用于確定正容積式泵中的物理變量的方法
【專利說明】用于確定正容積式泵中的物理變量的方法
[0001 ]本發(fā)明涉及確定正容積式栗中的物理變量的方法。
[0002] 正容積式栗通常具有可動的排量元件，可動的排量元件界定計(jì)量室，計(jì)量室由閥 連接到抽吸管線和壓力管線。這導(dǎo)致由于排量元件的振蕩運(yùn)動，遞送流體能交替地通過抽 吸管線而被吸入到計(jì)量室內(nèi)和能由壓力管線從計(jì)量室被推壓出來。為此目的，提供用于排 量元件的振蕩運(yùn)動的驅(qū)動裝置。
[0003] 存在例如電磁驅(qū)動的隔膜栗，其中，排量元件是隔膜，隔膜能在兩個極端位置之間 往復(fù)移動，其中，計(jì)量室的體積在第一極端位置最小，而計(jì)量室的體積在第二極端位置最 大。因此，如果隔膜從其第一位置運(yùn)動到第二位置，那么在計(jì)量室中的壓力將降低，使得遞 送流體通過抽吸管線被吸入到計(jì)量室內(nèi)。在返回運(yùn)動中，也就是說，在從第二位置到第一位 置的運(yùn)動中，關(guān)閉到通向抽吸管線的連接，由于計(jì)量室中的體積減小，遞送流體的壓力將升 高，使得通向壓力管線的閥打開，并且遞送流體被遞送到壓力管線內(nèi)。由于隔膜的振蕩運(yùn) 動，遞送流體交替地從抽吸管線被吸入到計(jì)量室內(nèi)并且從計(jì)量室被遞送到壓力管線內(nèi)。在 壓力管線中的遞送流體流動也被稱作計(jì)量曲線。計(jì)量曲線基本上由排量元件的運(yùn)動曲線確 定。
[0004] 在電磁驅(qū)動的隔膜栗的情況下，隔膜連接到壓力部分，在大部分情況下，壓力部分 以彈性預(yù)加應(yīng)力方式至少部分地支承于螺線管內(nèi)。只要螺線管不具有流過它的電流使得并 無磁通量形成于其內(nèi)部，彈性預(yù)加應(yīng)力使壓力部分，并且因此使隔膜保持在預(yù)定位置，例如 第二位置，也就是說，其中計(jì)量室處于最大體積所在的位置。
[0005] 如果現(xiàn)在電流外加到螺線管上，產(chǎn)生磁通量，這使得經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)的壓力部分在螺 線管內(nèi)從其第二位置運(yùn)動到第一位置，由此，在計(jì)量室中的遞送流體從那里被遞送到壓力 管線內(nèi)。
[0006] 因此，螺線管的激活基本上包括壓力部分的突然沖程運(yùn)動和因此計(jì)量隔膜從第二 位置運(yùn)動到第一位置。
[0007] 通常，當(dāng)待計(jì)量的流體體積顯著地大于計(jì)量室的體積時使用這種電磁驅(qū)動的隔膜 栗，以使得計(jì)量速度基本上由電流通過螺線管流動的頻率或循環(huán)確定。如果例如計(jì)量速度 加倍，那么螺線管同時以兩倍的頻率短暫施加電流，而這將導(dǎo)致隔膜的運(yùn)動循環(huán)以二倍頻 率發(fā)生。
[0008] 這種磁性計(jì)量栗例如描述于EP 1 757 809中。
[0009] 然而，當(dāng)僅需要低計(jì)量速度時，使用這種磁性計(jì)量栗會遭遇其局限性，使得并不希 望有整個沖程運(yùn)動的突然的計(jì)量作用。
[0010]因此上文所提到的EP 1 757 809已經(jīng)提出了提供位置傳感器，利用位置傳感器能 確定壓力部分或者連接到壓力部分的隔膜的位置。運(yùn)動的閉環(huán)控制可隨后通過比較壓力部 分的實(shí)際位置與壓力部分的預(yù)定目標(biāo)位置來實(shí)現(xiàn)。
[0011] 對壓力部分運(yùn)動的閉環(huán)控制設(shè)置為當(dāng)沖程運(yùn)動不再突然發(fā)生而是以調(diào)節(jié)的方式 發(fā)生時，磁性計(jì)量栗也可以用于遞送顯著更少量的流體。
[0012] 特別地當(dāng)計(jì)量的量很小時，例如計(jì)量栗的閥打開和閥閉合時間起到很大作用，因 為它們決定實(shí)際計(jì)量操作的開始和結(jié)束。
[0013] 此外，在液壓系統(tǒng)中的氣泡和/或在計(jì)量單元的栗頭中的氣穴現(xiàn)象可能會減少實(shí) 際計(jì)量的量，這可能會顯著地降低計(jì)量準(zhǔn)確度，特別是當(dāng)涉及很少的計(jì)量的量時。
[0014] 因此，例如，原則上能利用壓力傳感器來測量在計(jì)量室中的流體壓力并且使用測 量結(jié)果來得出關(guān)于計(jì)量頭中的過程的結(jié)論，如在液壓系統(tǒng)中的氣泡、氣穴現(xiàn)象和/或在計(jì)量 頭中的過大壓力。
[0015] 然而，這種壓力傳感器提高了計(jì)量栗的成本，壓力傳感器易于出現(xiàn)故障并且其必 須被維護(hù)。
[0016] 特別地，當(dāng)計(jì)量栗用于食品行業(yè)中時，計(jì)量室必須定期進(jìn)行非常徹底的清潔。
[0017] 在清潔操作中，要將產(chǎn)品流體殘余物從例如在接合部出現(xiàn)的所有凹部謹(jǐn)慎地移 除。因此存在與壓力流體接觸的額外傳感器增加了清潔復(fù)雜性和勞動強(qiáng)度，因?yàn)楸仨氼~外 地清潔在傳感器與計(jì)量室之間的接合部。
[0018] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種確定物理變量、例如流體壓力的方法，可以確定 該變量，而不需要使用額外傳感器。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了這個目的，因?yàn)閷τ谂帕吭?，基于物理模型建立微分?程，至少測量排量元件的位置，并且利用該微分方程來確定該物理變量、例如流體壓力。例 如，微分方程可以是運(yùn)動方程。術(shù)語運(yùn)動方程用于表示如下數(shù)學(xué)方程，該數(shù)學(xué)方程描述了在 外部影響作用下排量元件的空間和時間運(yùn)動。
[0020] 在下文中，首先參考確定流體壓力為示例來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于確 定流體壓力。在下文中進(jìn)一步描述了另外的示例。
[0021] 排量元件的位置測量可以例如非接觸方式實(shí)現(xiàn)，并且在任何情況下通常在所描述 的計(jì)量栗中實(shí)現(xiàn)，使得能提供關(guān)于排量元件的當(dāng)前主要位置的信息。排量元件的運(yùn)動方程 考慮到作用于排量元件上的所有力。除了驅(qū)動裝置施加到排量元件上的力之外，也存在由 計(jì)量室中的流體壓力施加到隔膜上和因此施加到排量元件上的反作用力。
[0022] 因此，如果已知由驅(qū)動裝置施加到排量元件上的力，則能從排量元件的位置或者 排量元件的速度(可以從位置推導(dǎo)出速度)或加速度得出關(guān)于計(jì)量頭中的流體壓力的結(jié)論。 [0023]在一優(yōu)選實(shí)施例中，正容積式栗是電磁驅(qū)動的計(jì)量栗，優(yōu)選地是電磁驅(qū)動的隔膜 栗。
[0024] 在那種情況下，有利地是，除了所述排量元件的位置之外，還測量通過電磁驅(qū)動裝 置的電流，并且微分方程使用排量元件的位置以及通過電磁驅(qū)動裝置的電流作為測量變 量。一般而言，無需檢測另外的測量變量。由驅(qū)動裝置施加到排量元件上的力可以通過測量 排量元件的位置和測量通過電磁驅(qū)動裝置的電流來確定，并且可以從排量元件的運(yùn)動來確 定在計(jì)量頭中的壓力。
[0025] 例如，如果實(shí)際流體壓力達(dá)到或超過預(yù)定最大值，能輸出警告信號并且將警告信 號發(fā)送到自動關(guān)閉裝置，自動關(guān)閉裝置響應(yīng)于對警告信號的接收而關(guān)閉計(jì)量栗。因此，如果 由于任何原因，閥不打開或者在壓力管線上的壓力顯著升高，這能由根據(jù)本發(fā)明的方法來 確定而無需使用壓力傳感器，并且為了安全起見可以關(guān)閉栗?；旧?，具有相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動裝 置的排量元件額外地執(zhí)行壓力傳感器的功能。
[0026] 在該方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，對于排量元件的運(yùn)動循環(huán)，提供排量元件的目標(biāo) 流體壓力曲線、目標(biāo)位置曲線和/或通過電磁驅(qū)動裝置的目標(biāo)電流圖案。在此情況下，能比 較實(shí)際流體壓力與目標(biāo)流體壓力，能比較排量的實(shí)際位置與排量元件的目標(biāo)位置和/或比 較通過電磁驅(qū)動裝置的實(shí)際電流與通過電磁驅(qū)動裝置的目標(biāo)電流，并且如果在實(shí)際值與目 標(biāo)值之間的差異滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，輸出警告信號。
[0027]該方法步驟是基于以下構(gòu)思:例如在液壓系統(tǒng)中的氣泡或者在栗頭中的氣穴的給 定事件預(yù)期會造成流體壓力可識別的變化，并且因此可以從確定流體壓力的步驟得到關(guān)于 所述事件的結(jié)論。
[0028]警告信號可以激活例如光學(xué)顯示或聲音顯示。然而，替代地或組合地，也可以將警 告信號直接提供給控制單元，控制單元響應(yīng)于接收到的警告信號進(jìn)行合適測量。
[0029]在最簡單的情況下，對于測量或給定變量中的一個或多個確定在實(shí)際值與目標(biāo)值 之間的差異，并且如果差異之一超過預(yù)定值，輸出警告信號。
[0030] 然而，為了不僅檢測到可能的故障事件，例如在計(jì)量室中的氣泡或者發(fā)生氣穴，而 且還要將它們彼此區(qū)分，能為每個故障事件限定專用的標(biāo)準(zhǔn)。
[0031] 在一優(yōu)選實(shí)施例中，確定與目標(biāo)值的相對偏差的加權(quán)和并且選擇標(biāo)準(zhǔn)，以使得如 果加權(quán)和超過預(yù)定值，輸出警告信號。
[0032] 不同的加權(quán)系數(shù)可能與不同的故障事件相關(guān)聯(lián)。在理想情況下，在發(fā)生故障事件 時，精確地滿足一個標(biāo)準(zhǔn)從而能診斷故障事件。
[0033] 因此，能通過所描述的方法來進(jìn)行確定計(jì)量頭中的壓力的步驟，而無需借助于壓 力傳感器，并且能從以那種方式確定的壓力得出在計(jì)量頭中給定條件的結(jié)論，并且它們?nèi)?后可以觸發(fā)給定測量的起始。
[0034]利用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以非常精確地確定壓力變化。
[0035]因此，在再一實(shí)施例中，確定經(jīng)測量或給定的變量的時間梯度，并且如果其超過了 預(yù)定極限值，診斷閥打開或閥閉合。
[0036]在替代實(shí)施例中，排量元件的質(zhì)量m、向排量元件預(yù)加應(yīng)力的彈簧的彈簧常數(shù)k、電 磁驅(qū)動裝置的阻尼d和/或電阻Ro1被確定為物理變量。
[0037]在一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，甚至確定所有所述變量。這可以通過最小化計(jì)算來實(shí) 現(xiàn)。除了計(jì)量室中的壓力之外，所有規(guī)定的變量表示能通過實(shí)驗(yàn)確定并且通常在栗操作中 不變的常數(shù)。然而，不同元件可能發(fā)生疲勞現(xiàn)象，這改變了常數(shù)值。例如，