專利名稱：流體分配器校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體輸送系統(tǒng)，并且特別是涉及一種可以校準(zhǔn)以便分配預(yù)定容積的流體的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多應(yīng)用需要流體輸送系統(tǒng)分配具有預(yù)定容積的流體單元。流體輸送系統(tǒng)通常使用馬達(dá)，其速度控制一次分配的流體容積。例如，蠕動(dòng)流體輸送系統(tǒng)包括以所選間隔擠壓柔性管的轉(zhuǎn)動(dòng)輥?zhàn)?，由此沿著輸出輥?zhàn)油苿?dòng)大致相同容積的流體。馬達(dá)控制輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)速度，由此控制每次輥?zhàn)訑D壓柔性管時(shí)分配的流體容積；馬達(dá)速度越快，給定時(shí)間內(nèi)輸出流體的容積越大。
當(dāng)系統(tǒng)開始安裝時(shí)，或者當(dāng)使用者希望改變操作參數(shù)時(shí)(例如，分配容積、分配速度等)，系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，以便每次分配所選容積的流體。通常，校準(zhǔn)需要分配單個(gè)單元的流體，測(cè)量分配單元的容積，并通過例如手動(dòng)調(diào)節(jié)控制馬達(dá)速度的電位計(jì)來調(diào)整馬達(dá)速度。這些步驟重復(fù)進(jìn)行，直到系統(tǒng)分配具有所需容積的單元為止。由于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要手動(dòng)反復(fù)調(diào)節(jié)以便獲得每次的所需流體容積，校準(zhǔn)變成費(fèi)事、消耗人工的過程。
希望的是一種可以可靠地輸送具有所需容積的測(cè)量流體單元而不需要在系統(tǒng)校準(zhǔn)期間手動(dòng)反復(fù)調(diào)節(jié)的流體輸送系統(tǒng)和方法。還希望的是一種根據(jù)所需分配時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)一種可以根據(jù)檢測(cè)的流速自動(dòng)校準(zhǔn)流體分配系統(tǒng)的校準(zhǔn)系統(tǒng)。本發(fā)明檢測(cè)例如分配速度的實(shí)際流體分配特性，并自動(dòng)調(diào)節(jié)分配特性以便與理想分配特性相配。通過根據(jù)一種函數(shù)控制流體分配的控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。該函數(shù)將例如分配速度、分配容積以及分配時(shí)間的不同分配特性因素相關(guān)聯(lián)。
在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器控制器根據(jù)固定時(shí)間周期內(nèi)不同馬達(dá)速度下獲得的分配流體容積獲得的函數(shù)來自動(dòng)調(diào)節(jié)。這些信息用來計(jì)算校正量以便將實(shí)際速度校正到理想速度。校正量使得分配器改變其操作，使得在目標(biāo)分配時(shí)間內(nèi)分配目標(biāo)流體容積，而不考慮初始實(shí)際速度。實(shí)際速度可開始通過檢測(cè)獲得目標(biāo)容積所需時(shí)間周期來獲得。該時(shí)間周期接著與該函數(shù)比較，以便檢測(cè)實(shí)際速度并獲得相對(duì)應(yīng)的校正量。
用于校準(zhǔn)的函數(shù)通過按照理想分配特性綜合系統(tǒng)操作而使得校準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行，而不需要使用者通過反復(fù)手動(dòng)方法校準(zhǔn)系統(tǒng)。


圖1是表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流體分配系統(tǒng)的示意方框圖；圖2是表示用于按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流體分配系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法的流程圖；圖3是在分配速度相對(duì)于固定時(shí)間周期內(nèi)分配流體容積的曲線；圖4是分配速度校正量相對(duì)于在與校正量相對(duì)應(yīng)的速度下分配固定流體容積的時(shí)間周期的曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流體分配系統(tǒng)100的示意方框圖。系統(tǒng)100包括流體分配器104(例如蠕動(dòng)泵)、馬達(dá)106或操作流體分配器104的其它致動(dòng)器以及控制馬達(dá)106速度的控制器。控制器108可以是任何公知的處理器、致動(dòng)器控制器和/或馬達(dá)控制裝置，該控制器可以經(jīng)由例如脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、可變電壓信號(hào)等產(chǎn)生的控制信號(hào)調(diào)節(jié)馬達(dá)或致動(dòng)器速度。馬達(dá)速度的變化將改變分配器108的操作速度。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制器108包括致動(dòng)器控制器109以及能夠存儲(chǔ)流體分配時(shí)間、相應(yīng)馬達(dá)速度和/或分配速度以及與分配速度、時(shí)間和容積相關(guān)的函數(shù)或算法的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器110。注意到存儲(chǔ)器110不需要必須是控制器108的一部分；存儲(chǔ)器110可以是結(jié)合在系統(tǒng)108任何地方的任何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，只要存儲(chǔ)器與致動(dòng)器控制器109通訊即可。
調(diào)節(jié)馬達(dá)速度可以調(diào)節(jié)流體分配器104的流速，由此改變分配器104給定時(shí)間周期內(nèi)輸出的流體容積?？刂破?08可以改變馬達(dá)速度以及流體分配器104的流速，而不需要手動(dòng)反復(fù)調(diào)節(jié)。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)100還包括使得使用者手動(dòng)啟動(dòng)并停止流體分配的流動(dòng)開始/停止開關(guān)。圖2是表示圖1系統(tǒng)開始設(shè)置以便進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)的一種方式的流程圖。使用者通過啟動(dòng)開關(guān)110(方框150)來開始流體流動(dòng)，并使得流體流入校準(zhǔn)容器(方框152)。當(dāng)分配流體到達(dá)所選擇的參考容積(例如1盎司)時(shí)，使用者經(jīng)由開關(guān)110停止流體流動(dòng)(方框154)?？刂破?08或其它處理裝置記錄獲得參考容積的逝去時(shí)間(方框156)。由于參考容積、分配參考容積的時(shí)間(即參考時(shí)間)以及理想或?qū)嶋H馬達(dá)速度是公知的(根據(jù)施加在馬達(dá)上的輸入電壓)，可以計(jì)算給定馬達(dá)速度下的參考流速(方框158)。與根據(jù)分配容積和所需容積之間的差別反復(fù)調(diào)節(jié)馬達(dá)速度相比，以此方式計(jì)算參考流速更加簡(jiǎn)單，這是由于參考流速可從使用者單個(gè)控制分配操作中獲得。
在一個(gè)實(shí)施例中，在分配的流體容積和馬達(dá)速度之間具有大致線性的關(guān)系。這種關(guān)系使得控制器108通過用與給定參考容積的實(shí)際分配時(shí)間和目標(biāo)分配時(shí)間之間差別成正比的比例因數(shù)校正校準(zhǔn)期間使用的馬達(dá)速度來計(jì)算校正馬達(dá)速度。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制器108可使用補(bǔ)償器來補(bǔ)償給定馬達(dá)特定特性中的任何非線性(例如，流速、通過控制器108施加在馬達(dá)106的控制電壓、系統(tǒng)變化、載有流體的導(dǎo)管的變化、導(dǎo)管磨損等之間的關(guān)系)以及流體本身的變化(例如流體粘度)。補(bǔ)償器可以是例如閉合回路的回路構(gòu)造，或者結(jié)合到控制器108所實(shí)施的函數(shù)內(nèi)。不考慮特定方式，補(bǔ)償器結(jié)合到系統(tǒng)100內(nèi)，補(bǔ)償器用作校準(zhǔn)因數(shù)，以便保持馬達(dá)特性的線性，并保持自動(dòng)校準(zhǔn)的精度。
圖3和4以及下面的表1表示獲得校準(zhǔn)控制器108所使用轉(zhuǎn)移函數(shù)的一種方法。注意到控制器108使用的函數(shù)可通過下面描述的方法以外的方式確定。另外，根據(jù)所需馬達(dá)速度調(diào)節(jié)，函數(shù)可以是線性函數(shù)，或者甚至是簡(jiǎn)單的正比因數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，流體樣品在例如目標(biāo)時(shí)間周期(例如7秒)的特定時(shí)間周期內(nèi)分配。表1表示分配速度和目標(biāo)時(shí)間周期內(nèi)分配的流體容積之間的關(guān)系。出于說明目的，表1所示的數(shù)據(jù)只用來解釋本發(fā)明系統(tǒng)的操作，而不以任何方式作為限制。
表1

實(shí)際分配速度和分配容積接著與參考分配速度(例如3.81V)和參考分配容積(1盎司)進(jìn)行比較，并且根據(jù)實(shí)際分配速度和參考分配速度之間的差別計(jì)算速度校正量。接著計(jì)算實(shí)際分配速度下分配1盎司的時(shí)間周期。例如，如果實(shí)際分配速度是5.75V，并且在此速度下在7秒內(nèi)分配1.53盎司，那么速度校正量是1.94V(即需要從5.75V的實(shí)際速度中減去1.94V來獲得理想速度3.81V)。另外，如表1所示，5.75V的分配速度將在4.57秒內(nèi)分配1盎司。
表1所示的數(shù)據(jù)可如圖3和4繪制，其中根據(jù)該曲線使用公知程序自動(dòng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)移函數(shù)。圖3是分配速度相對(duì)于固定目標(biāo)時(shí)間內(nèi)分配的流體容積的曲線，而圖4是校正量相對(duì)于在與校正量相對(duì)應(yīng)的速度下分配1盎司所需的時(shí)間的曲線。
從以上獲得的數(shù)據(jù)中，控制器108可自動(dòng)計(jì)算并調(diào)節(jié)馬達(dá)速度以便在使用者將目標(biāo)分配時(shí)間輸入到系統(tǒng)100內(nèi)時(shí)產(chǎn)生所需流體容積。更特別是，圖2表示的初始校準(zhǔn)順序?yàn)橄到y(tǒng)100提供參考流速和初始分配時(shí)間。由于對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說目標(biāo)分配時(shí)間是公知的，以本發(fā)明的方法調(diào)節(jié)并校準(zhǔn)馬達(dá)速度確保流體分配器104將能夠在所選擇的目標(biāo)分配時(shí)間(例如7秒)內(nèi)分配所需的流體容積。
例如，如果流體將用來與具有給定流速的另一材料混合，初始校準(zhǔn)步驟在校準(zhǔn)期間提供可以和其它材料的流速協(xié)調(diào)的參考流速。如果流體流速需要增加或減小以便與其它材料的流速協(xié)調(diào)，參考流速提供用于確定流速和用于該特定流體的分配速度之間線性關(guān)系以及用于確定與其它材料分配時(shí)間相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)流體分配時(shí)間的參照點(diǎn)。根據(jù)所述信息，控制器108可確定在目標(biāo)分配時(shí)間內(nèi)輸出目標(biāo)流體容積的適當(dāng)速度。
使用圖3和4所示形成的函數(shù)，控制器108在初始校準(zhǔn)過程中輸入由控制器108測(cè)量的時(shí)間以便確定需要調(diào)整多少馬達(dá)速度以便在目標(biāo)時(shí)間內(nèi)分配參考容積。例如，如果在圖2所示的校準(zhǔn)過程中，在4.57秒內(nèi)分配1盎司流體，表示出分配速度是5.75V，比理想速度3.81V高1.94V。控制器108接著將分配速度自動(dòng)減小1.94V，使得在7秒的目標(biāo)時(shí)間內(nèi)分配1盎司。控制器108將由此造成馬達(dá)106收斂于理想速度，在目標(biāo)時(shí)間內(nèi)分配目標(biāo)容積，而不考慮圖2的校準(zhǔn)步驟中的馬達(dá)初始速度。
因此，不依賴反復(fù)手動(dòng)調(diào)節(jié)來校準(zhǔn)馬達(dá)106以及分配器108，系統(tǒng)100根據(jù)在初始校準(zhǔn)過程中分配固定流體容積所花費(fèi)的時(shí)間來檢測(cè)所需調(diào)節(jié)量(圖2)。例如，給定所選擇的目標(biāo)分配時(shí)間，控制器108可計(jì)算目標(biāo)時(shí)間和參考時(shí)間之間的差別，并接著改變馬達(dá)速度與計(jì)算差別的大小成正比的量。特定比值取決于馬達(dá)、流體和/或所使用導(dǎo)管的特定性能。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠經(jīng)由實(shí)驗(yàn)和誤差確定用于給定系統(tǒng)的校正比例因數(shù)，而不過多進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于理想或?qū)嶋H馬達(dá)速度是公知的，可以確定馬達(dá)速度和分配時(shí)間之間的關(guān)系。因此，控制器108可自動(dòng)確定分配速度以及馬達(dá)速度偏離目標(biāo)速度有多少，并相應(yīng)調(diào)節(jié)馬達(dá)速度。
例如，如果使用者想要在較短時(shí)間內(nèi)分配所選擇的流體容積，馬達(dá)速度能夠?qū)τ诮o定流體容積根據(jù)反映馬達(dá)速度和分配時(shí)間之間關(guān)系的轉(zhuǎn)移函數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于控制器108使用的轉(zhuǎn)移函數(shù)使得分配器速度、分配時(shí)間以及分配容積相關(guān)聯(lián)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠確定可以用于自動(dòng)校準(zhǔn)流體分配器104的其它方式(例如按照固定分配容積、特定馬達(dá)速度以及目標(biāo)分配時(shí)間校準(zhǔn))，而不偏離本發(fā)明的范圍?？刂破?08內(nèi)存儲(chǔ)的函數(shù)或算法使得馬達(dá)速度自動(dòng)調(diào)節(jié)，以便根據(jù)在初始校準(zhǔn)步驟中獲得單個(gè)參考流速來滿足任何所需操作性能(圖2)。
將理解到在實(shí)施本發(fā)明的過程中可以采用這里描述的本發(fā)明實(shí)施例的不同變型。所打算是以下權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍，并且由此覆蓋這些權(quán)利要求及其等同概念范圍內(nèi)的方法和設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括流體分配器；連接到流體分配器上并控制流體從流體分配器輸出的致動(dòng)器；以及連接到致動(dòng)器上的致動(dòng)器控制器，其中致動(dòng)器控制器根據(jù)實(shí)際分配特性和理想分配特性之間的差別并按照一個(gè)函數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)致動(dòng)器。
2.如權(quán)利要求1所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)器是馬達(dá)。
3.如權(quán)利要求1所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)器控制器使用的函數(shù)使得流體分配時(shí)間、分配速度以及分配容積相關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)器控制器使用的函數(shù)從多個(gè)分配速度下的多個(gè)分配容積中獲得，其中每個(gè)分配速度與所述多個(gè)分配容積中的一個(gè)分配容積相對(duì)應(yīng)。
5.如權(quán)利要求4所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)器控制器使用的函數(shù)是分配速度校正量和用于分配目標(biāo)分配容積的計(jì)算分配時(shí)間之間的關(guān)系，其中每個(gè)所述多個(gè)分配速度具有對(duì)應(yīng)的分配速度校正量和計(jì)算分配時(shí)間。
6.如權(quán)利要求5所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)際分配特性和理想分配特性分別是實(shí)際分配速度和理想分配速度，并且其中致動(dòng)器控制器根據(jù)實(shí)際分配速度選擇分配速度校正量，并根據(jù)分配速度校正量自動(dòng)調(diào)節(jié)致動(dòng)器，以便獲得理想分配速度。
7.如權(quán)利要求6所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)際分配速度通過獲得目標(biāo)分配容積而獲得的逝去時(shí)間來確定。
8.如權(quán)利要求1所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)際分配特性和理想分配特性分別是實(shí)際分配速度和理想分配速度，并且其中致動(dòng)器控制器通過確定實(shí)際分配速度和理想分配速度之間的差別來調(diào)節(jié)致動(dòng)器，并將致動(dòng)器從實(shí)際分配速度自動(dòng)調(diào)節(jié)到理想分配速度。
9.如權(quán)利要求1所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，實(shí)際分配特性和理想分配特性分別是實(shí)際流速和理想流速。
10.如權(quán)利要求1所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括驅(qū)動(dòng)器控制器可訪問的存儲(chǔ)器。
11.如權(quán)利要求10所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)器控制器和存儲(chǔ)器一起形成控制致動(dòng)器的控制器。
12.一種流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括流體分配器；連接到流體分配器上并控制流體從流體分配器輸出的馬達(dá)；以及連接到致動(dòng)器上的馬達(dá)控制器，其中馬達(dá)控制器根據(jù)實(shí)際分配特性和理想分配特性之間的差別并按照取決于至少一種流體分配時(shí)間、分配速度以及分配容積的函數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)馬達(dá)，其中實(shí)際分配速度通過獲得目標(biāo)分配容積而獲得的逝去時(shí)間來確定；以及馬達(dá)控制器可訪問的存儲(chǔ)器。
13.如權(quán)利要求12所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，馬達(dá)控制器使用的函數(shù)從多個(gè)分配速度下的多個(gè)分配容積獲得，并且是分配速度校正量和用于分配目標(biāo)分配容積的計(jì)算分配時(shí)間之間的關(guān)系，其中每個(gè)所述多個(gè)分配速度具有相應(yīng)的分配速度校正量和計(jì)算分配時(shí)間。
14.如權(quán)利要求13所述的流體校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，致動(dòng)器控制器根據(jù)實(shí)際分配速度選擇分配速度校正量，并根據(jù)分配速度校正量自動(dòng)調(diào)節(jié)致動(dòng)器，以便獲得理想分配速度。
15.一種校準(zhǔn)流體分配系統(tǒng)的方法，包括檢測(cè)通過致動(dòng)器控制的流體分配器的實(shí)際分配性能；確定實(shí)際分配性能和理想分配性能之間的差別；以及根據(jù)確定的差別并按照取決于至少一種流體分配時(shí)間、分配速度以及分配容積的函數(shù)控制致動(dòng)器，以便獲得理想分配特性。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，檢測(cè)實(shí)際分配特性的過程包括檢測(cè)獲得目標(biāo)容積的逝去時(shí)間。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括確定分配速度校正量和用于分配目標(biāo)分配容積的計(jì)算分配時(shí)間之間的關(guān)系，以便獲得該函數(shù)，其中每個(gè)所述多個(gè)分配速度具有相應(yīng)的分配速度校正量和計(jì)算分配時(shí)間。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，實(shí)際分配特性和理想分配特性分配是實(shí)際分配速度和理想分配速度。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，實(shí)際分配特性和理想分配特性分配是實(shí)際流速和理想流速。
全文摘要
一種校準(zhǔn)流體的系統(tǒng)和方法檢測(cè)例如分配速度的實(shí)際流體分配特性，并自動(dòng)調(diào)節(jié)分配特性以便和理想分配特性相配。通過控制器(108)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制器根據(jù)使得分配速度、分配容積和分配時(shí)間相關(guān)聯(lián)的函數(shù)控制流體分配。通過將系統(tǒng)操作集中于理想分配特性，該函數(shù)使得校準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行，而不需要使用者通過反復(fù)手動(dòng)方法校準(zhǔn)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01F11/12GK1695009SQ02829802
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者J·J·斯科爾達(dá)托, J·J·邁納德, R·羅亞迪 申請(qǐng)人:開利商業(yè)冷藏公司