CN114026330B - 流体泵 - Google Patents

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Abstract

一种流体泵(100)，包括流体入口(104)、流体通道(108)、流体出口(106)、电机(114)、一对电极(128)、电容传感器(124)和电流传感器(120)。流体泵(100)配置为监控第一信号和第二信号。流体泵(100)还配置为基于第一信号和第二信号中的至少一个而被控制。电容传感器(124)包括与流体通道(108)流体地联接的监控室(126)。监控室(126)至少部分地填充有气体。基于流体泵(100)的操作模式，监控室(126)允许气体由从流体通道(108)流入到监控室(126)中的流体至少部分地取代。一对电极(128)与监控室(126)相关联。一对电极(128)之间的第二信号指示流体通道(108)内的流体压力。

Description

流体泵
技术领域
本公开涉及一种流体泵，并且更具体地涉及该流体泵的操作方面。
背景技术
通常，用于泵送流体的流体泵可以包括自动操作模式。在许多情况下，流体泵可包括机电传感器以检测流体泵的用于流体泵的自动操作模式的多个操作参数。例如，流体泵可以包括用于检测流体泵的流速的流速计、用于检测流体泵的压力的压力开关等。
然而，此类机电传感器所包括的运动部件可能具有有限的工作寿命，进而降低产品可靠性。此外，由于运动部件，机电传感器可能使得流体泵增加相当大的体积，进而增加占用空间并限制便携性。另外，机电传感器可能对流体中的污染物(诸如碎屑、悬浮颗粒等)敏感，从而降低灵活性和易用性。
在由美国专利申请第2011/0110794号提供的实例中公开了一种电容传感器。传感器壳体限定第一腔以及通过桥接构件连接至第一腔的第二腔。电容器具有设置在传感器壳体的第一腔和第二腔内的第一电极和第二电极。电介质连接第一电极和第二电极以形成具有可检测电容的电容器。该电介质具有由绝缘材料制成的第一部分和由流体制成的第二部分，该流体的水平高度相对于绝缘材料改变，这引起电容器内的电容的改变。
因此，需要一种用于这种应用的改进的流体泵。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的是解决或至少减缓上述缺点。该目的至少部分地通过根据本发明的实施例的流体泵来实现。流体泵包括流体入口。流体泵包括与流体入口流体地联接的流体通道。流体泵包括配置为将流体通过流体入口泵送到流体通道的电机。流体泵包括与流体通道流体地联接的流体出口。流体泵包括具有第一电极和第二电极的一对电极。该流体泵包括电流传感器，该电流传感器配置成产生指示被供应至电机的电流的第一信号。流体泵还包括电容传感器，该电容传感器配置为产生指示一对电极之间的电容的第二信号。流体泵配置为监控第一信号和第二信号。流体泵配置为基于第一信号和第二信号中的至少一个而被控制。电容传感器包括与流体通道流体地联接的监控室。监控室至少部分地填充有气体。基于流体泵的操作模式，监控室允许气体由从流体通道流入到监控室的流体至少部分地取代。一对电极与监控室相关联。这一对电极之间的第二信号指示流体通道内的流体压力。如此，流体泵能够基于全电子化的感测和过程来决定操作模式，而不需要使用任何机械运动部件，进而减少运动部件并消除运动部件(诸如流速计)对流体中存在的污染物的敏感性问题。在本公开的上下文中，术语气体还指空气，并且术语流体可以指液体介质或气体介质两者。
根据本发明的实施例，电容传感器还包括与流体通道流体地联接的隔膜。隔膜适于基于隔膜内的流体压力在监控室内移动，并且更具体地，基于隔膜的一侧上的流体压力而在监控室内移动。如此，该隔膜为存在于流体通道中的流体与存在于监控室中的气体之间提供流体密封的分离部，从而限制流体从监控室泄漏。
根据本发明的实施例，监控室具有基本上为柱形的构造。如此，柱形的构造可以使得隔膜延伸到监控室中。
根据本发明的实施例，该电容传感器还包括与流体通道流体地联接的监控室。在有利的实施例中，监控室的一端具有基本上球形的构造，该构造接收由于流体压力而由隔膜取代的气体。如此，延伸室减少了监控室内在隔膜的外侧聚集的气体压力，因此便于隔膜的延伸和流体进入到监控室中。
根据本发明的实施例，第一信号指示通过流体通道的流体的流动。如此，电流传感器设置成消除为了识别流体的流动而设置的运动部件(诸如流速计)，进而降低流体泵对流体中的污染的敏感性。
根据本发明的实施例，流体泵还包括与电容传感器和电流传感器中的每个都可通信地联接的控制器。控制器配置为接收来自电流传感器的第一信号。控制器配置为接收来自电容传感器的第二信号。控制器配置为基于所接收的第一信号识别通过流体通道的流体的流动。控制器还配置为基于所接收的第二信号识别流体通道内的流体压力。控制器还配置为基于所识别的流体的流动和所识别的流体压力决定流体泵的操作模式。如此，控制器、电流传感器和电容传感器中的每个都使得能够在无需使用任何机械运动部件的情况下完全电子化地确定流体泵的操作模式，进而降低了系统成本并且增加了可靠性。
根据本发明的实施例，流体泵包括与电容传感器可通信地联接的转换模块。转换模块配置为接收来自电容传感器的第二信号。转换模块还配置为将第二信号转换为第一频率信号。在其他实施例中，流体泵还包括与转换模块可通信地联接的频率计数器。频率计数器配置为接收来自转换模块的第一频率信号。频率计数器还配置为对第一频率信号的数量进行计数。频率计数器还配置为产生指示第一频率信号的数量的第二表示信号。流体泵还可以包括与频率计数器可通信地联接的控制器。该控制器配置为接收来自频率计数器的第二频率信号。控制器还配置为基于所接收的信号来识别流体通道内的流体压力。控制器还配置为基于所识别的流体的流动和所识别的流体压力来决定流体泵的操作模式。如此，控制器、电流传感器、电容传感、转换模块和频率计数器中的每个都使得能够在无需使用任何机械运动部件的情况下完全电子化地确定流体泵的操作模式，进而降低了系统成本并且增加了可靠性。
根据本发明的实施例，对监控室内具有的环境压力的识别指示流体泵的空运行模式和储存模式中的一者。在实施例中，识别出第一信号为非零的指示流体泵的空运行模式。本发明的一个实现模式可以使得识别出第一信号为零指示流体泵的储存模式。如此，流体泵使得能够在无需使用任何机械运动部件的情况下完全电子化地确定流体泵的操作模式，进而降低了系统成本、体积和复杂性，并且增加了可靠性。
根据本发明的实施例，识别出监控室内具有第一压力指示流体泵的低压模式，使得该第一压力比环境压力更高并且比启动压力更低。如此，流体泵使得能够在无需使用任何机械运动部件的情况下完全电子化地确定流体泵的操作模式，进而降低了系统成本、体积和复杂性，并且增加了可靠性。
根据本发明的实施例，识别出监控室内具有第二压力指示流体泵的高压模式，使得该第二压力比第一压力更高且比启动压力更高。如此，流体泵使得能够在无需使用任何机械运动部件的情况下完全电子化地确定流体泵的操作模式，进而降低了系统成本、体积和复杂性，并且增加了可靠性。
根据本发明的实施例，识别出监控室内具有第三压力指示流体泵的流体停止模式，使得该第三压力比第二压力和启动压力中的每个都更高。这可以是诸如通过在流体出口处关闭阀(例如关闭水龙头)以防止流体流动时发生的情况。在这种情况下，在流体通道内不存在流体流。在一个实施例中，流体泵的电机停止工作。如此，流体泵使得能够在无需使用任何机械运动部件的情况下完全电子化地确定流体泵的操作模式，进而降低了系统成本、体积和复杂性，并且增加了可靠性。
根据本发明的实施例，识别出监控室内的流体的水平高度大约等于监控室的高度指示流体泵的错误模式。如此，错误模式向用户提供指示，以使流体泵正确地定向和/或对准以及/或者在重新启动流体泵的操作之前使流体从流体泵完全排出。
根据本发明的实施例，流体泵还包括压力指示器。压力指示器配置为提供流体通道内的流体压力的大小的视觉指示。如此，压力指示器向用户提供流体压力的实时指示，进而改善产品易用性和可操作性。
根据本发明的实施例，流体通道内的流体压力的大小传输到移动设备。如此，流体泵可以提供流体泵的远程操作和/或监控，进而改进产品易用性和可操作性。
根据有利的实施例，在教导循环期间自动地确定指示被供应到电机的电流的第一信号，在教导循环中，泵的用户由通过流体通道的流体的自由流动以及由通过关闭流体出口处的阀以限制该流动来教导模式I和模式II的模式值。电机和/或泵的制造可能使得在不同模式下必须供应不同的电流至电机。因此，通过自动确定与第一信号相关的值而不是使用固定的出厂设置，总体上使得能够顾及到制造方面的差异或者使得可以使用不同的电机。
在一个实施例中，一对电极延伸到流体通道中。由此，可以检测流体通道内的流体，即使在监控室可能没有流体的储存模式的情况下。这改善了该泵的霜冻警告能力。此外，因为这可以检测流体通道内缺乏流体，所以它还有助于提高空运行检测的质量。
通过以下描述和附图，本发明的其他特征和方面将显而易见。
附图说明
将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的流体泵的示意图；
图2A、图2B和图2C示出了根据本发明的实施例的图1的流体泵的电容传感器的不同示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的图1的流体泵的泵控制系统的示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的图1的流体泵的基于时间的由流体泵消耗的电流与通过流体泵的流体的流动的关系的图示；
图5示出了根据本发明的另一实施例的图1的流体泵的泵控制系统的另一示意图；以及
图6A、图6B、图6C、图6D和图6E示出了根据本发明的实施例的流体泵的不同操作模式的不同示意图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本发明，其中示出了包括本发明的一个或多个方面的本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开是透彻且完整的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。例如，本发明的一个或多个方面可用于其他实施例并且甚至可用于其他类型的结构和/或方法。在附图中，相同的标号指代相同的元件。
在本文中使用的某些术语仅是为了方便，并且不应被视为对本发明的限制。例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“侧”、“纵向”、“侧向”、“横向”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向侧向”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”、“向上”、“内”、“外”、“向内”、“向外”、“顶部”、“底部”、“更高”、“在…上方”、“在…下方”、“中央”、“中部”、“中间”、“在…之间”、“端部”、“相邻”、“平行”、“倾斜”、“邻近”、“靠近”、“远端”、“远程”、“径向”、“周向”等仅描述在图中示出的配置。实际上，部件可以在任何方向上定向，并且因此，除非另有说明，否则术语应当被理解为包括这种变化。
参考图1，示出了的流体泵100的示意图。流体泵100将在下文中可可互换地称为“泵100”。泵100适于提供处于预定的压力和/或流速下的流体(诸如水)的流。泵100可以是任何流体泵，诸如容积型泵、离心型泵、潜水泵等。
泵100包括壳体102。壳体102适于包围泵100的一个或多个部件。泵100包括设置在壳体102中的流体入口104。流体入口104适于将流体的流接收到泵100中。泵100还包括设置在壳体102中的流体出口106。流体出口106适于允许流体的流以预定的压力和/或流速离开泵100。泵100还包括设置在壳体102中的流体通道108。流体通道108流体地联接到流体入口104和流体出口106中的每个。流体通道108适于为流体的流提供从流体入口104到流体出口106的通道。
泵100包括设置在壳体102中的流量阀110。在所示实施例中，流量阀110设置在流体通道108中。流量阀110适于允许流体的流从流体入口104通向流体通道108并且防止反向的流体的流从流体通道108通向流体入口104。流量阀110可以是用于定向流动控制应用的任何止回阀。在其他实施例中，流量阀110可以可替代地设置在流体入口104中。
在所示出的示例性示意图中，泵100包括设置在壳体102中的泵轮112。泵轮112可以包括多个刀片或叶片132。泵轮112设置为与流体入口104相关联。泵轮112和叶片132适于围绕泵100的旋转轴线R-R’旋转。因此，泵轮112和叶片132适于基于泵轮112和叶片132的旋转而经由流体入口104将流体的流吸入到流体通道108中。泵100还包括设置在壳体102中的电机114。电机114可操作地联接至泵轮112。电机114配置为使泵轮112和叶片132旋转以便将流体的流吸入到流体通道108中。
泵100还包括设置在壳体102内的泵控制系统116。泵控制系统116在下文中可互换地称为“系统116”。系统116配置为控制泵100，并且更具体地，该系统配置为决定泵100的操作模式并且将在后面更详细地解释。在所示的实施例中，系统116被部分地设置在印刷电路板组件(PCBA)118上，该印刷电路板组件设置在壳体102内。在其他实施例中，系统116可以基于应用要求而完全或部分地设置在泵100的任何其他位置/部件上。
系统116包括设置在PCBA 118上的电流传感器120。电流传感器120可通信地联接到入口电源122，该入口电源诸如为交流(AC)电源或直流(DC)电源。电流传感器120可以是任何电流传感器，诸如电阻器型电流传感器、变压器型电流传感器、光纤型电流传感器、霍尔效应型电流传感器等。电流传感器120配置为产生指示被供应到电机114的电流的第一信号。
系统116还包括设置在PCBA118上的电容传感器124。更具体地，电容传感器124包括监控室126和一对电极128。对于本领域技术人员而言显而易见的是，一对电极128中的一个或甚至两个还可以是与PCBA118分开的部件。具体地，因此PCBA118甚至可以设置成远离监控室126。
电容传感器124配置为产生指示一对电极128之间的电容的第二信号。在所示实施例中，监控室126具有基本上中空且柱形的构造。在其他实施例中，监控室126可具有任何其他中空的构造，诸如球形、矩形等。
监控室126流体地联接至流体通道108。因此，监控室126适于基于泵100的操作模式而接收来自流体通道108的流体压力。如此，监控室126可部分地填充有气体。此外，基于泵100的操作模式，监控室126允许气体由流体部分地取代，这些流体是由于流体压力而从流体通道108流动到监控室126中的。
在所示出的示例性实施例中，一对电极128延伸到流体通道108中。由此，可以检测流体通道108内的流体，即使在监控室126可能没有流体的储存模式的情况下。这提高了泵100的霜冻警告能力。此外，因为这可以检测到流体通道108内缺乏流体，所以它还有助于提高空运行检测的质量。
参考图2A、图2B和图2C，示出了电容传感器124的不同实施例的示意图。参考图2A，在一个实施例中，电容传感器124包括监控室126，该监控室流体地联接到流体通道108并且设置为基本上垂直于流体通道108。电容传感器124还包括一对电极128，诸如第一电极202和第二电极204。在所示实施例中，第一电极202和第二电极204设置在监控室126的相对两侧上并且相对于彼此间隔开。在其他实施例中，第一电极202与第二电极204可设置在监控室126的同一侧上。
电容传感器124还包括可移动地设置在监控室126中的隔膜206。隔膜206可由任何柔性材料(诸如橡胶、聚合物等)制成。更具体地，隔膜206固定地联接至流体通道108和监控室126中的一者。此外，隔膜206流体地联接至流体通道108。因此，基于流体通道108内的流体压力，隔膜206适于接收流体压力并且基于隔膜206内流体的水平高度和/或压力的增加而在监控室126内延伸。更具体地，流体在隔膜206的一侧进入，以便使隔膜206在监控室126内延伸。
基于隔膜206内存在的流体的水平高度，位于一对电极128之间的第二信号可改变。例如，电容的数学表达式定义为：
C＝(ε0*εr*A)/D
其中：
ε0＝空闲空间的电容率常数；
εr＝流体的电容率；
A＝一对电极的表面积；以及
D＝一对电极之间的距离。
对于给出的电容传感器124的实施例，一对电极128的表面积(A)和一对电极128之间的距离(D)可保持恒定。然而，基于监控室126内的流体的水平高度的变化，电容可以基于一对电极128之间的流体的水平高度的变化而变化。如此，流体的电容率(εr)会影响一对电极128之间的电容。因此，基于隔膜206内存在的流体的水平高度，一对电极128之间的第二信号改变并且该第二信号指示流体通道108内的流体压力。
在示出的实施例中，如图2A所示，隔膜206基于流体通道108内的流体压力而改变隔膜的形状。隔膜206可以(如虚线210所示地)延伸到监控室126中，进而压缩在监控室126中存在于隔膜206上方的气体。此外，监控室126内的压缩气体可以基于流体通道108中的流体压力的减小而膨胀，进而将朝向流体通道108推动隔膜206，从而使存在于隔膜206中的流体进入到流体通道108中。
在另一示出的实施例中，如图2B所示，示出了具有另一实施例的监控室126的电容传感器124。该监控室126在其一端具有灯泡形的构造或基本上为球形的构造，这使得流体容易在隔膜206中膨胀。如此，监控室126减小了在监控室126内在隔膜206外侧聚集的气体压力，并且因此使得隔膜206在隔膜206上的背压减小的情况下在监控室126内延伸。在所示实施例中，监控室126具有基本上为球形的构造。在其他实施例中，监控室126可具有任何其他构造，诸如柱形。
在又一个示出的实施例中，如图2C所示，电容传感器124可包括没有隔膜206的监控室126。更具体地，在所示的实施例中，省略了隔膜206。在这种情况下，流体可基于流体通道108中增加的流体压力直接从流体通道108进入监控室126。
再次参考图1，系统116还包括设置在PCBA118上的控制器130。控制器130可以是配置为执行系统116的各种功能的任何控制单元。在一个实施例中，控制器130可以是配置为执行与系统116相关的功能的专用控制单元。在另一实施例中，控制器130可以是与泵100相关联的电机控制单元(MCU)、与泵100相关联的电子控制单元(ECU)等并且可以配置为执行与系统116相关的功能。
参考图3，示出了系统116的一个实施例的示意图。系统116包括与电容传感器124可通信地联接的控制器130。因此，控制器130配置为接收来自电容传感器124的第二信号。基于所接收的第二信号，控制器130配置为识别流体通道108内的流体压力。更具体地，基于隔膜206中的流体的水平高度，并且因此，基于监控室126中的流体的水平高度，电容传感器124可以识别一对电极128之间的电容。基于所识别的电容，控制器130可以识别流体通道108内的流体压力。
在一个实施例中，控制器130可以基于数据集(未示出)来识别流体压力。数据集可储存在控制器130的内部存储器(未示出)中或者储存在与控制器130可通信地联接的数据库302中。该数据集可以包括基于一对电极128之间的电容的变化值的各种流体压力值。在另一实施例中，控制器130可以基于数学表达式来识别流体压力。数学表达式可储存在控制器130的内部存储器或者储存在与控制器130可通信地联接的数据库302中。数学表达式可包括流体压力和电容之间的数学关系。在这种情况下，控制器130可基于电容使用数学表达式来计算流体压力。在又一实施例中，根据应用要求，控制器130可使用任何校准技术进行校准以基于电容来识别流体压力。
此外，系统116包括与控制器130可通信地联接的电流传感器120。因此，控制器130配置接收来自电流传感器120的第一信号。基于所接收的第一信号，控制器130配置为识别通过流体通道108的流体的流动。参考图4，示出了基于时间的由电机114消耗的电流与通过电机114进行流动的流体的流动的关系的图示。在附图中，模式“I”是指电流是在流体流动期间由电机114消耗的，并且模式“II”是指电流是在泵抵靠关闭的阀(诸如关闭的水龙头(未示出))从而防止流体流动期间由电机114消耗的。
如所示的，在模式“I”中由电机114消耗的电流比在模式“II”中由电机114消耗的电流更高。如此，第一信号指示通过流体通道108的流体的流动。因此，基于由电机114消耗的电流，控制器130配置为识别通过流体通道108的流体的流动。此外，控制器130配置为监控第一信号和第二信号并基于所接收的信号控制泵100。更具体地，控制器130配置为基于所识别的流体的流动和所识别的流体压力来决定泵100的操作模式。泵100的操作模式可以是泵100的空运行模式、储存模式、低压模式、高压模式、流体停止模式或错误模式，并且这些模式将在后面更详细地解释。在一个实施例中，在教导循环期间自动地确定指示被供应到电机114的电流的第一信号，在教导循环中，泵的用户由通过流体通道108的流体的自由流动以及由通过关闭流体出口106处的阀以限制该流动来教导模式I和模式II的模式值。为此目的，人们可以例如为泵100配备按钮以开始和/或指示教导循环。在其他实施例中，可以在由软件产生的表面上设置虚拟单元，该虚拟单元可以由用户选择并且因此被激活。
参考图5，示出了系统502的另一实施例的示意图。在所示的实施例中，系统502包括与电容传感器124可通信地联接的转换模块504。转换模块504配置为接收来自电容传感器124的第二信号。此外，转换模块504配置为将第二信号转换为第一频率信号。转换模块504可以是配置成将接收到的信号转换成频率信号的任何转换单元。
此外，系统502包括与转换模块504可通信地联接的频率计数器506。频率计数器506配置为接收来自转换模块504的第一频率信号。频率计数器506还配置为对第一频率信号的数量进行计数。频率计数器506还配置为产生指示第一频率信号的数量的第二表示信号。频率计数器506还可通信地联接至控制器130。控制器130配置为接收来自频率计数器506的第二表示信号。基于所接收的信号，控制器130配置为识别流体通道108内的流体压力。在一个实施例中，第二表示信号是第二频率信号。
在一个实施例中，控制器130可以基于数据集(未示出)识别流体压力。数据集可以储存在控制器130的内部存储器中或者储存在与控制器130可通信地联接的数据库302中。数据集可包括基于第二表示信号的变化值的流体压力的各种值。在另一实施例中，控制器130可以基于数学表达式来识别流体压力。数学表达式可储存在控制器130的内部存储器中或者储存在与控制器130可通信地联接的数据库302中。数学表达式可包括流体压力和第二表示信号之间的数学关系。在这种情况下，控制器130可基于第二表示信号使用数学表达式来计算流体压力。在又一实施例中，基于应用要求，控制器130可以使用任何校准技术进行校准以基于第二表示信号来识别流体压力。
控制器130还可通信地联接至电流传感器120。因此，基于由电机114消耗的电流，控制器130配置为识别通过流体通道108的流体的流动，如参考图4所描述的。此外，控制器130配置为基于所识别的流体的流动和所识别的流体压力来决定泵100的操作模式。
图6A至图6D示意性地示出了泵100，以便于理解没有隔膜206的泵的功能原理。参考图6A，当泵100完全排空时，流体通道108和监控室126中的每个中都不存在流体的流。更具体地，监控室126中存在的气体的水平高度等于监控室126的高度(H0)。在这种情况下，控制器130接收来自电容传感器124的指示监控室126中的环境压力(P环境)的第二信号。此外，控制器130监控来自电流传感器120的第一信号。
在第一信号为非零的情况下，第一信号指示电机114的启动状态。在这种情况下，控制器130配置为将操作模式决定为泵100的空运行模式。这意味着电机114正在运行，但是流体通道108没有填充可以泵送的流体。
在另一种情况下，当第一信号大约为零时，第一信号指示电机114的关闭或待机状态。在这种情况下，控制器130配置为将操作模式确定为泵100的储存模式。此外，应当注意的是，在附图中示出的启动压力(P启动)与在泵关闭的情况下流体压力减小因此使得泵100启动的情况是相关的，并且将在后面更详细地解释。
在另一种情况下，参考图6B，当泵100操作时，在流体通道108内存在流体的流。在这种情况下，流体也部分地存在于监控室126中。因此，控制器130接收来自电容传感器124的指示监控室126中的第一压力(P1)的第二信号。第一压力(P1)是流体通道108中的流体压力。此外，第一压力(P1)比环境压力(P环境)更高并且比启动压力(P启动)更低。此外，存在于监控室126中的流体的高度(H1)显著地小于监控室126的高度(H0)和流体的与启动压力(P启动)相关联的高度(HP)中的每个。此外，控制器130监控来自电流传感器120的第一信号。当第一信号指示流体的流通过泵100时，诸如在模式“I”中，在此情况下，控制器130配置为将操作模式决定为泵100的低压模式。
在另一种情况下，参考图6C，当泵100操作时，在流体通道108内存在流体的流。在这种情况下，流体也部分地存在于监控室126中。因此，控制器130接收来自电容传感器124的指示监控室126中的第二压力(P2)的第二信号。第二压力(P2)是流体通道108中的流体压力。此外，第二压力(P2)比第一压力(P1)更高并且比启动压力(P启动)也更高。此外，监控室126中存在的流体的高度(H2)低于监控室126的高度(H0)，大于流体的与启动压力(P启动)相关的高度(HP)并且还大于流体的如图6B中所示的高度(H1)。此外，控制器130监控来自电流传感器120的第一信号。当第一信号指示流体的流通过泵100时，诸如在模式“I”中，在此情况下，控制器130配置为将操作模式决定为泵100的高压模式。
在另一种情况下，参考图6D，当泵100是可操作的并且流体的流动被阻止时，诸如通过在流体出口106处关闭的阀(例如，关闭的龙头)阻止时，在流体通道108内没有流体流动。在这种情况下，流体也基本上存在于监控室126中，由此产生流体的压力(P3)。因此，控制器130接收来自电容传感器124的指示监控室126中的第三压力(P3)的第二信号。第三压力(P3)大约等于流体通道108中的流体压力。此外，第三压力(P3)比第二压力(P2)和启动压力(P启动)中的每个来说都更高。
此外，存在于监控室126中的流体的高度(H3)小于监控室126的高度(H0)并且大于流体的与启动压力(P启动)相关联的高度(HP)。此外，控制器130监控来自电流传感器120的第一信号。当第一信号指示限制通过泵100的流体的流动时，诸如在模式“II”中，在此情况下，控制器130配置为将操作模式决定为泵100的流体停止模式。因此，在一些情况下，控制器130可自动关闭泵100，以便防止泵100的过量增压或电机114的空转，进而防止系统损坏。如果后来，位于流体出口106处的关闭的阀被重新打开，流体通道108中的流体压力将下降，且因此最终监控室126内的流体的高度变得小于与启动压力(P启动)相关联的高度HP。在这种情况下，泵100的电机114将被启动。因此，泵100将泵送流体通过通道108。
在另一种情况下，参考图6E，泵100可以是操作的或非操作的，并且监控室126完全充满流体使得监控室126中的流体的高度(H4)等于监控室126的高度(H0)，此时，控制器130接收来自电容传感器124的指示监控室126中的流体的最大可能高度的第二信号。在这种情况下，控制器130配置为将操作模式决定为泵100的错误模式。
应注意，泵100的错误模式可指示泵100的不正确定向和/或不正确对准。例如，在泵100的部分或完全转向的情况下，流体可能进入监控室126，从而完全填充监控室126。如此，错误模式可以是对用户的指示，以使泵100正确定向和/或对准以及/或者在重新启动泵100的操作之前使流体从泵100中完全排出。
此外，泵100还包括压力指示器(未示出)。该压力指示器可以是模拟型压力指示器或数字型压力指示器。在一些情况下，压力指示器可以直接流体地联接至监控室126或流体通道108，以便显示监控室126内的流体压力的大小。在一些情况下，压力指示器可以可通信地联接至控制器130。在这样的情况下，控制器130可以经由压力指示器显示监控室126内的流体压力的大小。更具体地或可替代地，控制器130可基于从电容传感器124接收的第二信号来识别监控室126内的流体压力的大小，如参考图3和图5所述的，并且经由压力指示器显示流体压力的大小。如此，压力指示器可以提供监控室126内的流体压力的大小的实时视觉指示，并且因此提供流体通道108内的流体压力的大小的实时视觉指示。
在一个实施例中，控制器130可以基于数据集(未示出)识别流体压力的大小。数据集可以储存在控制器130的内部存储器(未示出)中或者储存在与控制器130可通信地联接的数据库302中。数据集可包括基于第二信号的变化值的流体压力的大小的各种值。在另一实施例中，控制器130可以基于数学表达式来识别流体压力的大小。数学表达式可储存在控制器130的内部存储器中或者储存在与控制器130可通信地联接的数据库302中。数学表达式可包括流体压力和第二信号之间的数学关系。在这种情况下，控制器130可基于第二信号使用数学表达式来计算流体压力的大小。在又一实施例中，基于应用要求，控制器130可使用任何校准技术进行校准以基于第二信号来识别流体压力的大小。
此外，在一些实施例中，流体通道108内的流体压力的大小可以被传输到移动设备(未示出)。该移动设备可以是任何电子装置，诸如智能电话、平板、笔记本电脑、电子诊断工具、手持式电子装置等。更具体地，控制器130可以(通过诸如无线地或经由有线连接)可通信地联接到移动设备，以便将流体压力的大小传输到移动设备。如此，用户可以容易地远程访问流体压力的大小，从而改进产品易用性和可操作性。
泵100提供简单、高效且成本有效的手段来自动决定泵100的不同操作模式，进而改善用户便利性、自动化性和可操作性。泵100的空运行模式和流体停止模式的决定提供了防止部件损坏的额外保护并且可以提高产品寿命。系统116、502包括直接安装在PCBA118上的表面安装器件(SMDs)，诸如电流传感器120、电容传感器124、控制器130等，进而降低了系统成本。泵100还消除了诸如流速计的运动部件，进而降低了系统体积、复杂性和对流体中的污染的敏感性。此外，系统116、502可以以对现有系统几乎没有修改的方式并入任何现有的泵中，进而提供改善的兼容性。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的优选实施例和示例，并且尽管采用了特定术语，但是这些术语仅以一般性和描述性的意义使用，而不是为了限制在所附权利要求中阐述的本发明的范围的目的。
元件
100 流体泵/泵
102 壳体
104 流体入口
106 流体出口
108 流体通道
110 流量阀
112 泵轮
114 电机
116 泵控制系统/系统
118 印刷电路板组件/PCBA
120 电流传感器
122 入口电源
124 电容传感器
126 监控室
128 一对电极
130 控制器
132 叶片
202 第一电极
204 第二电极
206 隔膜
210 虚线
302 数据库
502 泵控制系统/系统
504 转换模块
506 频率计数器
R-R’ 旋转轴线
I 模式
II 模式
P环境 环境压力
P启动 启动压力
P1 第一压力
P2 第二压力
P3 第三压力
H0 监控室的高度
H1 流体的高度
H2 流体的高度
H3 流体的高度
H4 流体的高度
HP 启动压力高度
SMD 表面安装器件
ε0 空闲空间的电容率常数
εr 流体的电容率
A 一对电极的表面积
D 一对电极之间的距离

Claims (21)

1.一种流体泵(100)，包括：
流体入口(104)；
流体通道(108)，流体地联接到所述流体入口(104)；
电机(114)，配置为泵送流体使流体通过所述流体入口(104)到达所述流体通道(108)；
流体出口(106)，流体地联接到所述流体通道(108)；
一对电极(128)，具有第一电极(202)和第二电极(204)；
电流传感器(120)，配置为产生指示被供应到所述电机(114)的电流的第一信号；以及
电容传感器(124)，配置为产生指示所述一对电极(128)之间的电容的第二信号，
其中，所述流体泵(100)配置为监控所述第一信号和所述第二信号，并且
其中，所述流体泵(100)配置为基于所述第一信号和所述第二信号中的至少一个而被控制，
其特征在于：
所述电容传感器(124)包括与所述流体通道(108)流体地联接的监控室(126)，其中，所述监控室(126)至少部分地填充有气体，并且其中，基于所述流体泵(100)的操作模式，所述监控室(126)使得气体由从所述流体通道(108)流入到所述监控室(126)中的流体至少部分地取代；并且
所述一对电极(128)与所述监控室(126)相关联，其中，所述一对电极(128)之间的所述第二信号指示所述流体通道(108)内的流体压力。
2.根据权利要求1所述的流体泵(100)，其中，所述电容传感器(124)还包括与所述流体通道(108)流体地联接的隔膜(206)，所述隔膜(206)适于基于所述隔膜(206)内的流体压力而在所述监控室(126)内移动。
3.根据权利要求2所述的流体泵(100)，其中，所述监控室(126)具有基本上柱形的构造。
4.根据权利要求2或3所述的流体泵(100)，其中，所述隔膜(206)适于通过所述流体通道(108)内的流体压力而膨胀到膨胀状态。
5.根据权利要求4所述的流体泵(100)，其中，所述监控室(126)的一端具有基本上球形的构造。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，其中，所述第一信号指示通过所述流体通道(108)的流体的流动。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，还包括控制器(130)，所述控制器能通信地联接到所述电容传感器(124)和所述电流传感器(120)中的每个，所述控制器(130)配置为：
接收来自所述电流传感器(120)的所述第一信号；
接收来自所述电容传感器(124)的所述第二信号；
基于所接收的所述第一信号识别通过所述流体通道(108)的流体的流动；
基于所接收的所述第二信号识别所述流体通道(108)内的流体压力；并且
基于所识别的流体的流动和所识别的流体压力来决定所述流体泵(100)的操作模式。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，还包括与所述电容传感器(124)能通信地联接的转换模块(504)，所述转换模块(504)配置为：
接收来自所述电容传感器(124)的所述第二信号；并且
将所述第二信号转换为第一频率信号。
9.根据权利要求8所述的流体泵(100)，还包括与所述转换模块(504)能通信地联接的频率计数器(506)，所述频率计数器(506)配置为：
接收来自所述转换模块(504)的所述第一频率信号；
对所述第一频率信号的数量进行计数；并且
产生指示所述第一频率信号的数量的第二表示信号。
10.根据权利要求9所述的流体泵(100)，还包括与所述频率计数器(506)能通信地联接的控制器(130)，所述控制器(130)配置为：
接收来自所述频率计数器(506)的所述第二表示信号；
基于所接收的信号来识别所述流体通道(108)内的流体压力；并且
基于所识别的流体的流动和所识别的流体压力来决定所述流体泵(100)的操作模式。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，其中，对所述监控室(126)内具有的环境压力(P环境)的识别指示所述流体泵(100)的空运行模式和储存模式中的一者。
12.根据权利要求11所述的流体泵(100)，其中，另外地识别出所述第一信号为非零指示所述流体泵(100)的所述空运行模式。
13.根据权利要求11所述的流体泵(100)，其中，另外地识别出所述第一信号为零指示所述流体泵(100)的所述储存模式。
14.根据权利要求11所述的流体泵(100)，其中，识别出所述监控室(126)内具有第一压力(P1)指示所述流体泵(100)的低压模式，所述第一压力(P1)比所述环境压力(P环境)更高并且比启动压力(P启动)更低。
15.根据权利要求14所述的流体泵(100)，其中，识别出所述监控室(126)内具有第二压力(P2)指示所述流体泵(100)的高压模式，其中，所述第二压力(P2)比所述第一压力(P1)更高并且也比所述启动压力(P启动)更高。
16.根据权利要求15所述的流体泵(100)，其中，识别出所述监控室(126)内具有第三压力(P3)指示所述流体泵(100)的流体停止模式，其中，所述第三压力(P3)比所述第二压力(P2)和所述启动压力(P启动)中的每个都更高。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，其中，识别出所述监控室(126)内的流体的水平高度大约等于所述监控室(126)的高度(H0)指示所述流体泵(100)的错误模式。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，还包括压力指示器，所述压力指示器配置为提供所述流体通道(108)内的流体压力的大小的视觉指示。
19.根据权利要求18所述的流体泵(100)，其中，所述流体通道(108)内的流体压力的大小被传输到移动设备。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，其中，在教导循环期间自动地确定指示被供应到所述电机(114)的电流的所述第一信号，在所述教导循环中，所述泵的用户由通过所述流体通道(108)的流体的自由流动以及由通过关闭所述流体出口(106)处的阀以限制该流动来教导模式I和模式II的模式值。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵(100)，其中，所述一对电极(128)延伸到所述流体通道(108)中。
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