CN113195898A - 体积流量确定 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有马达(M)的通风机的体积流量检测装置，该体积流量检测装置包括转速调节器(D)和至少一个微控制器(10)，其中，在微控制器的输入端上输入马达(M)的转速n作为数字信号形式的输入参量，以便借助存储在微控制器(10)的存储器中的模拟模型(SM)在设备(A)的确定的安装情况下确定由工作轮在该转速下产生的压力差Δp和在通风机的流动通道中的位置x上的体积流量ΔV/Δt，并且在与额定体积流量ΔV_额定/Δt有偏差时相应地通过转速调节器适配马达的转速n。

Description

体积流量确定

技术领域

本发明涉及一种无需体积流量传感器的用于确定通风机的体积流量的体积流量检测装置。

背景技术

为了通风机的体积流量调节，需要了解通风机产生的体积流量。例如当在空调空间中必须输送恒定的空气体积流量时，通风机的体积流量调节是重要的。此外，在纯净空间中，例如在半导体制造中，使用体积流量调节来控制空间的恒定的体积流量或恒定的过压。

由现有技术已知，基于所测量的体积流量来调节由风扇输出的体积流量。在此可能的是，在非常复杂的系统解决方案的范围内，通过变频器改变风扇马达的速度或者通过改变叶片位置来影响风扇或通风机的输送功率，并且因此影响体积流量，只要额定体积流量偏离实际体积流量即可。

用于体积流量调节的已知的可能性典型地使用传感器，该传感器布置在流动通道中与体积流量测量设备连接。

在此不利的是用于测量设备和传感器的附加成本、安装费用以及对空气流的负面影响，例如流动阻力的提高和出现的涡流。

发明内容

因此，本发明的任务在于，尤其是在省去干扰性的测量设备的前提下，避免上述缺点并且提供一种用于确定体积流量的更简单且成本更低的解决方案。

该任务通过根据权利要求1的特征组合来解决。

本发明的基本构思在于，模拟模型被用于借助微控制器由鼓风机或通风机的马达的转速n来求取体积流量，其中，将所述马达转速n用作用于计算的输入参量，由所述模型生成体积流量和压力差的确定，然后优选将从测量中求取的校正因子用于对测量结果和模拟进行平衡，以用于以预先给定的精度来确定体积流量。

在此，模拟包括以下四个部分：理想的压力产生、出现的损失的计算、根据压力和设备阻力(假定该设备阻力是已知的)来计算体积流量以及结果的校正。

因此，根据本发明提出一种具有马达的通风机的体积流量检测装置，该体积流量检测装置包括转速调节器和至少一个微控制器，其中，在微控制器的输入端上输入马达的转速n作为数字信号形式的输入参量，以便借助存储在微控制器的存储器中的模拟模型“SM”在设备的确定的安装情况下确定由工作轮在该转速下产生的压力差Δp和在通风机的流动通道中的位置x上的体积流量ΔV/Δt，并且尤其在与额定体积流量ΔV_额定/Δt有偏差时相应地通过转速调节器(优选迭代地)适配马达的转速n。

在本发明的优选的设计方案中规定，用于求取压力差Δp和体积流量ΔV/Δt的模拟模型“SM”包括用于工作轮的工作轮模型“LM”，其中至少马达的角频率ω用作输入参量。工作轮模型在此模拟在微控制器控制的电路装置中的通风机的工作轮。

然而，在将模拟结果与通风机上的测量进行比较时，随着体积流量的增加，显示了偏差的增加，因为出现的损失相应地更剧烈地波动。

因此，进一步有利的是，除了由模拟模型所求取的压力差Δp外，还在体积流量ΔV/Δt的体积流量确定中使用用于流动损失ΔV_损失/Δt的校正因子K，借助该校正因子校正实际的流动情况相对于理想的通风机特征曲线、也就是说在不存在通风机的流动损失的情况下的流动情况的偏差。

在本发明的另一有利的设计方案中规定，校正因子K作为压力损失系数ζ_a考虑至少由流动通道中的摩擦损失、冲击损失和间隙损失引起的损失，所述损失导致在设备的位置x处的体积流量偏差。

在压力损失系数ζ_a给定的情况下，在设备的模型中，根据在工作轮模型中计算的压力差，即“理想”压力减去压力损失，计算产生的体积流量。在此，该设备表示流体力学阻力，即体积流量与压力差之间的比例和运动空气的惯性，以便实现尽可能精确的结果。

因此进一步有利的是，校正因子K作为压力损失系数ζ_a(ΔV/Δ,n)与体积流量ΔV/Δt和转速n的函数基于利用所述通风机或相同结构的通风机执行的参考测量由所测得的压力差与所计算的压力差的商如下地确定：

K＝K(ζ_a)＝(Δp_额定/Δp_测量)。

在此，根据本发明规定，至少对于带有在500/min与1900/min之间的转速n的转速范围来求取校正因子K。

在优选实施方案中规定，工作轮模型相应地设计成使得包括损失ΔV_损失/Δt的总体积流量ΔV_总/Δt如下地求取：

ΔV_总/Δt＝ΔV_损失/Δt+ΔV/Δt。

本发明的另一方面涉及一种具有如前面所描述的体积流量检测装置的通风技术设备。

本发明的另一个方面涉及一种用于具有马达的通风机的体积流量检测的方法，该通风机包括转速调节器和至少一个微控制器，该方法具有以下步骤：

a.在微控制器的输入端上输入马达的转速n作为数字信号形式的输入参量

b.借助于存储在微控制器的存储器中的模拟模型“SM”确定在设备的确定的安装情况下在通风机的流动通道中的位置x上的由工作轮在该转速下产生的压力差Δp和体积流量ΔV/Δt，以及

c.在所求取的实际体积流量ΔV/Δt与额定体积流量ΔV_额定/Δt有偏差时，马达的转速n相应地通过转速调节器来适配。

在该方法的有利的改进方案中规定，在执行步骤a)至c)时将经适配的转速n重新用作输入参量，直至体积流量ΔV/Δt的偏差小于预先给定的允许的偏差值。也可以规定，在确定数量的迭代的校正步骤之后中断该过程并且将这样求取的用于求取的体积流量的值视为足够精确。

进一步有利的是，在求取体积流量ΔV/Δt时考虑校正值K，该校正值对应于与体积流量ΔV/Δt和转速n相关的压力损失系数ζ_a，并且基于利用所述通风机或相同结构形式的通风机执行的参考测量从测量的压力差与计算出的压力差的商如下确定该校正值：

K＝K(ζ_a)＝(Δp_额定/Δp_测量)。

本发明的其它有利的改进方案在从属权利要求中表明或者在下面与本发明的优选的实施方案的描述一起借助于附图更详细示出。

附图说明

示出了：

图1以四极表示方式示出模拟模型，

图2示出工作轮模型的信号流示图，

图3以四极表示方式示出工作轮模型，

图4示出用于设备的信号流示图，

图5是用于说明体积流量的测量与模拟之间的偏差的曲线图，

图6示出校正函数的曲线族的变化曲线，以及

图7示出将校正函数应用到所求取的模拟值上的结果的图示。

具体实施方式

下面借助于实施例参照图1至图7更详细描述本发明，其中，相同的附图标记表示相同的功能特征和/或结构特征。

在图1中以四极表示方式示出模拟模型SM，其中，所述模拟模型在此是具有以下部分的整体模型：通风机的转速调节器D、通风机的马达M、用于工作轮的工作轮模型LM和其中安装有通风机的设备A。

作为输入参量，在开始时将额定转速n_额定输入转速调节器D，该转速调节器调节用于马达M的相应的中间回路电压U_ZK。角频率ω(作为马达转速的参量)用作用于工作轮的工作轮模型LM的输入参量。由此求取在设备A中产生的压力差Δp和体积流量ΔV/Δt。

补充地示出，在信号调节回路中，在信号路径中求取的体积流量ΔV/Δt也又被引回到工作轮模型LM。

在图2中示例性地示出工作轮模型LM的信号流示图。为此，设置有微控制器10，在微控制器的输入端上输入马达M的转速n作为数字信号或角频率ω形式的输入参量，以便借助存储在微控制器2的存储器中的模拟模型SM在设备A的确定的安装情况下确定在通风机的流动通道中的在该转速下由工作轮产生的压力差Δp(在信号流示图中的输出端2上)。在输入端2上，除了角频率ω外，由微处理器10求取的压力差Δp求取体积流量ΔV/Δt作为另外的输入参量，并且将该输入参量作为输入参量再引导到微处理器10。

图4示出设备A的信号流示图。

在此，图2和图4中的块符号代表已知的和通用的部分，如积分器、增益、布尔和逻辑运算器、输入、输出等，如其例如作为MathWorks Simulink块符号或MathLab运算符已知的那样，其当前被示出用于对所示出的实施例的具体的调节区段进行建模。通过模拟模型可以验证具体的调节器设计并且自动地从中生成代码，因此不更详细探讨模拟模型中的各个块符号的更详细描述，因为其作用直接从模拟模型表示中得出。

图3以四极表示方式示出具有在极处的参量的工作轮模型的简化图：角频率ω、压力差Δp、体积流量ΔV/Δt和工作轮的扭矩M_V。示例性地示出损失和影响参量，如有限数量的叶片的影响、由于摩擦、冲击、转向和由于间隙所造成的损失。

图5示出用于说明体积流量的测量(两个曲线中的在视图中进一步向左延伸的曲线)与模拟(两个曲线中的在视图中进一步向右延伸的曲线图)之间的偏差的曲线图，所述曲线图示出所求取的压力差Δp与体积流量ΔV/Δt的相关性。

作为模拟的基础，为此使用ebm-papst公司的型号为R3G250RV8301的通风机。通过将模拟结果与在通风机上的测量进行比较，随着体积流量的增加显示了明显的和增加的偏差。

为了减小模拟与测量之间的偏差，使用了校正函数(如上文更详细描述的)，所述校正函数针对在500/min＜n＜1900/min的转速范围内的每个体积流量求取相应的校正因子。

在图6的图表中更详细示出校正因子或者说校正因子K的曲线族的变化曲线，其中，第三坐标轴考虑所述校正因子K与所述转速n的转速相关性。

通过将校正函数应用到模拟上，极大地减小了模拟的偏差。在图7的图表中可以看出，校正的结果(黑点线)仅还具有非常小的用于测量的偏差，其中，分别通入纵坐标轴中的、进一步朝向较高的体积流量范围的曲线是模拟曲线，而另一曲线相应是参考测量曲线。此外还要确定，模拟结果没有描绘出在测量的特征曲线中清楚示出的曲线拐点。在没有校正因子的情况下求取体积流量ΔV/Δt时的误差同样通过校正来消除。

本发明在其实施方案方面不限于上述优选的实施例。更确切地说，可以想到多种变型方案，该变型方案在原则上不同类型的实施方案中也使用所示的解决方案。

Claims (10)

1.一种具有马达(M)的通风机的体积流量检测装置，所述体积流量检测装置包括转速调节器(D)和至少一个微控制器(10)，其中，在所述微控制器的输入端上输入所述马达(M)的转速n作为数字信号形式的输入参量，以便借助存储在所述微控制器(10)的存储器中的模拟模型(SM)在设备(A)的确定的安装情况下确定由工作轮在所述转速下产生的压力差Δp和在通风机的流动通道中的位置x上的体积流量ΔV/Δt，并且在与额定体积流量ΔV_额定/Δt有偏差时相应地通过所述转速调节器(D)适配所述马达(M)的转速n。

2.根据权利要求1所述的体积流量检测装置，其特征在于，用于求取压力差Δp与体积流量ΔV/Δt的所述模拟模型(SM)包括工作轮模型(LM)，其中至少将所述马达(M)的角频率ω用作输入参量。

3.根据权利要求1或2所述的体积流量检测装置，其特征在于，除了由所述模拟模型求取的所述压力差Δp外，还在所述体积流量ΔV/Δt的体积流量确定中使用用于流动损失ΔV_i/Δt的校正因子K，借助所述校正因子在不考虑所述通风机的流动损失的情况下校正实际的流动情况相对于理想的通风机特征曲线的偏差。

4.根据权利要求3所述的体积流量检测装置，其特征在于，所述校正因子K作为压力损失系数ζ_a考虑在流动通道中的位置x上的由摩擦损失、冲击损失和间隙损失形成的损失。

5.根据权利要求3或4所述的体积流量检测装置，其特征在于，所述校正因子K作为压力损失系数ζ_a(ΔV/Δt,n)与所述体积流量ΔV/Δt和所述转速n的函数基于利用所述通风机或相同结构的通风机执行的参考测量由所测量的所述压力差与所计算的所述压力差的商如下地确定：

K＝K(ζ_a)＝(Δp_额定/Δp_测量)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的体积流量检测装置，其特征在于，所述工作轮模型被设计成使得包括所述损失的总体积流量被如下地求取：

ΔV_总/Δt＝ΔV_损失/Δt+ΔV/Δt。

7.一种空气技术设备(A)，具有根据前述权利要求1至6中任一项所述的体积流量检测装置(1)。

8.一种用于具有马达(M)的通风机的体积流量检测的方法，所述通风机包括转速调节器(D)和至少一个微控制器(10)，所述方法具有以下步骤：

a.在所述微控制器(10)的输入端上输入所述马达(M)的转速n作为数字信号形式的输入参量

b.借助于存储在所述微控制器(2)的存储器中的模拟模型(SM)确定在设备(A)的确定的安装情况下在所述通风机的流动通道中的位置x上的由所述工作轮在所述转速下产生的压力差Δp和体积流量ΔV/Δt

c.在所求取的实际体积流量ΔV/Δt与额定体积流量ΔV_额定/Δt有偏差时，所述马达的转速n相应地通过所述转速调节器来适配。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤a)至c)时将经适配的转速n重新用作输入参量，直至所述体积流量ΔV/Δt的偏差小于预先给定的允许的偏差值。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在求取所述体积流量ΔV/Δt时考虑校正值K，所述校正值对应于与所述体积流量ΔV/Δt和所述转速n相关的压力损失系数ζ_a(ΔV/Δt,n)，并且基于利用所述通风机或相同结构形式的通风机执行的参考测量从测量的压力差与计算出的压力差的商如下确定所述校正值：

K＝K(ζ_a)＝(Δp_额定/Δp_测量)。

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