CN108661891B - 一种低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法，包括如下步骤：步骤一、在计量泵驱动电机轴上安装磁钢，利用霍尔传感器检测流量；步骤二、计量泵出口管线上安装低成本的防腐PVC叶轮转子检测流量；步骤三、将两路流量信号比较，判断是否发生隔膜破损泄漏。本发明的低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法检测成本低，能够有效避免漏检或误报。

Description

一种低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法

技术领域

本发明涉及一种低成本检测技术，能够有效避免漏检或误报，特别是一种隔膜计量泵因隔膜破损而引起的泄漏故障检测方法。

背景技术

液体介质的投加是流程工业生产制备过程中以连续或间歇方式精确定量或精确配比添加各种化学药剂、确保产品质量的关键性生产工艺环节。液体投加装备以工业计量泵为核心，广泛应用于石油、化工、水处理、制药、食品、造纸等国民经济的重要工业领域。在流程工业中输送和投加的液体介质大都是强碱、强酸等强腐蚀性物质，通常采用具有防腐功能的隔膜计量泵输送、投加，如图1所示。

现有的隔膜计量泵存在的主要问题：其一是通过手轮以离线方式大致调节流量大小，无法实现在线精准调节，既不利于节能降耗，也难以保证产品质量；其二是工作现场存在强碱、强酸和有毒气体，环境恶劣，不便人工操作，因此，迫切需要实现流量的自动检测和调节。

为此，可通过变频技术调节驱动电机转速来间接调节流量的大小，也可通过测量电机转速和现场标定来间接测量流量。

由于隔膜计量输送强碱、强酸等强腐蚀性介质，当隔膜破损后，计量泵将无法按生产工艺要求输送所需的原料介质，不仅影响整个流程工业生产的正常运行，而且会造成严重的环境污染，特别是易爆易燃介质的泄漏还会导致安全事故发生。隔膜破损后，通过测量电机的转速将不能获得真实的流量。因此本发明采用一种低成本的技术方案解决隔膜破损故障的检测和报警。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法，包括如下步骤：

步骤一、在计量泵驱动电机轴上安装磁钢，利用霍尔传感器检测流量；

步骤二、计量泵出口管线上安装低成本的防腐PVC叶轮转子检测流量；

步骤三、将两路流量信号比较，判断是否发生隔膜破损泄漏。

进一步的，步骤一具体如下：

在三相异步电机转子轴上均匀安装M个永久磁钢，利用低成本的霍尔传感器检测电机转速；

设电机蜗轮蜗杆减速器的传动比为r，计量泵隔膜一个往复行程的容积变化量为ΔV，电机转速为n，则在稳态情况下，根据下式可计算体积流量：

假设在时间T内，电机专用数字信号控制器收到P个霍尔脉冲，则电机转速为

将(2)式代入(1)式，得到

令则

对于给定的泵，ΔV_r，M，T为常数；ΔV_r是驱动电机每转一圈的平均流量，在电机数字变频控制器的控制下使电机转R圈，在满管工况下，通过取样口得到L升液体，则

ΔV_r＝L/R (5)。

进一步的，步骤二具体如下：

在计量泵出口管线上安装一个低成本的PVC防腐材料制成的叶轮转子，出口流量驱动叶轮旋转，转子的转速与流量成比，同样在叶轮转轴上安装一个霍尔磁钢，用霍尔元件检测转子的转速，再通过标定可得到流量与转速的函数关系，由此计算出不同转速下的流量。

进一步的，步骤三具体如下：

将获得的两路流量信号，通过同构的数字低通滤波器LPF，得到相应的流量信号Q_h和Q_r，低通滤波器LPF可采用FIR线性相位数字滤波器，设其单位冲激响应为h(n)，0≤n≤N，这里N为单位冲激响应的长度，取h(n)满足下面偶对称条件

h(n)＝h(N-1-n)

则LPF具有线性相位

取h(n)满足下面奇对称条件

h(n)＝-h(N-1-n)

则LPF具有线性相位

当|e_q|＝|Q_h-Q_r|＞ε_th时，即可判断出现破裂泄漏故障，ε_th为给定的阈值。

本发明的低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法检测成本低，能够有效避免漏检或误报。

附图说明

图1是隔膜计量泵示意图；

图2是利用磁钢和霍尔传感器检测转速示意图；

图3是通过双路流量检测判断隔膜破损泄漏故障示意图.

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明包括以下内容：

1.在计量泵驱动电机轴上安装磁钢，利用霍尔传感器检测流量：

在三相异步电机转子轴上均匀安装M个永久磁钢，利用低成本的霍尔传感器检测电机转速，如图2所示。

设电机蜗轮蜗杆减速器的传动比为r，计量泵隔膜一个往复行程的容积变化量为ΔV(升)，电机转速为n(转/分)，则在稳态情况下，根据下式可计算体积流量：

假设在时间T(s)内，电机专用数字信号控制器收到P个霍尔脉冲，则电机转速为

将(2)式代入(1)式，得到

令则

对于给定的泵，ΔV_r是常数，M，T也为常数，因此，流量Q∝P。利用(4)式，通过检测时间T内的脉冲数，就可检测流量。由于隔膜计量泵本身具有防腐功能，因此，通过加装低成本的磁钢和霍尔传感器，通过算式(4)将其转变成低成本高性能防腐流量计，具有很高的性价比。

ΔV_r是决定流量精度的关键参数。虽然ΔV_r对于给定的泵是常数，但对于不同的泵(即使是同一批制造)由于存在制造误差，ΔV_r是不相同的。通过简便的标定，可确定ΔV_r。

ΔV_r是驱动电机每转一圈的平均流量，在电机数字变频控制器的控制下使电机转R圈，在满管工况下，通过取样口得到L升液体，则

ΔV_r＝L/R (5)

2.计量泵出口管线上安装低成本的防腐PVC叶轮转子检测流量

在计量泵出口管线上安装一个由低成本的PVC防腐材料制成的叶轮转子，出口流量驱动叶轮旋转，转子的转速与流量成比，同样在叶轮转轴上安装一个霍尔磁钢，用霍尔元件检测转子的转速，再通过标定可得到流量与转速的函数关系，由此可计算出不同转速下的流量。为了确保流量精度，采用分段线线化标定，可克服非线性对精度的不利影响。

3.两路流量信号比较，判断是否发生隔膜破损泄漏

对上述两种方法获得的流量信号，通过设计同构的数字低通滤波器LPF，得到相应的流量信号Q_h和Q_r，如图3所示。

图3中，低通滤波器LPF可采用FIR线性相位数字滤波器，设其单位冲激响应为h(n)0≤n≤N,这里N为单位冲激响应的长度，取h(n)满足下面偶对称条件

h(n)＝h(N-1-n)

则LPF具有线性相位

取h(n)满足下面奇对称条件

h(n)＝-h(N-1-n)

则LPF具有线性相位

当|e_q|＝|Q_h-Q_r|＞ε_th(给定的阈值)时，即可判断出现破裂泄漏故障。为了防止误判，采用故障记数器NFault对故障记数，在每个采样周期执行如下操作：

If|e_q|＝|Q_h-Q_r|＞ε_th,则NFault++；

Or NFault＝0；

If NFault≥NFAlarm,则故障标志位置1，发出报警方信号。

Claims (3)

1.一种低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法，包括如下步骤：

步骤一、在计量泵驱动电机轴上安装磁钢，利用霍尔传感器检测流量；

步骤二、计量泵出口管线上安装低成本的防腐PVC叶轮转子检测流量；

步骤三、将两路流量信号比较，判断是否发生隔膜破损泄漏；

步骤一具体如下：

在计量泵驱动电机轴上均匀安装M个永久磁钢，利用低成本的霍尔传感器检测电机转速；

设电机蜗轮蜗杆减速器的传动比为r，计量泵隔膜一个往复行程的容积变化量为ΔV，电机转速为n，则在稳态情况下，根据下式可计算体积流量：

假设在时间T内，电机专用数字信号控制器收到P个霍尔脉冲，则电机转速为

将(2)式代入(1)式，得到

令则

对于给定的泵，ΔV_r，M，T为常数；ΔV_r是驱动电机每转一圈的平均流量，在电机数字变频控制器的控制下使电机转R圈，在满管工况下，通过取样口得到L升液体，则

ΔV_r＝L/R (5)。

2.如权利要求1所述的低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法，其特征在于：步骤二具体如下：

在计量泵出口管线上安装一个低成本的PVC防腐材料制成的叶轮转子，出口流量驱动叶轮旋转，转子的转速与流量成比，同样在叶轮转轴上安装一个霍尔磁钢，用霍尔元件检测转子的转速，再通过标定可得到流量与转速的函数关系，由此计算出不同转速下的流量。

3.如权利要求1所述的低成本隔膜计量泵隔膜破损泄漏检测方法，其特征在于：步骤三具体如下：

将获得的两路流量信号，通过同构的数字低通滤波器LPF，得到相应的流量信号Q_h和Q_r，低通滤波器LPF可采用FIR线性相位数字滤波器，设其单位冲激响应为h(n)，0≤n≤N，这里N为单位冲激响应的长度，取h(n)满足下面偶对称条件

h(n)＝h(N-1-n)

则LPF具有线性相位

取h(n)满足下面奇对称条件

h(n)＝-h(N-1-n)

则LPF具有线性相位

当|e_q|＝|Q_h-Q_r|＞ε_th时，即可判断出现破裂泄漏故障，ε_th为给定的阈值。