CN1497246A - 检测压差的方法及应用该方法的泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测压差或根据环境压力修正所检测的液体压力值的方法，其中在第一时间点检测环境压力，而在以后的第二时间点检测液体压力，根据环境压力修正所检测到的液体的压力。本发明还涉及一种具有液位传感器的泵系统，它用于实施上述方法，以及涉及一种该泵系统中的压力传感器的应用。

Description

检测压差的方法及应用该方法的泵系统

技术领域

本发明涉及一种检测压差或根据环境介质压力修正检测到的液体压力值的方法，以及具有液位传感器的泵系统和相应泵系统中压力传感器的应用。

背景技术

潜水泵通常配有液位传感器或根据贮液槽液位打开和关闭泵的液位开关。可以采用压力传感器作为检测流体压力的液位传感器。由于液体压力随着压力传感器上的液位高度而改变，借助液体压力可以确定液位并由此打开或关闭泵。然而，其问题在于大气压力的变化会影响压力传感器的检测。这样，由于环境压力的波动，所确定的液位会不精确。为了对此进行补偿，以往采用压差传感器作为压力传感器，测定液体压力和环境压力之间的压差，并由此测定压力传感器上部液位的准确高度。但采用这种传感器需要从贮液槽引出的管或软管，以便能够使得压力传感器与环境压力紧密接触。这会使泵结构和安装变得相当复杂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是改进检测压差或根据环境介质压力修正检测到的液体压力值的方法，以及改进相应的泵系统，使其结构简单。

所要解决的技术问题是由权利要求1的特征所限定的方法、由权利要求14的特征所限定的泵系统以及由权利要求20的特征所限定的压力传感器的应用解决的。优选实施方案由从属权利要求给出。

本发明的方法用于检测压差或根据环境介质压力修正所检测到的液体压力值的方法，对此，在第一压力和例如环境介质的第二压力之间形成压差。根据本发明，在一时间点检测第一压力，而在另一时间点检测第二压力。接着，根据第一压力修正第二压力值，其中优选估算所检测的两压力的压差。由此，本发明的方法采用压力传感器在两不同的时间点检测绝对值，以测定压差。这样可以不使用两侧接触式压差传感器。本发明的方法采用单侧接触式传感器测定压差。它的另一优点在于，在通常包括隔膜的传感器中，检测电子器件可以设置在不承受压力的隔膜一侧。这简化了电子器件与需要测定压力的液体之间的绝缘和密封，从而使得传感器结构简单。

本发明的方法可以广泛地用于确定压差的场合或根据另一压力连续地修正所测量的值的场合。其方法例如可以用于测定封闭系统中的压差或根据环境介质的压力，连续修正设备工作时所测量的流体压力值。例如，同时可以首先测定环境介质压力，而后在接着的第二时间点检测液体压力并根据环境压力通过形成压差来修正液体压力值。也可以首先检测液体压力，接着检测环境压力。

优选的是至少在泵上设置一压力传感器作为液位传感器，在一时间点检测环境压力，而在其他时间点检测由泵输送的液体压力。该方法的本实施例使得用于泵的液位传感器的结构变得简单，不必使用双侧接触压力传感器来同时感受环境压力和所输送的液体压力，以借助所测量的压差确定液位高度。根据本发明，可以采用单侧接触式压力传感器，其中可以在两个不同时间点检测环境压力和泵输送的液体的压力。该方法优选用于环境压力变化缓慢的情况。泵输送的情况就是这样，大气环境压力变化缓慢，而由于液位变化快，泵输送的液体压力变化较快。由于环境压力变化缓慢，不必连续检测用于修正液体压力的环境压力。只在预定时间点检测环境压力就足够了，接着通过事先检测的值修正持续被测量的液体压力。环境压力和液体压力的检测例如可以通过同一传感器完成。这种传感器可以与液体和环境介质接触或借助导管与环境接触，以交替或连续检测液体和环境介质或环境的压力。为此，可以在导管上设置换向阀，使得压力传感器交替地与液体压力和环境介质压力接触。

用于在第一时间点检测环境压力的压力传感器优选处于被输送液体的液面之上的位置。这可以通过压力传感器的运动或液位的变化实现。如果传感器处于液位之上，位于液体之外的环境中，就可以检测环境压力。

优选的是，用于在其他时间点检测被输送液体压力的压力传感器处于被输送液体的液面之下的位置。在该位置，压力传感器浸入液体中并可检测液体压力。

优选的是，为了确定环境压力，液位下降到压力传感器的高度之下，压力传感器检测用于修正所检测到液体的压力值的环境压力。液位下降到压力传感器之下的高度优选通过泵本身实现。为此，泵被控制装置激活，以在预定的时间点检测环境压力，泵所抽出液体的程度要使得压力传感器不受泵的影响，并可以在液体外检测环境介质压力或环境压力。该方法只采用一个压力传感器就可以检测环境介质压力和液体压力，而不需要复杂且长的连接管，该连接管使得压力传感器与环境介质和被输送的液体连通。与此相反，为了检测环境压力，本发明的传感器通过抽出液体暂时得以从中露出。

优选的是，在到达压力传感器的高度之后，液位下降到低于压力传感器高度的预定值。这样，确保压力传感器确实位于液体之外并不会产生错误地检测环境压力。是否到达压力传感器高度或比其略低，可以通过在液位下降时，压力传感器检测的压力首先下降并在达到压力传感器高度时保持不变来确定。

对此，在液位达到压力传感器后，优选在预定时间段内继续下降。这样可以控制泵，使得液位达到压力传感器高度后，泵在预定时间段内仍旧工作，以确保压力传感器能够露出，以便检测环境介质压力。

优选根据事先由液位传感器检测的液位下降速度计算液位再次下降的时间段。其方法与贮液槽的大小无关，可以保证在检测环境介质压力时，传感器以预定量露出于液位之上。不必要再次检测位于压力传感器之下的实际液位，来维持压力传感器与液位之间的预定距离。

优选的是，达到压力传感器高度并经预定时间段后或在达到低于压力传感器高度的预定液位时，关闭泵。这确保在检测环境介质压力时，贮液槽不会被完全抽空，特别是保证泵不会空转，这可能导致在后来的时间点的泵重新起动困难或甚至不能重新起动。还保证了泵吸入口始终位于液位之下。

进一步优选的是，仅仅当液位持续低于压力传感器的高度一预定的时间段后，才可以对环境压力进行检测。这可以保证在泵关闭后，液位不会太快地上升即以不太高的速度上升。如果液位上升的太快，造成泵抽出的液体与进入贮液槽的液体相当，使得液位不下降的情况，因此，传感器仍然受泵的影响。根据另一优选实施例，如果不能进行环境压力检测，泵重新起动。这意味着在确信没有达到可以检测环境压力的正确条件时，泵重新被起动，以便再次降低液位，使压力传感器处于液位之上的位置，以检测环境压力。

优选的是，如果液位开始以预定的最小速度下降，开始进行测定环境压力的方法步骤。优选开始检测环境压力的方法是，首先起动泵，以减低液位；如果压力传感器可以确定所测量的压力或液位以预定的最小速度下降，控制装置进行上述检测压力环境的过程。由于该过程以预定的最小速度开始，可以保证仅靠环境压力的下降不会引起检测环境压力过程的开始。

优选的是，在预定的、优选是在有规律的时间点进行环境压力的检测。例如可以每小时确定环境压力，而后，所检测的液体压力值由检测到的环境压力值修正。根据环境压力的变化速度确定检测环境压力的时间间隔。如果估计环境介质的压力变化较快，需要更频繁地检测其压力，以保证足够准确地修正所检测的流体压力值。如果环境介质的压力变化较慢，可以选择较长的时间间隔来进行环境介质的压力测量。

本发明还涉及一种具有液位传感器的泵系统，包括用于检测绝对压力的压力传感器，这意味着可以采用单侧接触式压力传感器。此外，该泵系统包括根据液位传感器的读数打开和/或关闭泵的控制装置。本发明的泵还包括一控制泵的校准装置，在液位下降到低于压力传感器的高度时，该压力传感器检测环境压力即空气压力，以进行校准。校准过程优选在预定时间点上，特别是以有规律的时间间隔的运行过程中进行，以根据环境压力修正由压力传感器所检测的输送液体的压力读数，以根据液体压力和环境压力之间的压差可以确定在工作过程中在传感器之上的液位高度，由此，打开和/和关闭泵。本发明的泵不需要用以连续检测环境和液体之间的压差的压差传感器以及与环境相通的导管。由于检测液体压力和环境压力不在同一时间进行，而是间隔进行，可以采用同一压力传感器检测环境压力和输送液体的压力。如上所述，仅仅在正常操作下位于液体中的压力传感器不会受泵的影响时，才进行环境压力检测。

优选的是，液位传感器、控制装置和校准装置是泵单元的一体式部件。由于所有控制测量装置均组合到泵单元中，这样形成的泵单元其结构和安装简单。所有装置优选组合到泵壳体中，从而泵单元只需插入或悬挂在贮液槽中。

该压力传感器优选设置在泵的吸入口之上。这样，可以防止泵空转的同时使得压力传感器不会受泵的影响，否则可能会给泵的重新启动带来很多麻烦或使得泵不能重新起动。在液位下降到压力传感器之下时，也可以确保其吸入口在检测环境压力时始终位于液体中。

该压力传感器优选设置在定子壳体或泵壳体上。由于压力传感器不需要与泵分离地安装在贮液槽中的预定位置，简化了安装。该传感器始终位于与泵吸入口相对应的预定位置。如果压力传感器固接或安装到定子壳体或泵壳体上，使用这种泵时只需要将其插入贮液槽中即可。

优选的是，包括校准装置的控制装置设置在终端箱或泵壳体或定子壳体中。这使得泵或组合有控制装置的泵单元结构紧凑，简化了泵的连接和起动。

该压力传感器优选是一侧接触式绝对压力传感器。这使得传感器的设计变得简单且费用低。例如，压力传感器的隔膜与从一侧与压力接触，而用于检测隔膜变形的所需的电子器件可以设置在不受液体作用的隔膜的相对侧。

本发明还涉及一种上述描述的泵系统中的一侧接触式压力传感器的应用，其中该压力传感器仅具有供其使用的电连接线。采用公知的压差传感器，需要将柔性导管引入液位之上的位置，使得压差传感器的一侧与环境压力接触。这是本发明的方法和泵系统所不需要的，按照本发明在泵系统中采用单侧接触式压力传感器。

下面参照附图描述本发明的优选实施例。其中：

附图说明

图1表示修正过程的曲线；

图2表示未进行修正过程的曲线。

具体实施方式

本发明的方法和特别是本发明的泵系统可以用于为测量或控制的目的需要确定液体和环境之间压差的任何地方。其方法优选用于泵，借助压力传感器检测液位，以打开和/或关闭泵。为了准确测定液位，需要测定一定液体高度压力与环境压力之间的压差，因为环境压力的变化会对所测定的液压值或液位产生影响。为此，按照本发明的方法，不是同时测定环境压力和液体压力，而是连续地在不同时间点测定。

以潜水泵作为例子，它可用于抽出地下水或排污井中的水，为此，在规定的时间点通过泵使液位下降到一定程度，此时作为液位传感器的压力传感器不受泵影响，即位于液位之上。在这种情况下，压力传感器测定环境压力即空气压力。接着，贮液槽再被充满且压力传感器又位于液位之下，压力传感器测定由位于其上的液体产生的静压。由于环境压力事先已被测定，可以确定测得的流体压力和环境压力的压差，从而可以测定仅仅由液体产生的静压，这样就可以确定液位的高度，以确定打开和/或关闭泵的时间。

绝对压力传感器作为一侧接触压力传感器使用。

图1更详细地描述了修正过程即测定环境压力的过程。图1示出了贮液槽中的液位高度h或压力传感器测得的压力与时间t的关系曲线。实线2表示压力传感器测得的信号与时间的关系曲线。首先，开始抽排过程，液位2或表示液位的压力信号2下降，直到液位到达值S₂。值S₂对应于装到泵上的压力传感器的高度S₂。在泵工作过程期间，泵控制装置检测平均下降速度，它由图1中的虚线4表示。如果液位到达压力传感器的位置S₂处并继续下降一段时，该压力传感器检测环境压力，从而压力传感器检测到的压力不再下降。在控制装置借助所测定的压力确定贮液槽中的液位时，由于在此时间点上压力保持不变，对控制装置而言，液位也保持不变，它由图1中的在时间间隔t1和t2之间且在高度值S₂处的线2的水平段表示。

在泵的上述工作阶段，可以确定由虚线4表示的液位平均下降速度dh/dt。为了能够准确测定环境压力，液位应该下降到液位值S₂以下到达值S₁。而为了到达值S₁，从值S₂算起的液位还要下降高度h₁。根据事先测定的下降速度dh/dt，可以确定时间段t₁，在该时间段内泵以不变的功率继续运行，这样，以不变的下降速度，其液位下降测量值h₁到达值S₁。用下面的公式表示：

      t₁＝h₁/(dh/dt)

在经过时间段t₁后，泵关闭，经时间段t₂，液位再次上升到值S₂。在超过值S₂时泵控制装置再次检测压力变化，经时间段t₂后，由图1实线2表示的液位检测信号再次上升。

只要时间段t₂比预定的时间段t_2min长，在时间段t₂内就可检测环境压力。如果传感器信号在小于t_2min的时间段内保持值S₂不变，那么这种情况是液体进入了贮液槽，补偿了由于泵工作抽出的液体，从而液位保持不变。在该情况下，尽管液体传感器没有检测进一步的压力变化，它仍会受到泵的影响。这样，在此时间点不能进行环境压力的检测。然而，如果传感器信号在t₂＞t_2min的时间段内保持值S₂不变，可以认为液位已经下降到传感器的值S₂以下，且传感器在这此时间点不会受到泵的影响即位于液体或流体的外面，可以检测环境压力。

在测定环境压力之后，贮液槽再次被充满，接着根据环境压力可以修正所测定的压力值。环境压力测定在预定时间点进行，例如按小时进行。由于环境压力的变化比液位的变化要小或缓慢得多，在预定的时间段对环境压力进行测量就足以修正所检测液体或流体的压力，以准确确定液位的高度。液位与正比于液体压力和环境压力之间的压差。

图2示出了对应于图1的另一条件下的曲线，其中没有对环境压力进行测量。根据图1所述，首先，启动泵工作，液位下降，由压力传感器进行检测，获得信号2。在时间点T₁，信号2在S₂附近的位置保持不变。这会使得控制装置首先识别已到达液位值S₂或以下，传感器处于不会受到泵送作用状态。结果，按照图1的说明可以估算时间段t₁，在该时间段泵继续工作使得液位下降预定量h₁。在经过时间段t₁后，泵被关闭。如图2所示的情况，在经过时间段t₁后，信号即刻增大。这样，在时间段t₂＞t_2min内信号2不为常量。根据其信号的增大，可以推定实际的液位没有下降到值S₂之下，但仅仅是由于进入贮液槽的液体或流体量与由泵抽出的量相等，从而在时间段t₁内信号2不变。由于在完成时间段t_2min之前信号2的增大，其控制装置识别出错误并且不进行环境压力的估值，而是再次起动泵，从开始阶段进行上述过程，以确定环境压力。

借助上述的方法，不采用附加传感器可以准确确定压力传感器处于不受泵影响的状态，以确定环境压力。另外，作为一实施例，也可以提供由另一压力传感器或液位传感器或湿度传感器构成的第二传感器，用于检测测量压力的压力传感器是否位于液位之上或之下。其重要的是通过同一传感器能够确定在不同时间点的环境压力和液体压力，并能够根据环境压力修正所测量的流体压力，并能够确定压力差。另一实施例是在潜水泵的上端区域可以设置一压力传感器，用于确定在液位下降后的环境压力，而在潜水泵下端区域可以设置另一压力传感器，用于检测液体压力。这样设置，可以在两不同时间点对环境压力和液体压力进行测量，这意味着不需要始终保持压力传感器位于测定环境压力液位之上，这需要附加连接管。

本发明方法另一典型应用是测量封闭热回路中的压差，以确定循环泵产生的压力。对此，优选的是在泵的压力侧检测泵关闭时间点的第一压力，而在泵起动的第二时间点检测出第二压力；接着，可以确定两测定压力之间的压差，从而可以不使用始终检测泵吸入侧和压力侧之间压差的压差传感器。只需要一个绝对压力传感器用于检测两不同时间点的两个压力，然后一压力与另一比较或相减，其中，可以首先确定第一压力也可以首先确定第二压力。

Claims (20)

1、一种检测压差或根据另一压力修正所检测到的液体压力值的方法，其特征在于，在第一时间点检测第一压力，而在第二时间点检测第二压力，根据第一压力修正第二压力。

2、如权利要求1的方法，其特征在于，在泵上设置有至少一个压力传感器作为液位传感器，在第一时间点检测环境压力，而在其他时间点检测由泵输送的液体的压力。

3、如权利要求2的方法，其特征在于，用于在第一时间点检测环境压力的压力传感器处于被输送液体的液面之上的位置。

4、如权利要求2或3的方法，其特征在于，用于在其他时间点检测被输送液体压力的压力传感器处于被输送液体的液面之下的位置。

5、如权利要求3或4的方法，其特征在于，为了确定环境压力，液位下降到压力传感器的高度(S₂)之下，压力传感器检测环境压力以修正所检测到的液体的压力值。

6、如权利要求5的方法，其特征在于，在到达压力传感器高度(S₂)之后，液位下降到低于压力传感器高度(S₂)的预定值(S₁)。

7、如权利要求6的方法，其特征在于，液位在到达压力传感器高度(S₂)之后，在预定时间段(t₁)内继续下降。

8、如权利要求7的方法，其特征在于，该时间段根据液位传感器事先检测的液位下降速度来计算。

9、如权利要求6-8的其中之一所述的方法，其特征在于，在达到压力传感器高度(S₂)后，又经过预定时间段(t₁)之后或在达到低于高度(S₂)的预定液位(S₁)时，关闭泵。

10、如权利要求2-9的其中之一所述的方法，其特征在于，仅在预定时间段(t₂)内液位持续低于压力传感器高度(S₂)时，才进行环境压力的检测。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，如果不能进行环境压力检测，泵重新起动。

12、如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，如果液位开始以预定的最小速度下降，开始进行测定环境压力的方法步骤。

13、如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在预定的、优选有规律的时间点上进行环境压力的检测。

14、一种具有液位传感器的泵系统，具有包括用于检测绝对压力的压力传感器，根据液位传感器的读数打开和/或关闭泵的控制装置，其特征在于，泵包括一控制泵的校准装置，在液位下降到低于压力传感器高度时，其压力传感器检测环境压力，以进行校准。

15、如权利要求14的泵系统，其特征在于，液位传感器、控制装置和校准装置是泵单元的一体式部件。

16、如权利要求14或15的泵系统，其特征在于，压力传感器设置在泵的吸入口之上。

17、如权利要求14-16的其中之一的泵系统，其特征在于，该压力传感器设置在定子壳体或泵壳体上。

18、如权利要求14-17的其中之一的泵系统，其特征在于，包括校准装置的控制装置设置在终端箱或泵壳体或定子壳体中。

19、如权利要求14-18的其中之一的泵系统，其特征在于，该压力传感器是一侧接触式的绝对压力传感器。

20、根据权利要求14-19的其中之一的泵系统中的一侧接触式压力传感器的应用，其中该压力传感器仅具有电连接线。

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