CN1085330A - 产生并维持比例预先确定的流体混合物的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种根据流体的导电率测量值，产生和维持由两 种流体(如水和浓泡沫)组成的比例预先确定的混合 物的系统和方法。先设定代表比例预定的混合物的 设定点。接着用导电率探头和微处理机测量混合物 的导电率并将其与该设定点比较。控制阀连续地对 应于来自微处理机的信号根据导电率数值的比较进 行调节，从而维持比例预定的混合物。

Description

本发明涉及产生并维持比例预先确定的流体混合物，更具体地，涉及产生并维持由水和浓泡沫组成的比例恒定的混合物（尤其是用于消防设备中的）的系统及方法。

直接注射式泡沫与水的配比系统比起目前使用的平衡压力式系统、在线（in-line）注射器系统和围绕泵（around-the-pump）式的系统，具有多种优点。平衡压力系统需要比例控制器，此控制器在流量范围方面有限制并且通常会产生不期望的压力流失。在线注射器系统在流量方面也有限制，有背压容差，并且通常会引起压力损失达入口压力的30-40%。因为如果背压超过入口压力的65-70%的话，注射器将不能工作，因此，这类系统必须妥善地匹配于下游系统，以免产生过大的背压。如果实际的入口压力显著偏离其设计值时，其配比准确度便很差。围绕泵式的系统，则每当系统流量变化时都要对配比进行调节，而且如果泵的入口压力超过在该系统中使用的高容量喷射泵的许可背压的话，它将不能工作。对于在系统的某些排放点需要泡沫溶液而在另一些排放点需要水的系统，围绕泵式配比器不能使用。但是，它们仍有相当大的用途，尤其用于飞机事故救援车和市政消防车。

传统的直接注射系统使用桨轮型流量计测量水和浓泡沫的流速。接着，手动或自动调节浓泡沫的流量，与所期望的水流量百分数相配合。桨轮流量计受被测液体的粘度的影响，因此对于不同粘度的浓泡沫必须重新校准，并且不能用于具有非牛顿流变性的浓泡沫。这种类型的示范性系统在美国专利No.4，324，294和4，246，969中有所描述，这两个专利都是授予McLoughlin等人的，都是关于化学注射系统的。

本发明的一个目的是提供一种不依赖于流量或压力测量的配比系统，以产生比例恒定的流体混合物。

本发明的另一目的是提供一种系统，它能根据被混合的流体的电化学性能而产生比例恒定的两种流体的混合物。

本发明的又一目的是提供一种直接注射配比系统，它能基于水和浓泡沫的导电性质自动地将浓泡沫注入水流以达到预定的溶液百分比。

根据这些目的及其他目的，本发明提供了一种产生比例恒定的两种流体混合物的系统和方法。该系统包括有一种流体的供给源和另一种流体的供给源。预先确定的两种流体的一个混合比被先选定，测定此混合物的导电性能，作为使用时的设定点（值）。两种流体的导电性能也进行测量。接着根据它们测得的导电性能将两种流体混合，与设定点（值）比较，以产生所期望的比例恒定的混合物。接着，将此比例恒定的两种流体的混合物排放。

这个导电率配比方法不象传统的比例控制器所必然的那样依赖于流速或压力。导电率可以解决在很大范围流量内精确进行配比的问题。目前可得到的设备其操作调节范围约为8∶1，即设备的最大流量约为最小流量的八倍。例如，通过一个3英寸的比例控制器的代表性流量范围为150GPM至1200GPM。而许多系统需要在更大范围中进行操作，如30GPM至1200GPM或更高。已有的技术不得不在配比的精确度上进行折衷。某些系统在低流量时（低于标准流量范围）其配比会低于所期望的百分数（较贫），而另一些系统则在高流量时，其配比会高于所期望的百分数（较富）。

图1是本发明的比例恒定混合物配比系统的方块示意图。

图2是本发明的比例恒定混合物配比系统的另一可供选择的例子的方块示意图。

参见图1，该图显示了本发明的配比系统10。此系统包括一种流体的供给源12和另一种流体的供给源14。为说明起见，这两种流体可以分别为浓泡沫和水。浓泡沫和水可用常规设备例如泵（图中未示）进行驱动，分别沿着流径13和15。可以调节控制阀26令一预先确定量的浓泡沫注入水流中，以得到所需的溶液。阀26用接收由微处理机发出的信号的阀控制单元28进行自动调节。阀26的控制可以用电机械的、电气动的或者电液压的方式进行。来自供给源12的所期望量的浓泡沫与来自供给源14的水流，通过液流混合单元30进行混合。此后，浓泡沫和水的混合溶液通过排放装置32从系统中排放出去。

根据本发明，微处理机34对控制混合阀26调节的方式取决于被混合流体（在本例中是水和浓泡沫）的特定的电化学性能的测定。因为水和浓泡沫两者都是电解质，它们的化学组成使得它们能传导电流，即流体是导电性的。因此，有可能通过测量泡沫溶液的导电率，然后将其与所期望的预先确定的导电率进行比较，从而测出在水中的浓泡沫的百分浓度。随后，根据被比较的两个值调节混合物的比例。

如图1所示，T型连接16和18分别位于流经13和15上，用于将一部分流量的流体分流到一个低流量二元计量（metering）泵20的各自可调节的注射器（injector）22a和22b。计量泵20对每个喷嘴最好具有约2加仑/小时的最大泵流量。可调节的注射器（injector）22a和22b被操作者设定于所期望的混合比例，例如97份水对3份泡沫或者94份水对6份泡沫等等。计量泵从流径13和15中分别吸入所期望比例的水和浓泡沫，将其混合。浓泡沫和水的混合溶液然后排入样品容器24。在样品容器24中装有一导电率探头36，用于测量样品混合物的导电率。随后，探头36给微处理机34提供一显示导电率测量值的信号。可以理解，容器24可以配一个溢出阀（图中未标出）或一个通向排放装置32的排放路径（图中未标出），从而可以对水和浓泡沫进行连续取样。

来自位于泡沫溶液排放线31的导电率探头38的导电率测量信号同时被送至微处理机34。探头38所测量的是将在排放装置32处进行排放的溶液的同种导电率。微处理机对样品容器24中的样品混合物的导电率测量值和从系统实际排放出去的浓泡沫和水的混合物的导电率测量值进行比较。对应于比较的结果，微处理机产生一控制信号给控制单元28，从而适当调节控制混合阀26，使样品容器24中的样品溶液和在排放装置32将被排出的溶液的测量值之间的差别至少降至最低程度，更好是基本消除。本技术领域的技术人员会理解，微处理机34的程序可以编制得使测得的两个导电率所期望的符合程度是在某范围之内，而不是一个确切的数值，以防止控制混合阀不停地“摆动”。这个范围可以调节至所期望的任何准确度。

因为计量泵20是不断地对混合的浓泡沫和水进行采样，所以这一系统10能够进行瞬时调节以补偿所使用的水源中的变化或浓泡沫类型的变化。在操作过程中浓泡沫供应源若用不同牌号或类型的浓泡沫重新加入，因而具有不同于系统中原先使用的浓泡沫的导电性能的场合下，这一点是非常有好处的。对于水供应源也一样，因为不同的水源会提供具不同导电率的水。

本领域的技术人员会理解，可以对图1所示的系统10进行改动，使系统对于与水流混合的浓泡沫具有多个注射点和多个泡沫溶液排放装置。也可以修改系统10使多个注射点的每一个都有专用的控制混合阀和排放物导电率探头。常规的微处理机的设计和程序编制可以允许操作者在某些排放点选择泡沫溶液，而在另一些排放点选择水。此外，可以使用多个样品容器，以便于多个排放装置中的每一个各能排放具有不同混合比的泡沫溶液。而且，微处理机34的程序编制能够显示即时的混合比，以便操作者对一个或多个控制混合阀进行手动调节。

再参见图2，该图显示了本发明的另一可供选择的例子中的比例恒定的混合系统40。与图1的系统10相似，此图的系统40包括浓泡沫的供给源12，它通过流径13与控制混合阀26相连。控制混合阀将由微处理机34确定的预定量的浓泡沫提供给来自水源14的水，在流动混合单元30相混合，微处理机34是控制阀控制单元的。浓泡沫和水的溶液则由排放装置32从系统排出。

比例选择装置42用以设定在所期望的浓泡沫与水的配比百分数，并将该百分数存储于微处理机34中。导电率探头44置于来自浓泡沫供应源12的流径13上，供测量浓泡沫的导电率之用，并将表示该导电率的信号传给微处理机。类似地，导电率探头46置于水的流径15上，以测量水的导电率并将其值传给微处理机。微处理机34将测得的水和浓泡沫的导电率与由比例选择装置42设定的所期望的混合百分比进行比较。然后由微处理机确定系统40所产生的具有正确比例比率的溶液所需的导电率。导电率探头38则为微处理机提供表示排放溶液的导电率的信号。微处理机34随后将所期望的，预先确定的导电率与被排放溶液的真实导电率相比较，从而提供一信号给控制单元28以调节控制阀26，从而将被比较的数值之间的差别降至最低以提供具有正确配比的溶液。

Claims (30)

1、一种用于维持比例预先确定的两种流体组成的混合物的系统，该混合物沿一共同的流径流动，其特征在于，所述的系统包括：

用于设定代表所述的比例预先确定的混合物的导电率的设定点(值)的装置；

用于测量沿所述流径流动的混合物的导电率，并将它与所述的设定点相比较，从而产生代表其间任何差异的控制信号的装置；

对应于所述的控制信号，调节所述两流体的混合物的配比，从而最大限度降低所述差异的装置。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于按照所述的预定的混合物的比例，将所述的两种流体的样品混合物进行混合的装置。

3、如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括用于测量所述的两种流体的所述混合物样品的导电性能的装置。

4、如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括用于测量所述的比例预先确定的混合物的导电性能的装置。

5、如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的样品混合装置包括一个低流量二元计量泵和与每个所述的流体相连的可调节的注射器（injector）。

6、如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的测量装置至少包括一个导电率探头。

7、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的调节装置包括一个可调节的控制阀。

8、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的测量和比较装置包括一个微处理机。

9、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的流体是水和浓泡沫。

10、如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于单独测量每一种所述流体的导电性能的装置。

11、如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括用于测量比例预定的混合物的导电性能的装置。

12、如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述的测量装置至少包括一导电率探头。

13、如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述的用于测量和比较的装置包括一个微处理机。

14、一种用于维持比例预先确定的两种流体组成的混合物的方法，混合物沿一共同的流径流动，其特征在于所述的方法包括下列步骤：

设定代表所述的比例预定的混合物的导电率的设定点（值）;

测量沿所述流径流动的混合物的导电率并与所述的设定点相比较，从而产生代表其间任何差异的控制信号;

对应于所述的控制信号，调节所述流体的混合物的配比，从而最大限度地降低所述的差异。

15、一种产生两种流体组成的比例恒定的混合物的系统，其特征在于，该系统包括：

用于提供所述的某一种流体的装置;

用于提供所述的另一种流体的装置;

用于设定所述的两种流体的预定的混合比的设定装置;

用于测量所述的两种流体的导电性能的测量装置;

用于根据测得的导电性能将两种流体进行混合，从而产生所述的比例恒定的混合物的混合装置;

用于排放所述的比例恒定的所述两种流体的混合物的排放装置。

16、如权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括用于按所述的预定的混合比混合所述两种流体的混合物样品的样品混合装置。

17、如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的测量装置包括用于测量所述的两种流体组成的所述的混合物样品的导电性能的测量装置。

18、如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述的测量装置还包括用于测量所述的被排放的两种流体的比例恒定的混合物的导电性能的排放物测量装置。

19、如权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括用于根据所述的测量装置测得的导电率测量值控制所述混合装置的控制装置，以便维持被排放的所述两种流体组成的混合物在预定的配比。

20、如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述的样品混合装置包括一低流量的二元计量泵和可调节的两个注射器，它们分别与所述的两个流体供给源相连，从而在样品容器中产生混合物样品。

21、如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述的测量装置包括至少一个导电率探头。

22、如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述的混合装置包括一个可调节的控制阀。

23、如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述的控制装置包括一个微处理机。

24、如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述的两种流体是水和浓泡沫。

25、如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述的测量装置包括用于分别测量所述的两种流体的导电性能的两个流体测量装

26、如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述的测量装置还包括用于测量被排放的由所述的两种流体组成的所述的比例恒定的混合物的导电性能的排放物测量装置。

27、如权利要求26所述的系统，其特征在于，还包括用于根据所述的测量装置测得的导电率测量值控制所述的混合装置的控制装置，为的是维持被排放的所述两种流体组成的混合物在预先确定的配比。

28、如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述的测量装置包括至少一个导电率探头。

29、如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述的控制装置包括一个微处理机。

30、一种产生两种流体组成的比例恒定的混合物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

提供所述的某一种流体;

提供所述的另一种流体;

设定所述的两种流体的预定的混合配比;

分别测量所述的两种流体的导电性能;

根据测得的导电性能将所述的两种流体进行混合以产生所述的比例恒定的混合物。

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