混合液体的温度均保持在一恒定的温度范围之内。这样就可以使所有预处理液罐1中待混合液体的比重不会受到环境温度改变的影响。根据公式(3)计算得到的数据也比较稳定。

本发明以上述各个实施方式具有如下的优点：

由于采用了压强传感器对进入混合罐4中的液体的质量进行计量，避免了现有技术中普遍采用流量计的计量方式所带来的较大误差，使得计量精度能够得到很大的提高，其精度取决于对于压强传感器的测量分辨精度和混合罐的半径；例如：当采用具有1/2¹⁶精度的数字压强传感器时，其量程精度可以达到六万五千分之一，远远高于采用流量计的控制精度。同时，由于采用压强计量方式，而不是流量计量方式，使得液体由于温度变化导致的比重改变并不能影响计量的精度。在此基础上，由于对待混合液体采取了恒温的措施，使得所有待混合液体都能基于同一温度标准进行配料和计量，更进一步确保了混合的精度要求。

参见图6，为了实现前述高精度的液体在线混合，可以将上述各个实施方式中的多路液体混合系统作为独立的前级混合单元A，并根据相应的液体混合流程以及待混合液体量，将前述各个独立的混合单元A进行并联后，再进一步与独立的次级混合单元B进行串联，即可以构成一多级、高精度的液体在线混合系统。

具体而言，在一个基本的液体在线混合系统中，任何一个前级混合单元A可以是上述图3、4、5中任一具体实施方式的多路液体混合系统，任一前级混合单元A的混合罐4均连接一级间给料泵2a，该级间给料泵2a受控于液体混合控制器7，其作用是将经过前级混合单元A混合好的液体，从混合罐4中及时地输送到缓冲存储罐21中，使前级混合单元A能继续下一批次的混合。

上述的次级混合单元B，其结构与前级混合单元A并无大的不同，只是其中的缓冲存储罐21即相当于前级混合单元A中的预处理液罐1，或者两者一体设置。在实际的多级系统中，就像上述前级混合单元A和次级混合单元B的关系一样，任何次级混合单元B中的任一预处理液罐均可以作为与其相对应的前级混合单元A的缓冲存储罐21。

与前级混合单元A的内部结构基本相同，在次级混合单元B中设置有多个缓冲存储罐21，其在次级混合单元中的作用与前级混合单元A中的预处理液罐9一样，其中储存各种相对于前级混合单元A而言是混合液体成品的液体，该液体相对于次级混合单元B而言是待混合液体；任一缓冲存储罐21经液体管道唯一地连接一给料泵22，给料泵22的出口经液体管道连接到混合罐41。借助于上述的系统，各缓冲存储罐21中储存的待混合液体都可以经由唯一的通路被送到混合罐41中。

与前级混合单元A一样：本发明的次级混合单元B，在给料泵22和混合罐41之间的管道上，并不设置任何流量检测装置，而是在混合罐41处设置压强传感器6，该压强传感器至少应当具有1/216的分辨度。此外，该压强传感器的压强信号连接到一液体混合控制器71中，该液体混合控制器71接收到压强信号后，利用上述的公式(3)计算相应的液体重量，将其与事前存储的配方中相应待混合液体的重量参数进行比较，当该压强信号反映送入到混合罐41中相应的待混合液体的重量达到配方中相应待混合液体的重量参数值时，则控制相应的给料泵22停止运行，并且当前述配方中尚有其他待混合液体未被输送到混合罐41时，开启相应的待混合液体给料泵，继续向混合罐41中输送相应的待混合液体，直到前述配方中所有待混合液体均按照上述的方式输送到混合罐41后，液体混合控制器71控制所有的给料泵22停止运行，并启动混合罐41将所有输送到混合罐41中的待混合液体进行混合。

与上述图4、图5所示的方案一样，次级混合单元B的各缓冲存储罐21处进一步增设有压强传感器8。该压强传感器8的输出信号连接到液体混合控制器71，并同样至少应当具有1/216的分辨度；其作用是：第一，可以利用压强传感器8监测所对应的各缓冲存储罐21中液体的存量，以利于在各缓冲存储罐21中的液位较低时及时补充；第二，在给料泵2向混合罐4注入待混合液体时，可以利用压强传感器8传回的数据同步监测待混合液体的流出量，而在具体的操控中替代压强传感器6的作用。

与前级混合单元A一样，还可以在各缓冲存储罐21处增设一恒温加热器9。设置该恒温加热器9的目的是确保各缓冲存储罐21内待混合液体的温度均保持在一恒定的温度范围之内。这样就可以使所有预缓冲存储罐21中待混合液体的比重不会受到环境温度改变的影响。

基于业界已经非常熟悉的情形，一些体积较大的液体和一些体积较小的液体进行混合时，往往需要多级混合的操作。例如：将前述1000升的M液体和100毫升的N液体进行混合，为了保证混合的均匀度，通常是先将100毫升的N液体与较少的(例如：500毫升)M液体进行第一次混合，使100毫升的N液体先在较少的(例如：500毫升)M液体中进行充分地扩散、混合，然后再将混合了N液体和M液体的混合液体与稍多一些(例如：5升)M液体进行混合；此后，可以再多次继续不断地扩散、混合，直到完成全部的1000升的M液体和100毫升的N液体充分混合。

本发明上述前级混合单元A和次级混合单元B所构成的多级混合系统，可以根据前述体积较大的液体和体积较小的液体进行混合的方式，而设定为多级，具体的级数可以根据需要计算确定。但无论需要设置多少级，任何相邻的两级之间的关系，均可以采用前述的液体在线混合系统之中，前级混合单元A和次级混合单元B的结构关系。

在一个液体在线混合系统之中，任何一级的混合单元，无论是前级混合单元A还是次级混合单元B，均可以在同级之间进行并联。例如，参见图7，其中示出了两种同级并联的具体实施方式；其一是前级混合单元A1和前级混合单元A2的并联。即前级混合单元A1和前级混合单元A2混合完成的液体都经过各自对应的给料泵2a输送到次级混合单元B的同一个缓冲存储罐21a之中。其二是前级混合单元A2与前级混合单元A3的并联。即前级混合单元A2和前级混合单元A2混合完成的液体分别经过各自对应的给料泵2a输送到次级混合单元B的不同的缓冲存储罐21a、21之中。无论采用上述的哪一种并联方式，或者两种并联方式同时采用，都可以根据实际的液体在线混合要求而定。

需要说明的是：在一个液体在线混合系统之中，无论是前级混合单元A中的液体混合控制器7还是次级混合单元B中的液体混合控制器71，其既可以相互独立地设置，也可以集中地一体设置；例如：集中地设置于一工业控制计算机内；但无论如何，它们和各个混合单元中相应的各个部件的连接，并不脱离此前各个具体实施方式以及附图3、4、5中所示的关系。

本发明以上各个液体在线混合系统的实施方式具有如下的优点：由于将前级混合单元、次级单元进行串联和/或并联设置，使得前级的液体混合与次级的液体混合相互之间独立，互不影响。此外，由于任何数量的前级混合单元可以采用上述实施方式中的两种同级并联方式，使得次级混合单元中对应的缓冲存储罐中的待混合液体的供给量能够得到保证，进而保证整个液体在线混合系统在高精度混合的前提下在线不间断生产。使得这种在线混合系统能够适用于各种生产规模的要求。

Claims (9)

1.一种多路液体混合系统，具有多个预处理液罐，其中储存各种待混合液体；其特征在于：任一预处理液罐经管道唯一地连接一给料泵，给料泵的出口经液体管道连接到混合罐；所述混合罐内设置一第一压强传感器，且压强信号连接到液体混合控制器；所述液体混合控制器电气连接各给料泵以及混合罐的混合操控装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一压强传感器的量程分辨度小于或等于1/2¹⁶。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述预处理液罐内设有第二压强传感器，该第二压强传感器的量程分辨度小于或等于1/2¹⁶；且输出信号连接到液体混合控制器。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述预处理液罐处设有一恒温加热器，用以使预处理液罐内待混合液体的温度保持在一恒定的温度范围之内。

5.一种液体在线混合系统，其特征在于：至少包括一个以上前级混合单元和一个以上次级混合单元；所述前级混合单元和次级混合单元分别由多路液体混合系统构成；

所述多路液体混合系统具有多个预处理液罐，其中储存各种待混合液体；任一预处理液罐经管道唯一地连接一给料泵，给料泵的出口经液体管道连接到混合罐；所述混合罐内设置一第一压强传感器，且压强信号连接到液体混合控制器；所述液体混合控制器电气连接各给料泵以及混合罐的混合操控装置；

任一前级混合单元的混合罐经一级间给料泵连接到一缓冲存储罐，该缓冲存储罐和一次级混合单元的预处理液罐设为一体。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述多个前级混合单元的混合罐分别经一级间给料泵连接到一缓冲存储罐。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述第一压强传感器的量程分辨度小于或等于1/2¹⁶。

8.根据权利要求5或6或7所述的系统，其特征在于：所述预处理液罐和/或缓冲存储罐内设有第二压强传感器，该第二压强传感器的量程分辨度小于或等于1/2¹⁶；且输出信号连接到液体混合控制器。

9.根据权利要求5或6或7所述的系统，其特征在于：所述预处理液罐和/或缓冲存储罐处设有一恒温加热器，用以使预处理液罐和/或内待混合液体的温度保持在一恒定的温度范围之内。

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