CN105987727A - 一种液体流量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种液体流量测量装置，包括一个测量容积，一个液位感知器，一个供液计量装置，一个控制器，一个出液口，出液口连接测量容积，控制器连接液位感知器和供液计量装置，控制器通过液位感知器获得测量容积之液位信息，当液位低于标定位置时，控制器通过供液计量装置向测量容积中补充液体，直至测量容积之液位上升到标定位置。

Description

一种液体流量测量装置

技术领域

本发明属于液体流量测量领域，特别涉及牛顿流体的流量测量。

背景技术

液体喷射计量装置在化工、医疗和动力机械等领域有广泛的应用。液体喷射计量装置往往需要液体流量测量装置进行检测和标定。

许多液体的特性属于牛顿流体，在日常生活和工业生产领域比较常见，例如水及其溶液。大体上，牛顿流体可以区分为导电液体和非导电液体。

在动力机械领域内，通常涉及到的液体有燃油以及用于降低排放污染的流体DEF，例如尿素水溶液等。其中燃油属于不导电液体，而尿素水溶液属于导电液体。

对于导电和非导电液体，通常在计量装置以及测量装置的结构、器件甚至测量原理上都有较大的区分，这给技术的继承性和应用扩展都带来了问题。

工业生产中，流体测量装置的精度，可靠性和使用效率是三个重要的因素。测量精度需要一方面要求在原理上工作稳定性，同时有较好的标定方法，可靠性需要考虑成熟的设计结构和尽可能采用成熟的零部件，使用效率要求尽可能采用可实现自动化的数据采集和控制原理。

发明内容

本发明之目的在于提供一种既适应于导电液体，也适应于非导电液体的流量测量装置的基本结构和原理，同时满足测量精度高、可靠性高和使用效率高等诸多要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：即一种液体流量测量装置，包括一个测量容积，一个液位感知器，一个供液计量装置，一个控制器，一个出液口，出液口连接测量容积，控制器连接液位感知器和供液计量装置，控制器通过液位感知器获得测量容积之液位信息，当液位低于标定位置时，控制器通过供液计量装置向测量容积中补充液体，直至测量容积之液位上升到标定位置。

上述流量测量装置，包括一个标定装置，所述标定装置用于供液计量装置的流量标定。

一种标定装置的方案为，包括一个标定容积，所述控制器通过供液计量装置向标定容积供应液体，并通过计时或者计数的方式对供液计量装置的流量进行标定。如果液体供应是通过定量脉冲的方式实现的，那么，只要记录脉冲的次数就可以计算每个脉冲的流量，从而达到标定的目的，标定容积可以位于计量容积的上方，也可以作为计量容积的一部分。

上述方案可以通过以下手段实现，即，包括两个液位传感器分别位于标定容积的上下两个刻度线上，通过供液计量装置提供液体，这个过程中，液位依次通过两个液位传感器，这两个液位的容积之差已知，填满这个容积所需要的时间或者定量脉冲供应的次数可以记录，从而获得供液计量装置的体积流量信息。

另一种标定方法是：所述标定装置包括一个称量装置，所述出液口向称量装置提供液体，根据单位时间提供的液体量标定供液计量装置的流量，也可以通过计数的方法获得每个定量脉冲的流量。

上述方案中，液位感知器为一个光电开关，液位感知器通过液面对光线的影响感知液位的变化；所述液位感知器也可以为一个霍尔传感器，液位感知器通过磁性漂浮物的位置感知液位的变化。

所述供液计量装置包括泵和喷嘴，在此基础上，可以包括一个调压器，调压器安装在泵与喷嘴之间，通过调压器向所述喷嘴提供等压液体。调压器如汽车发动机常用的燃油喷射系统中的溢流式调压器。

另一种可替代的方案是包括一个压力传感器，压力传感器安装在泵与喷嘴之间，控制器通过压力传感器实现的反馈控制向所述喷嘴提供等压液体，在液体压力恒定条件下，喷嘴的喷射量与控制脉宽大致成正比，在固定脉宽的前提下，流量与喷嘴的工作频率成正比。

给液体提供压力的泵可以为膜片泵，也可以是电子旋转泵，还可以为脉冲泵，脉冲泵包括柱塞套筒组件和螺线管，这要根据计量的液体性质有区分，所述控制器通过对喷嘴的开启时间和频率的控制计量液体流量。

如果所选择的泵为脉冲泵，脉冲泵包括柱塞套筒组件和螺线管，则可以选用压力开启式喷嘴，控制器通过对螺线管的控制计量液体流量。

在上述方案中，为了扩大测量流量的范围，可以采用两个或两个以上的喷嘴，所述控制器通过对喷嘴的依次循环驱动控制计量液体的流量。对于同一个目的，另一种选择是：包括两组或者两组以上的泵，所述控制器通过对泵的依次循环驱动控制计量液体的流量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明提供的液体流量测量装置之一结构示意图。

图2为本发明提供的液体流量测量装置之二结构示意图。

图3为本发明提供的液体流量测量装置之三结构示意图。

图4为本发明提供的液体流量测量装置之第一种标定原理示意图。

图5为本发明提供的液体流量测量装置之第二种标定原理示意图。

图6为本发明提供的液体流量测量装置之电磁喷嘴结构示意图。

图7为本发明提供的液体流量测量装置之压力开启式喷嘴结构示意图。

具体实施例

图1所示为本发明提供的液体流量测量装置结构示意图之一，包括一个供液计量装置1，一个测量容积4，一个液位感知器3a，一个控制器2，一个出液口16，一个位于出液口16的电磁阀16a，一个回液口15，一个位于回液口15的电磁阀15a，一个液体喷射单元5，一个储液箱11，一个上位机6。出液口16与回液口15连接测量容积4，控制器2连接液位感知器3a和供液计量装置1，控制器2通过液位感知器3a获得测量容积4之液位信息，当液位低于标定位置4a时，控制器2通过供液计量装置1向测量容积4中补充液体，直至测量容积4之液位上升到标定位置4a。

所述供液计量装置1包括一个旋转泵10，一个共轨管道14，一个调压器14a，一个过滤器12，两个电磁喷嘴（13a、13b）。所述旋转泵10置于储油箱11内，由电源信号23驱动，将储液箱11中液体泵出，经过过滤器12后到达位于共轨管道14入口端的调压阀14a，并进入共轨管道14，为各喷嘴（13a、13b）提供等压液体。电磁喷嘴（13a、13b）由控制器2控制交替开启，并根据喷嘴（13a、13b）开启时间计量液体流量。所述电磁喷嘴（13a、13b）之结构示意图如图6所示。所述旋转泵10可以是车用燃油泵，也可以为一个膜片泵（图中未示出）所代替。

所述测量容积4包括一个具有一定高度的细长容积22，例如，一个U形玻璃管，减小测量时因气泡等因素影响而产生的误差。测量容积4之底部连接一个较大容积的液体腔21，以有效防止液面波动影响测试。所述液位感知器3a为一个光电开关，安装于U型管22其中一支之标定液位4a处，光电开关3a连接控制器2，通过液面对光线的影响感知液面变化，并将液位信息传至控制器2，控制器2进一步对供液计量装置1发出相应动作指令。所述测量容积4之细长管也可以是并列安装于液体腔21之上的两根细长管组，其中至少有一根为玻璃管，可通过光电开关3a检测液面。细长管组的另一支之直径大于等于用于标定的玻璃管，更有利于符合气泡排出条件。

所述液体喷射单元5包括一个进液道18，一个回液道17，一个喷射嘴20，一个信号接收端19。所述进液道18与测量容积之出液口16连接，形成出液通路16a1，电磁阀16a串联于出液通路16a1之上。回液道17与测量容积之回液口15连接，形成回液通道15a1，电磁阀15a串联于回液通道15a1之上。液体喷射单元5之信号接收端19连接控制器2，并由控制器2控制工作，液体进入喷射单元5后一部分通过喷射嘴20喷出，并由导管24引回储液箱，另一部分则从回液通道15a1流回测量容积4。

本发明所述流量测量装置之工作过程如下。

初始状态，控制器2上电，电磁阀15a和电磁阀16a处于断开状态，同时位于储液箱11底部的旋转泵10上电开始工作，共轨管道14中高压液体，以等压形式输入至各电磁喷嘴（13a、13b），控制器2以交替开启的工作模式控制喷嘴（13a、13b）向液体腔21喷射溶液。当测量容积4中液位上升至U形管22标定位置4a时，光电开关3a检测到液位信号，传送至控制器2，控制器2根据液位信息控制电磁喷嘴（13a、13b）开闭状态，电磁喷嘴（13a、13b）停止工作，进入待命状态。此时，上位机6可向控制器2发出测试信号，控制器2控制电磁阀15a之回液通道15a1以及控制电磁阀16a之出液通路16a1开通，液体进入喷射单元5。由于喷射单元5内部储液容积的消耗，导致测量容积4中液位下降，光电开关3a检测到液位下降信息后由控制器2将工作信号传送至电磁喷嘴（13a、13b），喷嘴（13a、13b）不断向测量容积4中补充液体，至液位回至标定液位4a处，装置进入测量阶段。控制器2发出工作信号至喷射单元5之信号接收端19，驱动喷射单元5工作，液体通过喷射嘴20喷射出，并引回储液箱11。电磁喷嘴（13a、13b）同时处于工作状态，以不断补充测量容积4中溶液，使液位维持在标定位置4a，直至控制器2给出信号，液体喷射单元5停止工作。控制器2根据供液计量装置1的喷射量以及预先存储的计算模型，计算出喷射单元5单位时间喷射出的液体流量，并等待下一个产品测量。

图2所示为本发明提供的液体流量测量装置之第二结构示意图，如图结构与本发明之第一结构示意图之区别之一在于，供液计量装置1包括两组泵（25a、25b）和喷嘴（26a、26b）。所述泵（25a、25b）为脉冲泵置于储液箱11内，由控制器2控制将液体泵至喷嘴（26a、26b）。所述供液计量装置1通过对这两组泵（25a、25b）和喷嘴（26a、26b）的交替控制计量液体流量。所述储液箱11内液体可以是导电液体，例如尿素溶液。所述喷嘴（26a、26b）是依靠压力开启的球阀或半球阀喷嘴，如图7所示，包括一个喷孔100。所述喷孔100可以是轴向喷孔也可以是旁侧喷孔。高压液体进入喷嘴后开启喷嘴阀件101，将液体喷入液体腔21。本结构与本发明第一结构示意图区别之二在于，所述液位感知器3b为一个霍尔传感器，通过漂浮物27的位置感知液位的变化。

本结构示意图之工作过程与图1所述工作过程基本相同。上位机（图中未示出）通过信号线28将测量信号发送给控制器2，控制器2驱动脉冲泵（25a、25b）工作将高压液体输送至喷嘴（26a、26b），进而喷入液体腔21，当测量容积4之液位到达标定液位4a时，霍尔传感器3b将信号发送给控制器2，控制器2控制脉冲泵（25a、25b）停止工作。将液体喷射单元5接入流量测量装置7，待液面恢复稳定后，由控制器2发出工作信号，喷射单元5喷射并消耗测量容积4中液体。同时霍尔传感器3b将液位信息传递给控制器2，控制器2驱动脉冲泵（25a、25b）,并通过喷嘴（26a、26b）继续以交替喷射工作模式将液体补充进测量容积4，形成闭环控制，以维持液面处于标定液位4a处，同时计量喷射量，直至测量结束。

如图3所示，为本发明提供的液体流量测量装置之第三结构示意图。如图结构与本发明之第一或第二结构示意图之区别在于，包括一个布置于共轨管道14之前的压力传感器29，压力传感器29与控制器2连接。当控制器2接收上位机信号28流量需求信号，控制器2驱动脉冲泵（25a、25b）将液体泵至共轨管道14为喷嘴（13a、13b）提供压力液体。同时，压力传感器29检测进入共轨管道14之液体压力，并将压力信号传送至控制器2。控制器2根据接收到的压力信号实时调节脉冲泵（25a、25b）工作状态，以维持共轨管道14内液体压力稳定。

如图4所示，为本发明提供的液体流量测量装置之第一标定原理结构示意图，包括供液计量装置1，测量容积4，液位感知器3a，控制器2，出液口16，标定装置8a，储液箱11。本结构采用定容标定方式对供液计量装置1单位时间的喷射流量进行标定。所述标定装置8a为一个定容装置，包括一个大于U形管22截面积的装置标定容积30，一个定容光电开关31。所述标定装置8a串联于U形管22之一支，装置标定容积30位于标定液位4a之上方，也可以作为测量容积的一部分。

位于标定容积的上下两个刻度线上，通过供液计量装置提供液体，这个过程中，液位依次通过两个液位传感器，

本发明提供之液体测量装置之标定过程如下。

初始状态，控制器2上电，各电磁阀（15a、16a）处于断开状态。上位机6向控制器2发出装置标定信号，同时旋转泵10上电并开始工作，高压液体经过过滤器12以及调压阀14a后进入共轨管道14，以等压状态到达各喷嘴（13a、13b）。控制器2根据光电开关3a传出的液位信号，对电磁喷嘴（13a、13b）发出工作指令，喷嘴（13a、13b）开启并以交替工作形式向测量容积4之液体腔21内喷射液体，直至到达标定液位4a处。此时，测量装置1进入标定阶段，控制器2继续驱动喷嘴（13a、13b）喷射，液体进入标定装置8a。当液位上升至定容光电开关31处时，定容光电开关31将信号传至控制器2，喷嘴（13a、13b）停止工作。控制器2存储并计算喷嘴（13a、13b）喷射数据，这两个液位的容积之差已知，填满这个容积所需要的时间或者定量脉冲供应的次数可以记录，从而获得供液计量装置1的体积流量信息，并将标定流量信息通过信号线32输出至上位机6，本次标定结束。控制器2也可以直接将喷射数据传送至上位机6进行处理。一次标定结束后，控制器2控制电磁阀16a之回液道16a2开通，标定容积30内溶液可通过回液道16a2流回储液箱11，进行下一次标定，并循环数次。

图5所示为本发明提供的液体流量测量装置之第二标定原理结构示意图，本示意图与第一原理结构示意图之主要区别在于：本结构采用定容标定方式对供液计量装置1单位时间的喷射流量进行标定。所述标定装置8b为一个称量装置，包括量杯32和电子称量设备33。所述电子称量设备33与控制器2或者上位机6连接。

本示例所给装置标定原理之结构示意图之标定过程如下。

初始状态，将量杯32置于电磁阀16a之出液通道16a1下方，并置于电子称量设备33之上，将电子称量设备33置零，并接通上位机6。控制器2上电，并驱动电磁阀16a之出液通道16a1打开，电磁阀15a处于断开状态。上位机6记录电子称量设备33初始信息，并向控制器2发出装置定时标定信号。控制器2在给定时间内对这两组泵（25a、25b）和喷嘴（26a、26b）进行交替控制，上位机6记录喷射结束时的喷射量，并向控制器2发出信号，开始下一个等时间段喷射计量。按上述过程循环若干组后，计算出供液喷射装置1单位时间喷射量，本次标定结束。

对于上述定时标定方式，其标定装置8b也可以连通电磁阀15a之回液通道15a1。控制器2控制电磁阀15a开通，电磁阀16a断开。当控制器2接收上位机6标定信号后，驱动脉冲泵（25a、25b）和喷嘴（26a、26b）以交替工作方式喷射，使溶液进入测量容积4之液体腔21，当液位到达回液口15处时，计时过程开启。上位机6读取多组等时间段内供液计量装置1之喷射量信息。此方案可将喷嘴（26a、26b）完全置于同种液体中，以消除喷射环境对标定的影响。

上述事例仅仅用于说明本发明，但并不限制本发明，凡基于本发明精神实质的进一步的改变方案均属本发明公开和保护的范围。

Claims (15)

1.一种液体流量测量装置，其特征在于：包括一个测量容积，一个液位感知器，一个供液计量装置，一个控制器，一个出液口，出液口连接测量容积，控制器连接液位感知器和供液计量装置，控制器通过液位感知器获得测量容积之液位信息，当液位低于标定位置时，控制器通过供液计量装置向测量容积中补充液体，直至测量容积之液位上升到标定位置。

2.如权利要求1所述的液体流量测量装置，其特征在于：包括一个标定装置，所述标定装置用于供液计量装置的流量标定。

3.如权利要求2所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述标定装置包括一个标定容积，所述控制器通过供液计量装置向标定容积供应液体，并通过计时或者计数的方式对供液计量装置的流量进行标定。

4.如权利要求2所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述标定装置包括一个称量装置，所述出液口向称量装置提供液体，根据单位时间提供的液体量标定供液计量装置的流量。

5.如权利要求3或4所述的液体流量测量装置，其特征在于：液位感知器为一个光电开关，液位感知器通过液面对光线的影响感知液位的变化。

6.如权利要求3或4所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述液位感知器为一个霍尔传感器，液位感知器通过磁性漂浮物的位置感知液位的变化。

7.如权利要求5或6所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述供液计量装置包括泵和喷嘴。

8.如权利要求7所述的液体流量测量装置，其特征在于：包括一个调压器，调压器安装在泵与喷嘴之间，通过调压器向所述喷嘴提供等压液体。

9.如权利要求7所述的液体流量测量装置，其特征在于：包括一个压力传感器，压力传感器安装在泵与喷嘴之间，通过压力传感器实现的反馈控制向所述喷嘴提供等压液体。

10.如权利要求8或者9所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述泵为膜片泵所述控制器通过对喷嘴的开启时间和频率的控制计量液体流量。

11.如权利要求8所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述泵为电子旋转泵，所述控制器通过对喷嘴的开启时间和频率的控制计量液体流量。

12.如权利要求8或者9所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述泵为脉冲泵，脉冲泵包括柱塞套筒组件和螺线管，所述控制器通过对喷嘴的开启时间和频率的控制计量液体流量。

13.如权利要求7所述的液体流量测量装置，其特征在于：所述泵为脉冲泵，脉冲泵包括柱塞套筒组件和螺线管，所述喷嘴为压力开启式喷嘴，控制器通过对螺线管的控制计量液体流量。

14.如权利要求10-12之一项所述的液体流量测量装置，其特征在于：包括两个或两个以上的喷嘴，所述控制器通过对喷嘴的依次循环驱动控制计量液体的流量。

15.如权利要求13所述的液体流量测量装置，其特征在于：包括两组或者两组以上的泵，所述控制器通过对泵的依次循环驱动控制计量液体的流量。