CN106461444B - 用于泵压差和流量监视的最佳拟合相似无传感器转换手段或技术 - Google Patents

用于泵压差和流量监视的最佳拟合相似无传感器转换手段或技术 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种包括液体循环无传感器泵浦系统装置，其特征在于信号处理器或处理模块，所述信号处理器或处理模块被配置成接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值以及还关于泵和系统特性等式及经验功率等式的信息，所述经验功率等式和所述经验功率等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的；以及基于接收到的所述信令来确定相应信令，所述相应信令包含关于在所述功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息。

Description

用于泵压差和流量监视的最佳拟合相似无传感器转换手段或 技术
相关申请的交叉引用
本申请要求在2014年4月8日提交的题为“A Best-fit affinity sensorlessconversion means for pump differential pressure and flow monitoring”的美国临时申请NO.61/976,749(代理人案号911-019.014-1//F-B&G-X0012US01)的权益，该临时申请通过引用被整体并入本文中。
本申请还涉及由发明人中的一个或多个开发并在以下申请中公开的一系列技术：
1)在2010年12月30日提交的题为“Method and apparatus for pump controlusing varying equivalent system characteristic curve,AKA an adaptive controlcurve”的美国申请NO.12/982,286(代理人案号911-019.001-1//F-B&G-1001，其在2014年4月15被公告为美国专利No.8,700,221；
2)在2012年12月17日提交的题为“Dynamic linear control methods andapparatus for variable speed pump control”的美国申请NO.13/717,086(代理人案号911-019.004-2//F-B&G-X0001)，其要求2011年12月16日提交的美国临时申请NO.61/576,737的权益，该申请现已被放弃；
3)在2013年11月27日提交的题为“3D sensorless conversion method andapparatus”的美国申请NO.14/091,795(代理人案号911-019.009-2//F-B&G-X0005)，其要求2013年3月1日提交的美国临时申请NO.61/576,737的权益，该申请现在已被放弃；
4)在2014年2月24日提交，题为“A Mixed Theoretical And DiscreteSensorless Converter For Pump Differential Pressure And Flow Monitoring”的美国申请NO.14/187,817(代理人案号911-019.010-2//F-B&G-X0008)，其要求2013年3月19日提交的美国临时申请NO.61/803,258的权益，该申请现在已被放弃；
5)在2014年7月24日提交的题为“A Best-fit and Affinity SensorlessConverter for Pump Differential Pressure and Flow Monitoring”的美国申请NO.14/339,594(代理人档案序号911-019.012-2//F-B&G-X0010US01)，其要求2014年4月8日提交的美国临时申请NO.61/976,749(代理人案号911-019.012-1//F-B&G-X0010US01)的权益；以及
6)在2014年6月4日提交的题为“System and Flow Adaptive Pumping ControlApparatus-A Minimum Pumping Energy Operation Control System vs.SensorlessApplication”的美国临时申请NO.62/007,474(代理人案号911-019.015-1//F-B&G-X0013)；
上述技术全部被转让给本专利申请的受让人，并且全部通过引用被整体并入本文中。
本申请是基于在上述相关申请中公开的系列技术而构建的。
技术领域
本发明涉及一种用于控制泵的操作的技术；并且更特别地，本发明涉及一种用于控制和/或监视泵的方法和装置，所述泵例如包括用于家庭和商用加热或冷却水系统的泵。
背景技术
液体循环泵浦系统无传感器控制和监视技术在本领域中是已知的，例如包括与在被标识为参考文献号3-5的上述相关专利申请中公开的内容向一致的3D离散、混合式理论的3D离散无传感器转换方法。可由3D离散无传感器转换器例如基于上述参考文献号4中的泵校准数据，以大约5-15％的转换误差直接地从一对电动机读出值求解系统压力和流率。另一方面，在上述参考文献号3中公开的混合式理论的离散无传感器转换器在不需要仪器校准的情况下产生约10-20％的转换误差，即使仍需要相对于系统系数和电动机速度的配电数据来对变化液体循环系统上的系统系数进行转换。
泵无传感器数据校准(包括使用仪器和数据采集过程)是关于泵无传感器应用的一个感兴趣的讨论话题，其对于大多数泵浦应用情形而言由于缺少压力和流量传感器而可能根本不容易实现。因此，即使是要在制造组装线中收集用于无传感器泵和电动机组合产品的校准数据，这样做可能既相当耗时而且也非常麻烦，更不用说使用昂贵的数据采集仪器以及液体循环泵浦测试系统装备了。因此，本申请的发明人发现并认识到不需要或较少需要校准数据的无传感器手段或技术对于大多数无传感器泵控制应用而言可能是更加适宜的。
对于流率是由阀或调节器调节的动态液体循环系统而言，等效的液体循环系统特性系数一般地也是取决于阀打开位置和系统动态摩擦损耗的未知变量。此类变化液体循环系统下的泵效率由于变化的液体循环负荷下的电动机速度滑移以及一些泵机械摩擦引发的热消耗效应(尤其是在系统几乎被关掉情况下的低速时)而是变化的变量。因此，本申请的发明人还发现并认识到针对泵无传感器转换器的重新构造而用公式表示直接地从电动机读出值(诸如功率、电流、扭矩、速度等)来提供系统压力和流量的任何理论表达式都是相当具有挑战性的工作。
发明内容
总而言之，本发明提供了一种新的且唯一的最佳拟合相似无传感器转换手段或技术，用于例如基于使用泵和系统特性等式以及经验功率等式推导在功率和速度的的一对给定电动机读出值下的泵或系统压力和流率。可以例如基于由泵制造商公布的泵曲线，通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律或其修改版本，来重新构造泵特性等式和经验功率等式。因此，可因此通过所述泵和系统特性等式以及所述经验功率等式，求解在泵和系统压力的稳态平衡点处的系统压力和流率。本文中公开的无传感器模型和技术更容易以相当令人满意的准确度被应用于大多数实际应用的液体循环泵浦无传感器控制和监视应用中而不需要仪器校准。
本申请提供了一种作为上文阐述的前述一系列技术的进一步发展或者是基于前述系列技术而构建的技术。
特定实施方式
根据一些实施方式，本发明可以包括信号处理器或处理模块为特征的装置或者采用该装置的形式，所述信号处理器或处理模块至少被配置成：
接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值以及还关于经验功率等式以及泵和系统特性等式的信息，所述经验功率等式及泵和系统特性等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的；以及
基于接收到的信令来确定相应信令，其包含关于功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息。
在操作中，所述信号处理器或处理模块可被配置成求解电动机稳态条件下所述泵或系统压力的平衡点处的泵压差和流率。
在操作中，所述信号处理器或处理模块10a还可被配置成提供对应信令，所述对应信令包含关于泵或系统压力和流率的信息的相应信令，包括针对泵压差和流量监视。该相应信令可用来控制液体循环泵浦系统。
还可设想其中装置包括例如具有此类信号处理器或处理模块的液体循环泵浦系统或该装置采取此形式的实施方式。
接收到的所述信令可以是从被配置成测量功率和速度的电动机读出值的适当传感器感测和接收到的。
接收到的所述信令可被存储并从适当的存储器模块接收到，该存储器模块例如配置有通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的经验功率等式及泵和系统特性等式。
举例来说，所述信号处理器或处理模块可包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器或者采取此形式，并且所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置成利用至少一个处理器促使信号处理器或处理模块至少接收信令(或者例如关联的信令)并确定自适应的压力设定点。所述信号处理器或处理模块可被配置成适当的计算机程序代码，以便实现根据本文所阐述的适当信号处理算法和/或功能。
装置可包括泵控制或控制器或者采取该形式，包括PID控制，具有所述信号处理器或信号处理器模块，例如包括用于监视泵压差和流量。
根据一些实施方式，本发明可采取方法的形式，该方法包括用于以下操作的步骤：在信号处理器或处理模块中接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值以及还关于经验功率等式以及泵和系统特性等式的信息，所述经验功率等式以及泵和系统特性等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的；以及在所述信号处理器或处理模块中基于接收到的信令来确定相应信令，所述相应信令包含关于在功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息。
所述方法还可包括本文中阐述的特征中的一个或多个，包括从信号处理器或处理模块提供相应信令，所述相应信令包含关于泵或系统压力和流率的信息，例如其可被用来控制液体循环泵浦系统。
本发明还可例如采取具有计算机可读介质的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质其中嵌入有计算机可执行代码，用于例如当在构成此类泵控制器的部件的信号处理设备上运行时，执行所述方法。举例来说，所述计算机程序产品可例如采取如下形式：CD，软盘，记忆棒，存储卡，以及可以在现在已知或将来以后开发的此类计算机可读介质上存储此类计算机可执行代码的其它类型或种类的存储器设备。
总之，本文中公开的实施方式提供了一种新的且唯一的最佳拟合相似无传感器转换手段或技术，用于例如基于使用泵和系统特性等式以及经验功率等式导出在功率和速度的给定的一对电动机读出值下的泵或系统压力和流率。所述泵特性等式和经验功率等式可例如基于例如可以存储在适当存储器模块并因此被处理的由泵制造商公布的泵曲线，通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律来构造。因此，可以求解出在电动机稳态下的泵和系统压力的平衡点处的泵压差和流率。本文中公开的泵无传感器转换手段或技术可以更容易以令人满意的准确度应用于大多数实际应用的液体循环泵浦控制和监视应用。
附图说明
附图包括以下各图，其并非一定按比例绘制：
图1是根据一些实施方式的例如可在其中实现本发明的在本领域中已知液体循环无传感器泵浦控制系统的示意图。
图2是从所感测的功率和速度进行针对泵压力和流率的无传感器转换的示意图。
图3是根据本发明的一些实施方式的实现的压力(Ft)相对于流量(GPM)的曲线图，其示出了泵、系统和功率特性曲线及稳态下的压力平衡点。
图4是根据本发明的一些实施方式的实现的功率(hp)相对于系统特性(Cv/Cv Duty)流量(GPM)的曲线图，示出了电动机功率和系统特性。
图5是压力(Ft)相对于流量(GPM)的曲线图，其示出了各种速度(包括24Hz、30Hz、36Hz、42Hz、48Hz、54Hz和60Hz)下泵压差对比来自无传感器转换器(参见实线)的系统流率和来自传感器的测量或感测数据(参见符号(例如，菱形、三角形、星形、加号、减号、方框以及“x”)。
图6是根据本发明的一些实施方式的例如具有被配置成用于实现信号处理功能的信号处理器或处理模块的装置的框图。
具体实施方式
图1示出了例如可在其中实现本发明的液体循环无传感器泵浦控制系统，其具有连接到管道的离心泵与流量控制器的组合。在图2中示意性地示出了针对泵压差和流率的无传感器转换，所述泵压差和流率与在泵排放时等效液体循环系统特性系数变量和电动机驱动的另一端处的电动机功率和速度相关联。在图3中示意性地呈现了针对具有静态吸入压力的闭环系统的泵、系统和功率特性曲线以及在稳态下的泵和系统压力的相应压力平衡点。
考虑到具有静态吸入压力的闭环系统，可以在泵和系统压力的稳态平衡点(其为在图3中示意性地示出的泵和系统曲线函数的交叉点)下，求解电动机速度和系统位置处的系统流率和压力。在这里，可以基于电动机全速nmax下的泵曲线以及泵相似定律而近似地以多项式P＝f(Q，n)形式来表示瞬时泵特性曲线，该瞬时泵特性曲线是泵差压P相对于流率Q和电动机速度n。因此，可用泵压差函数P＝f(Q，n)以及随后的系统流量等式来求解系统流率。这里所引用的泵相似定律指示用于泵流量、压差和电动机功率的等式，即分别为Q/Qmax＝n/nmax，P/Pmax＝(n/nmax)2和w/wmax＝(n/nmax)3。
在通过例如具体地使用二阶最佳拟合相似泵曲线函数以及系统流量等式的上述方法之后，例如，可使用下面的等式(1)导出系统流率：
其中，Cv是系统系数，并且a、b和c是电动机全速nmax下的二阶最佳拟合泵曲线函数的系数。这里所使用的泵压差函数P＝f(Q，n)可采取下面等式(2)的形式：
P(n，Q)＝(aQ2+b(n/nmax)1Q+(n/nmax)2c)。 (2)
请注意，如果可以选择其它类型的曲线拟合或内插方法，例如可以用三阶多项式形式的拟合或内插作为本文中所阐述的方法的替代，也可以导出系统流率和泵差分等式的其它表达式。
为了用等式1和等式2从给定的一对电动机功率和速度来求解稳态压力平衡点下的系统流率，通常应当首先已知相应的动态系统特性系数。然而，对于具有用阀或其它流量调节器来调节流量的变化液体循环系统而言，不存在其简单形式的闭合解。如在本文中公开的，可以使用基于电动机全速nmax下的功率曲线以及相似定律下的经验功率和系统特性关系，其在图4中示意性地示出。在这里，可首先通过使用拟合或内插技术来重新构造相对于系统系数在最大速度下的电动机功率函数。然后，可以因此通过利用泵相似定律来用公式表示给定电动机速度下的电动机功率(例如w＝w(Cv，n)，)。
例如，通过具体地在上述方法之后利用二阶最佳拟合相似功率函数，可以以等式(3)的形式将系统系数Cv明确地表示为：
其中，w是速度n下的电动机功率，A、B和C是相对于归一化系统系数而言在电动机最大速度下的二阶最佳拟合电动机功率函数的系数。可以以等式(4)的形式将任何瞬时速度下的电动机功率函数w＝w(Cv，n)，表示为：
在如果在低速区处且系统几乎被关掉时可能存在任何准确度要求的情况下，泵功率相似定律可能由于该区域中的电动机速度滑移而不足以很好地表示电动机功率和速度的关系。低速区处的略大功率值导致来自用等式3实现的功率变换的稍微较大的系统系数值，因此也导致来自等式1的稍微较大的流率。因此可能需要针对电动机功率和速度表示的经修改相似定律，并且可以等式(5)的形式将等式4重写为：
其中，f*(n)是下面等式(6)形式的三阶多项式近似的形式的经修改相似定律：
f*(n)＝(A′(n/nmax)3+B′(n/nmax)2+C′(n/nmax)1+D′), (6)
其中，A'、B'、C'和D'是相对于归一化电动机速度n/nmax而言在最大速度下归一化的功率值的三阶最佳拟合功率函数的系数。作为对w/wmax＝(n/nmax)3的泵功率相似定律的替代，经修改相似定律是用于表示功率和速度关系的三阶多项式近似，其是通过用在一定系统位置处在一组给定速度下测量的功率值阵列进行的拟合和内插而获得的。该系统位置可以在从关断至全开的任何位置处，因为归一化功率分布f*(n)在任何系统位置处是几乎相同的。同样地，并且经由另一示例，如果替换地使用其它种类的曲线拟合或内插方法，也可用一些其它表达式来呈现等式No.3-6。
因此，可以用等式1和等式2来获得泵的平衡点处的系统流率和压力以及与其相应功率消耗相关联的稳态电动机速度下的系统压力，只要通过等式3和等式4或5的使用获得Cv的系统系数即可，在本公开中可将其称为所谓的最佳拟合相似无传感器转换器。通过使用最佳拟合相似无传感器转换器，可从泵浦系统收集压力和流率值并将其与从传感器测量的数据相比较。图5中所示的结果示出相当令人满意的准确度，在泵正常工作液体循环区中从30Hz直至60Hz的整个速度区处的大部分约5-10％的误差，和在低速区处且系统一般几乎被关掉时约10-20％的误差。
本文中公开的最佳拟合相似无传感器转换器可被用于大多数实际使用的液体循环泵浦控制和监视应用，因为其是根据泵、功率特性等式以及相似定律来用公式表示并通过多项式最佳拟合基于由泵制造商公布的泵数据而重新构造的。本转换器更容易被装配同时保持令人满意的准确度。尤其最重要的是，可以不需要麻烦且耗时的仪器校准过程，只要制造商公布的数据或曲线可用即可。
图6：
举例来说，图6示出了根据本发明的一些实施方式的装置10，例如其特征在于信号处理器或处理模块10a，其至少被配置成：
接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值以及还关于经验功率等式以及泵和系统特性等式的信息，所述经验功率等式以及泵和系统特性等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的；以及
基于接收到的所述信令来确定相应信令，所述相应信令包含关于所述功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息。
在操作中，信号处理器或处理模块可被配置成分辨电动机稳态条件下的泵或系统压力的平衡点处的泵压差和流率。
在操作中，信号处理器或处理模块10a还可被配置成提供包含关于泵或系统压力和流率的信息的相应信令，包括针对泵压差和流量监视。该相应信令可以用来控制液体循环泵浦系统。
如本领域的技术人员将认识到并理解的，可以使用泵和系统特性等式和经验功率等式(例如与本文中公开的一致)以及通过使用现在已知或者未来以后开发的其它类型或种类的泵和系统特性等式和经验功率等式来实现本发明。
如本领域的技术人员将认识到和理解的，可使用由泵制造上公布的泵曲线(例如与本文中公开的一致)来实现本发明，其在用于泵的领域中是已知的，该泵在完成本发明时在本领域中也是已知的。然而，可设想实施方式，并且本发明的范围意图包括针对在本发明的时间之后以后开发的泵使用由泵制造商公布的其它类型或种类的泵曲线。
举例来说，可以使用硬件、软件、固件或其组合来实现装置10的功能。在典型的软件实施方式中，装置10将包括一个或多个基于微处理器的架构，其具有类似于元件10a的至少一个信号处理器或微处理器。本领域的技术人员将能够对此类基于微控制器或基于微处理器的实施方式进行编程以在没有过多实验的情况下执行本文中所述的功能。例如，信号处理器或处理模块10a可以例如在没有过多实验的情况下被本领域的技术人员配置成接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值并且还关于泵和系统特性等式以及经验功率等式的信息，所述泵和系统特性等式以及经验功率等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线构造的，这与本文中公开的一致。举例来说，关于功率和速度的电动机读出值的信息可以被包括在感测信令中，该感测信令例如在构成此类基于微处理器的架构的一部分的适当存储器模块中被接收、处理和/或存储。同样地，举例来说，可在构成此类基于微处理器的架构的一部分的适当存储器模块中，接收、处理和/或存储关于经验功率等式以及泵和系统特性等式的信息，所述泵和系统特性等式以及经验功率等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线构造的。
此外，信号处理器或处理模块10a可以例如在没有过多实验的情况下被本领域的技术人员配置成基于接收到的信令来确定相应信令，所述相应信令包含关于在功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息，与本文中公开的一致。
本发明的范围并非意图局限于使用现在已知或者未来以后开发的技术的任何特定实施方式。本发明的范围意图包括将处理器10a的功能实现为独立处理器或处理器模块、作为单独处理器或处理器模块以及其某种组合。
装置10还可以包括例如其它信号处理器电路或组件10b，包括随机存取储器或存储器模块(RAM)和/或只读存储器(ROM)、输入/输出设备和连接他们的控制和数据及地址总线和/或至少一个输入处理器和至少一个输出处理器。
各种新颖要点
本发明可包括或者采取以下各种实施方式中的一个或多：
例如，根据一些实施方式，本发明可以采取或者被实现例如用于泵差压和流量的最佳拟合相似无传感器转换手段或技术的形式，其可以包括泵无传感器转换器，该泵无传感器转换器基于泵和系统特性曲线等式以及经验功率等式(表示为P＝f(Q，n)、P＝(Q/Cv)2和W＝w(Cv，n)，例如，如在图3中示意性地所描绘)，提供相对于电动机速度和功率读出信号的与动态系统相关联的泵差压和系统流率。
根据一些实施方式，可以使用用于上述泵差压和流量的最佳拟合相似无传感器转换手段或技术的一个优选版本来实现本发明，例如，可以包括在泵差压和系统压力的稳态平衡点(其为示意性地示出的泵和系统曲线的交叉点)处的泵压差或系统压力以及流率的解。
根据一些实施方式，例如，可在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中，使用泵曲线等式来实现本发明，例如其可以包括基于电动机速度和系统流率下的泵特性等式而形成的泵曲线模型。可基于泵相似定律和全速下的泵液体循环特性曲线(或泵曲线)，而用函数P＝f(Q，n)来近似地表达这里所述的泵曲线模型。为了以高准确度获得相当好的表示，可以使用最佳拟合方法来用公式表示泵曲线函数P＝f(Q，n)。例如，可以使用二阶最佳拟合相似多项式函数来表示速度n下的泵曲线。然而，对于具有稍微复杂曲线形状的泵特性曲线而言，可以使用高阶多项式来更好地表示泵曲线，如果可以实现的话。如果替换地使用其它种类的曲线拟合或内插方法，也可以获得一些其它表达式。曲线拟合或内插方法在本领域中是已知的，并且本发明的范围并不意图局限于现在已知或未来开发的其任何特定类型或种类。
根据一些实施方式，例如，可以在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中，使用等效液体循环系统特性曲线等式来实现本发明，该等式可以包括的流动等式或其替换表达式或近似中的一些，以表示系统特性曲线。
根据一些实施方式，例如，可以在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中使用稳态压力平衡点来实现本发明，所述稳态压力平衡点可以包括泵和系统曲线函数的交叉点，如图3中所示。可针对给定的一对电动机读出值(例如速度和功率)求解在压力平衡点处的系统压力或泵差压和流率，以作为经过转换的无传感器输出值。例如，针对二阶最佳拟合相似泵曲线近似，上述的等式1和2被呈现为
以及
该等式1和2可以分别是在给定的一对电动机速度和功率下针对无传感器转换器导出的系统流率和压力表达式。然而，在使用更高阶拟合或内插函数或一些其它形式的函数的情况下，如果期望的话，也可以通过遵循稳态压力平衡点方法以一些其它形式写出用于转换系统压力和流率的等式。
根据一些实施方式，例如，可以在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中，使用经验功率函数来求解相对于电动机功率或速度的等效系统特性系数来实现本发明，所述经验功率函数可以包括相对于电动机速度和系统流率而言的经验功率函数w(Cv，n)。可以基于全速下精确地对应于泵曲线的功率曲线以及相似定律而用w(Cv，n)的函数来近似地表示这里所述的功率曲线模型。为了以高准确度获得相当好的表示，同样地，可以使用最佳拟合相似方法来用公式表达功率曲线函数w(Cv，n)。例如，等式4的二阶最佳拟合相似多项式函数
可以被用于基于与最大速度下的泵曲线相关联的相应功率曲线而根据电动机速度n和归一化等效系统特性系数来表示功率曲线函数，在图4中示意性地描绘。如果需要的话，也可引入较高多项式或其它形式的表达式以便更好地表示功率曲线函数。
根据一些实施方式，例如，可以在上文所述的用于泵压差和流量的最佳拟合相似无传感器转换手段中，使用经验功率函数的一个优选版本来实现本发明，该经验功率函数的一个优选版本可以包括等式(4)的最佳拟合相似多项式函数：
经修改功率相似定律f*(n)具有如下等式(6)的三阶多项式形式：
f*(n)＝(A′(n/nmax)3+B′(n/nmax)2+C′(n/nmax)1+D′) (6)
通过利用在给定系统位置处的一组给定速度来拟合在全速下其相应最大值处被归一化的功率值阵列，来获得经修改功率相似定律f*(n)，所述经修改功率相似定律可以用来补偿系统被关掉的情况下低速区处的功率变化。
根据一些实施方式，例如，可以在最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中，使用系统特性系数转换来实现本发明，其可包括所有形式的表达式，其实闭合形式解或者使用一些离散数值法的解。例如，等式3
可以是通过使用等式4的经验功率函数针对等效系统特性系数表达式而逆向导出的闭合解。
根据一些实施方式，例如，可在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中，使用液体循环泵浦系统来实现本发明，其可包括所有闭环或开环液压循环泵浦系统，诸如一次泵浦系统、二次泵浦系统、水循环系统以及增压器系统。这里所述的系统可由单个区或者也可由多个区组成。
根据一些实施方式，例如，可以在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中，使用电动机最大速度下的泵和功率曲线数据来实现本发明，所述泵和功率曲线数据可以包括由泵制造商公布的泵和功率曲线数据或者在现场在电动机全速下获取的泵数据的几个点。在这里，还可以用任何潜在的电或机械读出信号(诸如电动机电流或扭矩等)来替换电动机功率曲线数据。
根据一些实施方式，例如，可以在上述最佳拟合相似无传感器转换手段或技术中使用液体循环信号来实现本发明，其可包括泵差压、系统压力和区压力、系统或区流率等。
根据一些实施方式，例如，可以使用控制信号传输和布线技术来实现本发明，其可包括当前所使用的所有常规传感和传输手段。优选地，无线传感器信号传输技术将是最佳且适宜的。
根据一些实施方式，例如，可以针对液体循环泵浦系统使用上述泵来实现本发明，其可包括单个泵、循环泵、一组并行统调泵或循环泵、一组串行统调泵或循环泵或其组合。
根据一些实施方式，例如，可以使用系统流量调节来实现本发明，其可包括手动或自动控制阀、手动或自动控制循环泵或其组合。
上述实施方式是以示例的方式提供的，并且本发明的范围意图包括在本发明的精神内包括与本文中公开的一致的其它类型或种类的实施方式。
本发明的范围
应理解的是，除非在本文中另外说明，关于本文中的特定实施方式所描述的任何特征、特性、替换或修改还可以与在本文中所述任何其它实施方式一起应用、使用或与其结合。并且，本文中的图不一定按比例描绘。
虽然以示例的方式相对于离心泵描述了本发明，但本发明的范围意图包括将其相对于现在已知或者未来以后开发的其它类型或种类的泵使用。
虽然相对于本发明的示例性实施方式描述并举例说明了本发明，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行前述和各种其它添加和省略。

Claims (18)

1.一种用于泵压差和流量监视的装置，包括：
信号处理器或处理模块，其特征在于所述信号处理器或处理模块被配置成至少：
接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值以及还关于泵和系统特性等式及经验功率等式的信息，所述泵和系统特性等式及所述经验功率等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的；以及
基于接收到的所述信令来确定相应信令，所述相应信令包含关于在所述功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成求解电动机稳态条件下在所述泵或系统压力的平衡点处的泵压差和流率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成提供包含关于所述泵或系统压力和所述流率的信息的所述相应信令，包括针对泵压差和流率监视。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述相应信令包含用来控制液压循环泵浦系统的信息。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成求解在处于泵和系统压力的稳态平衡点处的泵或系统压力和流率，所述稳态平衡点位于所确定的泵和系统曲线函数的交叉点处。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成基于在电动机全速nmax下的泵曲线以及所述泵相似定律使用P＝f(Q，n)的多项式形式的近似，来确定或表示瞬时泵特性曲线，其为关于流率Q和电动机速度n的泵压差P。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成通过使用P＝f(Q，n)的泵压差函数以及随后的的系统流量等式来求解系统流率，其中Cv是系统系数。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成使用由分别如下针对泵流量、压差和电动机功率的等式所表示的泵相似定律：
Q/Qmax＝n/nmax,P/Pmax＝(n/nmax)2以及w/wmax＝(n/nmax)3。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成使用二阶最佳拟合相似泵曲线函数以及如下系统流量等式来推导所述系统流率：
其中，a、b和c是在电动机全速nmax下的所述二阶最佳拟合相似泵曲线函数的系数。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成使用如下等式(2)形式的泵压差函数P＝f(Q，n)：
P(n，Q)＝(aQ2+b(n/nmax)1Q+(n/nmax)2c)。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成通过使用拟合或内插技术并通过利用泵相似定律用公式表示给定电动机速度下的电动机功率w＝w(Cv，n)来重新构造相对于所述系统系数而言在最大速度下的电动机功率函数。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成使用二阶最佳拟合相似电动机功率函数，并且以如下等式的形式表达系统系数Cv：
其中，w是速度n下的电动机功率，A、B和C是相对于归一化系统系数而言的在电动机最大速度下的所述二阶最佳拟合相似电动机功率函数的系数。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成以如下等式的形式表达任何瞬时速度下的电动机功率函数w＝w(Cv，n)，：
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述信号处理器或处理模块被配置成以如下等式的形式将经修改相似定律用于电动机功率和速度表示：
其中，f*(n)是如下等式形式的三阶多项式近似形式的所述经修改相似定律：
f*(n)＝(A′(n/nmax)3+B′(n/nmax)2+C′(n/nmax)1+D′),
其中，A'、B'、C'和D'是相对于归一化电动机速度n/nmax而言在最大速度下被归一化的功率值的三阶最佳拟合功率函数的系数。
15.一种用于泵压差和流量监视的方法，其特征在于所述方法包括：
在信号处理器或处理模块中接收信令，该信令包含关于功率和速度的电动机读出值以及还关于泵和系统特性等式及经验功率等式的信息，所述泵和系统特性等式及经验功率等式是通过多项式最佳拟合函数以及泵相似定律基于由泵制造商公布的泵曲线而构造的；以及
在所述信号处理器或处理模块中基于接收到的信令来确定相应信令，所述相应信令包含关于在功率和速度的电动机读出值下的泵或系统压力和流率的信息。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法还包括在所述信号处理器或处理模块中求解电动机稳态条件下在所述泵或系统压力的平衡点处的泵压差和流率。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法还包括从所述信号处理器或处理模块提供包含关于所述泵或系统压力和所述流率的信息的所述相应信令，包括针对泵压差和流量监视。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述相应信令包含用来控制液压循环泵浦系统的信息。
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