CN110905830B - 一种智能化电子式真空引水控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化电子式真空引水控制器，所述控制器包括流量开关装置，用于根据泵站中真空管路中的流体流态自动控制泵站主机组的开启，所述流量开关装置包括检测单元和微处理单元，所述检测单元包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和加热元件，所述第一电阻和第二电阻为热敏电阻，所述加热元件对所述第二电阻进行加热，所述第一电阻和第三电阻串联后与串联的第二电阻和第四电阻并联，通过检测所述第一电阻和第二电阻之间的温度差检测所述真空管路中的流体流态。本发明采用流量开关装置精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动。

Description

一种智能化电子式真空引水控制器

技术领域

本发明涉及真空引水控制器技术领域，具体是指一种智能化电子式真空引水控制器。

背景技术

随着各个领域的技术水平不断提高，促进了泵站技术的飞速发展。现在的泵站已经脱离了以前那种粗犷的管理模式，正在向着自动化、安全化、可靠化、节能化发展。所以，要求泵站的控制技术有一个真正的实际提升。离心泵站机组自动抽真空开机系统就是其中最重要的例证。离心式水泵启动前应将进水流道和泵体内充满水，通过叶轮旋转产生的离心力作用形成从水泵的进水口到出水口连续的水流，离心泵的启动过程完毕，进入正常的运行过程。一般多数泵站采用真空管路加装真空引水控制器与机组主电机控制开关联动的启动方法。

现有的真空引水控制器的大致结构为金属管内置干簧管节点和磁性浮漂，当泵体和管路内有气体存在时，此时浮漂不移动，干簧管内接点处于常开状态。当泵体和管路内充满水且空气被排出后，真空引水控制器内充水，此时浮漂浮起，干簧管常开接点闭合，发出开机信号，启动主机组。

虽然现有的离心机启动有了一定的自动化程度，但是，由于结构特点和整个系统的精度和可靠度的要求，影响了泵站工作的实际效果。具体地，主要是真空临界点引水控制器误动或真空形成后拒动问题。由于水泵内即将达到真空临界点时，管路中的气水混合物进入真空引水控制器，托起内部浮子，接通引水接点，启动真空形成并启动电器，进而接通主机组开机回路，造成不完全真空的情况下主机组误启动，水泵不能出水，从而增加了机组的启动次数，降低了自动开机的成功率；由于真空引水控制器使用时间过长、内部锈蚀、杂物堵塞，造成其内此行浮漂不能上浮，真空形成后引水接点不能闭合，不能正常开机启动。

基于此，现在的离心泵自动开机系统存在一定的不足，需要加以改进，以达到系统稳定、工作可靠、操作方便快捷的要求。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种智能化电子式真空引水控制器，通过采用新型电子式管道流量传感器和处理装置，精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

本发明提供了一种智能化电子式真空引水控制器，所述控制器包括流量开关装置，用于根据泵站中真空管路中的流体流态自动控制泵站主机组的开启，所述流量开关装置包括检测单元和微处理单元，所述检测单元包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和加热元件，所述第一电阻和第二电阻为热敏电阻，所述加热元件对所述第二电阻进行加热，所述第一电阻和第三电阻串联后与串联的第二电阻和第四电阻并联，通过检测所述第一电阻和第二电阻之间的温度差检测所述真空管路中的流体流态。

可选地，所述第一电阻和所述第三电阻之间为C节点，所述第二电阻和所述第四电阻之间为B节点，所述C节点和B节点分别连接一放大器的两个输入端，所述放大器的输出端经模数转换器后连接所述微处理单元的输入端。

可选地，所述流量开关装置还包括带通滤波器和整型电路，所述放大器的输出经所述带通滤波器去除杂波后再经过所述整型电路处理后，得到脉冲信号，进入所述模数转换器。

可选地，所述流量开关装置还包括延时控制模块和输出控制模块；

所述微处理单元获取到所述模数转换器输出的电压信号时，判断所述电压信号是否达到预设阈值，如果未达到，则所述微处理单元控制所述延时控制模块开始计时，且计时范围内，所述微处理单元不向所述输出控制模块发出控制信号，所述微处理单元判断所述电压信号低于预设阈值时，控制所述延时控制模块停止计时，并将计时清零，所述延时控制模块计时达到预设时间阈值时，所述微处理单元向所述输出控制模块发出控制信号，所述输出控制模块向泵站的主机组的自动开机回路发出开机信号，启动所述主机组。

可选地，所述流量开关装置还包括状态显示模块，所述状态显示模块用于显示所述真空管路中的流体流态。

可选地，所述状态显示模块包括至少一个LED灯。

可选地，所述流量开关装置的工作电源连接于真空管路的电磁阀线圈，且所述流量开关装置与所述真空管路的电磁阀线圈并联。

可选地，所述流量开关装置包括五根出线：第一出线、第二出线、第三出线、第四出线和第五出线，所述第一出线和所述第二出线连接于真空管路的电磁阀线圈，所述电磁阀线圈通电后通过所述第一出线和所述第二出线向所述流量开关装置供电，所述第三出线和所述第四出线为一继电器的常开节点，所述继电器串联于所述泵站的主机组的自动开机回路，所述微处理单元控制所述泵站的主机组的自动开机回路开启时，所述继电器闭合，所述第五出线与所述状态显示模块相连接。

可选地，所述流量开关装置设置于所述泵站的水泵的蜗壳顶部的抽真空出口管路的顶端，所述第一电阻和第二电阻设置于所述抽真空出口管路中。

可选地，所述抽真空出口管路中有一段为可视透明管路，所述流量开关装置设置于所述可视透明管路处。

本发明采用流量开关装置精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动；采用惠斯通电桥可以达到很高的一致性，由于惠斯通电桥的高可靠性，决定了流量传感器的稳定性和可靠性，在此基础上进行相应的优化设计和组合，可以制作出结构紧凑、安装方便、耐腐蚀性强、工作稳定、有较强的抗震和抗干扰能力、灵敏度高、输出稳定、线性好、适用范围广的真空引水控制器；可控的延时控制模块有效地克服了假水位造成的控制误动作，使得控制更加可靠。

附图说明

图1为本发明一实施例的智能化电子式真空引水控制器的流量开关装置的结构框图；

图2为本发明一实施例的智能化电子式真空引水控制器的流量开关装置的检测单元的电路示意图；

图3为本发明一实施例的智能化电子式真空引水控制器的流量开关装置的微处理单元和其他各个模块的电路示意图；

图4为本发明一实施例的智能化电子式真空引水控制器的流量开关装置的出线示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

真空引水控制器是决定自动开机成功与否的关键。要求在水泵及管道内充气排气过程彻底完成后立即给出一个开关量信号，启动主电机组件，主电机启动运转。要求结构紧凑、安装方便、耐腐蚀性强、工作稳定，有较强的抗震和抗干扰能力，灵敏度高、输出稳定、无颤动。

由于真空引水控制器的主要任务是判断水泵内的充水状态，所以，可以把水泵内的充水状态转变为判断真空管路中的液体流量。当水泵中充水未满时，管路中为空气流动；当水泵内充水已满时，真空管路中为水的流动。由于水泵的结构和管路安装等原因，水泵在抽真空过程中，环境中的空气沿水泵密封处和管道泄露处进入泵体，抽出的空气量大于泄露的空气量，所以，泵体内的空气逐渐减少，水逐渐增多，另外，水泵内的水随着抽真空的进行，进入泵体内的水还会产生一定的震荡，在达到一定的程度的时候，会随着抽出的空气一起，进入真空管路中，形成气水混合物，这就是水泵的真空临界点，也就是假真空或不完全真空。若此时启动水泵，水泵运转后不会正常出水，造成机组启动失败。这也就是现有技术中水泵机组容易启动失败的原因。

如图1～2所示，基于将判断水泵中真空程度归结为判断真空管路中的水的流量的思路，本发明提供了一种智能化电子式真空引水控制器，所述控制器包括流量开关装置，用于根据泵站中真空管路中的流体流态自动控制泵站主机组的开启，所述流量开关装置包括检测单元和微处理单元，所述检测单元包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和加热元件，所述第一电阻和第二电阻为热敏电阻，所述加热元件对所述第二电阻进行加热，所述第一电阻和第三电阻串联后与串联的第二电阻和第四电阻并联，通过检测所述第一电阻和第二电阻之间的温度差检测所述真空管路中的流体流态。由于惠斯通电桥的高可靠性，决定了流量传感器的稳定性和可靠性，在此基础上进行相应的优化设计和组合，可以制作出结构紧凑、安装方便、耐腐蚀性强、工作稳定、有较强的抗震和抗干扰能力、灵敏度高、输出稳定、线性好、适用范围广的真空引水控制器。

如图2所示，在该实施例中，所述第一电阻和所述第三电阻之间为C节点，所述第二电阻和所述第四电阻之间为B节点，所述C节点和B节点分别连接一放大器的两个输入端，所述放大器的输出端经模数转换器后连接所述微处理单元的输入端。该实施例的流量开关装置采用电极传感器，基于热传导原理(热交换/热损失过程)，其内部使用两个热敏电阻第一电阻R1和第二电阻R2，和流量开关装置的内部电阻：第三电阻R3和第四电阻R4一起构成一个惠斯通电桥。第一电阻R1测量真空管路中流动的介质温度，第二电阻R2连接在加热元件R上。上电后，加热元件R工作，导致两个标准电阻R1、R2之间产生温度差。当介质不流动时，这个差值是恒定的。如果介质流动，加热元件R上的热量将被带走，并且温度降低。两个热敏电阻：第一电阻R1和第二电阻R2的电压的变化会使测量电桥上B、C的电压也立即变化。电压的变化表示实时流速的变化。

在该实施例中，所述流量开关装置还包括带通滤波器和整型电路，所述放大器的输出经所述带通滤波器去除杂波后再经过所述整型电路处理后，得到纯净的脉冲信号，进入所述模数转换器，由模数转换器进行模数转换后进入所述微处理单元。图2中的A/D即表示模数转换器。

在该实施例中，所述流量开关装置还包括延时控制模块和输出控制模块；

所述微处理单元获取到所述模数转换器输出的电压信号时，判断所述电压信号是否达到预设阈值，如果未达到，则所述微处理单元控制所述延时控制模块开始计时，且计时范围内，所述微处理单元不向所述输出控制模块发出控制信号，所述微处理单元判断所述电压信号低于预设阈值时，控制所述延时控制模块停止计时，并将计时清零，所述延时控制模块计时达到预设时间阈值时，所述微处理单元向所述输出控制模块发出控制信号，所述输出控制模块向泵站的主机组的自动开机回路发出开机信号，启动所述主机组，水泵出水。可控的延时控制模块有效地克服了假水位造成的控制误动作，使得控制更加可靠，还可以克服液体的泡沫所造成的假液体位的影响。

微处理单元与整流、滤波、延时控制模块和输出控制模块之间的连接方式如图3所示。

在该实施例中，所述流量开关装置还包括状态显示模块，所述状态显示模块用于显示所述真空管路中的流体流态。所述状态显示模块包括至少一个LED灯。在该实施例中，所述流量开关装置的外壳面板上安装有两个LED指示灯，指示真空管路内水流状态。通过两个LED指示灯高亮指示，使得操作者能够远距离观测到现场控制状态，有效地减轻了操作工的劳动强度。流量开关装置的外壳可以采用全合金，整体成型，无活动部件，从而实现了免维护。

由于该流量开关装置本身并没有使用电感元件，所以，不会受到主电机的磁场影响，增加了抗干扰性能。该流量开关装置的控制部分和检测部分高度集成，采用AC200V供电，增加适用范围，减少了输出电缆的芯数。在该实施例中，所述流量开关装置的工作电源连接于真空管路的电磁阀线圈，且所述流量开关装置与所述真空管路的电磁阀线圈并联。

如图4所示，在该实施例中，所述流量开关装置包括五根出线：第一出线(红)、第二出线(黑)、第三出线(蓝)、第四出线(黄)和第五出线(白)，所述第一出线和所述第二出线连接于真空管路的电磁阀线圈，所述电磁阀线圈通电后通过所述第一出线和所述第二出线向所述流量开关装置供电，所述第三出线和所述第四出线为一继电器的常开节点，所述继电器串联于所述泵站的主机组的自动开机回路，所述微处理单元控制所述泵站的主机组的自动开机回路开启时，所述继电器闭合，所述第五出线与所述状态显示模块相连接。

在该实施例中，所述流量开关装置设置于所述泵站的水泵的蜗壳顶部的抽真空出口管路的顶端，所述第一电阻和第二电阻设置于所述抽真空出口管路中。具体地，在管路的顶端和真空管路的电磁阀线圈的通路上，安装真空引水控制器，其200V交流电源并接于与之相通的电磁阀线圈上，与电磁阀同时工作，检测水泵内的真空形成情况，适时准确地发出开机信号，保证开机成功率。该实施例采用交变电压给电极供电，克服了直流电压供电所产生的电蚀现象，有效地提高了电极的寿命，降低了运行维度费用。

由于所述流量开关装置安装在机组的水泵蜗壳顶部抽真空出气口，要直接承受水泵的震动考验。管道安装的接口要有足够的强度，因此，所述真空引水控制器的外壳采用全合金，整体成型，无活动部件，实现了免维护。考虑到真空引水控制器的探头直接与管道内的水体接触，而且探头为主要感温测量元件，所以，要求选用导热好、耐腐蚀性强的1Gr18Ni9Ti优质奥氏不锈钢材质。

该真空引水控制器的运行环境空气湿度大，夏季电机运转产生的热量造成环境温度很高，因此，该实施例采用内置发热模块，对内部每只电阻都进行温度补偿，保障了各个电阻的工作一致性，避免温度漂移带来的误差。

在该实施例中，所述抽真空出口管路中有一段为可视透明管路，所述流量开关装置设置于所述可视透明管路处，使得对抽真空出口管路中的状态的观察更加一目了然，可以直接观看真空是否形成和管路中是否有堵塞，为手动开机提供判断依据。这样就避免了手动开机时因真空时间过长，使真空泵超负荷运行出现故障。

本发明采用流量开关装置精确测量真空管道内液体流量数值，判断真空度，以便正确发出开机指令，避免误动和拒动；采用惠斯通电桥可以达到很高的一致性，由于惠斯通电桥的高可靠性，决定了流量传感器的稳定性和可靠性，在此基础上进行相应的优化设计和组合，可以制作出结构紧凑、安装方便、耐腐蚀性强、工作稳定、有较强的抗震和抗干扰能力、灵敏度高、输出稳定、线性好、适用范围广的真空引水控制器；可控的延时控制模块有效地克服了假水位造成的控制误动作，使得控制更加可靠。

现有的真空开机系统开机成功率很低，根据历史数据统计，此类真空开机系统的开机成功率只有35％～40％，因此有时开启一台泵要开三次甚至三次以上才能成功开启，开启一次要耗电78度，开启三次就要耗电234度，每度电按照0.8元计算，需要187.2元。由此可见，多开两次机就要多耗费124.8元钱。一年一台泵要开50次，就可能浪费6240元。在泵数量很大时，造成的经济损失则更大。此外，多次开机也增加了泵站机组的冲击损耗，每次启动都对电机、水泵以及管路产生很大的冲击，降低了机组和真空系统有效的使用寿命，增加了维修成本。由于启动时间延长，也降低了供水保障率。由于泵站与用户之间为刚性供水，中间又有中继泵站，推迟开机时间将影响整体供水的协调性。而通过本发明的智能化电子式真空引水控制器，保证一次就可以开启成功，一台泵一年至少可以节省6000多元，大大降低了成本。并且本发明的真空引水控制器中结构稳定，安装方便，维修简单，即可以降低采购成本，也可以大大节省后期维护和维修的费用，具有很好的市场前景。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (2)

1.一种智能化电子式真空引水控制器，其特征在于，所述控制器包括流量开关装置，用于根据泵站中真空管路中的流体流态自动控制泵站主机组的开启，所述流量开关装置包括检测单元和微处理单元，所述检测单元包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和加热元件，所述第一电阻和第二电阻为热敏电阻，所述加热元件对所述第二电阻进行加热，所述第一电阻和第三电阻串联后与串联的第二电阻和第四电阻并联，通过检测所述第一电阻和第二电阻之间的温度差检测所述真空管路中的流体流态；

所述第一电阻和所述第三电阻之间为C节点，所述第二电阻和所述第四电阻之间为B节点，所述C节点和B节点分别连接一放大器的两个输入端，所述放大器的输出端经模数转换器后连接所述微处理单元的输入端；

所述流量开关装置还包括带通滤波器和整型电路，所述放大器的输出经所述带通滤波器去除杂波后再经过所述整型电路处理后，得到脉冲信号，进入所述模数转换器；

所述流量开关装置还包括延时控制模块和输出控制模块；

所述微处理单元获取到所述模数转换器输出的电压信号时，判断所述电压信号是否达到预设阈值，如果未达到，则所述微处理单元控制所述延时控制模块开始计时，且计时范围内，所述微处理单元不向所述输出控制模块发出控制信号，所述微处理单元判断所述电压信号低于预设阈值时，控制所述延时控制模块停止计时，并将计时清零，所述延时控制模块计时达到预设时间阈值时，所述微处理单元向所述输出控制模块发出控制信号，所述输出控制模块向泵站的主机组的自动开机回路发出开机信号，启动所述主机组；

所述流量开关装置的工作电源连接于真空管路的电磁阀线圈，且所述流量开关装置与所述真空管路的电磁阀线圈并联；

所述流量开关装置包括五根出线：第一出线、第二出线、第三出线、第四出线和第五出线，所述流量开关装置还包括状态显示模块，所述状态显示模块用于显示所述真空管路中的流体流态，所述第一出线和所述第二出线连接于真空管路的电磁阀线圈，所述电磁阀线圈通电后通过所述第一出线和所述第二出线向所述流量开关装置供电，所述第三出线和所述第四出线为一继电器的常开节点，所述继电器串联于所述泵站的主机组的自动开机回路，所述微处理单元控制所述泵站的主机组的自动开机回路开启时，所述继电器闭合，所述第五出线与所述状态显示模块相连接；

所述流量开关装置设置于所述泵站的水泵的蜗壳顶部的抽真空出口管路的顶端，所述第一电阻和第二电阻设置于所述抽真空出口管路中；所述抽真空出口管路中有一段为可视透明管路，所述流量开关装置设置于所述可视透明管路处。

2.根据权利要求1所述的智能化电子式真空引水控制器，其特征在于，所述状态显示模块包括至少一个LED灯。

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