專利名稱：產(chǎn)生并維持比例預(yù)先確定的流體混合物的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生并維持比例預(yù)先確定的流體混合物，更具體地，涉及產(chǎn)生并維持由水和濃泡沫組成的比例恒定的混合物(尤其是用于消防設(shè)備中的)的系統(tǒng)及方法。
直接注射式泡沫與水的配比系統(tǒng)比起目前使用的平衡壓力式系統(tǒng)、在線(in-line)注射器系統(tǒng)和圍繞泵(around-the-pump)式的系統(tǒng)，具有多種優(yōu)點(diǎn)。平衡壓力系統(tǒng)需要比例控制器，此控制器在流量范圍方面有限制并且通常會產(chǎn)生不期望的壓力流失。在線注射器系統(tǒng)在流量方面也有限制，有背壓容差，并且通常會引起壓力損失達(dá)入口壓力的30-40%。因?yàn)槿绻硥撼^入口壓力的65-70%的話，注射器將不能工作，因此，這類系統(tǒng)必須妥善地匹配于下游系統(tǒng)，以免產(chǎn)生過大的背壓。如果實(shí)際的入口壓力顯著偏離其設(shè)計值時，其配比準(zhǔn)確度便很差。圍繞泵式的系統(tǒng)，則每當(dāng)系統(tǒng)流量變化時都要對配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且如果泵的入口壓力超過在該系統(tǒng)中使用的高容量噴射泵的許可背壓的話，它將不能工作。對于在系統(tǒng)的某些排放點(diǎn)需要泡沫溶液而在另一些排放點(diǎn)需要水的系統(tǒng)，圍繞泵式配比器不能使用。但是，它們?nèi)杂邢喈?dāng)大的用途，尤其用于飛機(jī)事故救援車和市政消防車。
傳統(tǒng)的直接注射系統(tǒng)使用槳輪型流量計測量水和濃泡沫的流速。接著，手動或自動調(diào)節(jié)濃泡沫的流量，與所期望的水流量百分?jǐn)?shù)相配合。槳輪流量計受被測液體的粘度的影響，因此對于不同粘度的濃泡沫必須重新校準(zhǔn)，并且不能用于具有非牛頓流變性的濃泡沫。這種類型的示范性系統(tǒng)在美國專利No.4，324，294和4，246，969中有所描述，這兩個專利都是授予McLoughlin等人的，都是關(guān)于化學(xué)注射系統(tǒng)的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種不依賴于流量或壓力測量的配比系統(tǒng)，以產(chǎn)生比例恒定的流體混合物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種系統(tǒng)，它能根據(jù)被混合的流體的電化學(xué)性能而產(chǎn)生比例恒定的兩種流體的混合物。
本發(fā)明的又一目的是提供一種直接注射配比系統(tǒng)，它能基于水和濃泡沫的導(dǎo)電性質(zhì)自動地將濃泡沫注入水流以達(dá)到預(yù)定的溶液百分比。
根據(jù)這些目的及其他目的，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生比例恒定的兩種流體混合物的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括有一種流體的供給源和另一種流體的供給源。預(yù)先確定的兩種流體的一個混合比被先選定，測定此混合物的導(dǎo)電性能，作為使用時的設(shè)定點(diǎn)(值)。兩種流體的導(dǎo)電性能也進(jìn)行測量。接著根據(jù)它們測得的導(dǎo)電性能將兩種流體混合，與設(shè)定點(diǎn)(值)比較，以產(chǎn)生所期望的比例恒定的混合物。接著，將此比例恒定的兩種流體的混合物排放。
這個導(dǎo)電率配比方法不象傳統(tǒng)的比例控制器所必然的那樣依賴于流速或壓力。導(dǎo)電率可以解決在很大范圍流量內(nèi)精確進(jìn)行配比的問題。目前可得到的設(shè)備其操作調(diào)節(jié)范圍約為8∶1，即設(shè)備的最大流量約為最小流量的八倍。例如，通過一個3英寸的比例控制器的代表性流量范圍為150GPM至1200GPM。而許多系統(tǒng)需要在更大范圍中進(jìn)行操作，如30GPM至1200GPM或更高。已有的技術(shù)不得不在配比的精確度上進(jìn)行折衷。某些系統(tǒng)在低流量時(低于標(biāo)準(zhǔn)流量范圍)其配比會低于所期望的百分?jǐn)?shù)(較貧)，而另一些系統(tǒng)則在高流量時，其配比會高于所期望的百分?jǐn)?shù)(較富)。


圖1是本發(fā)明的比例恒定混合物配比系統(tǒng)的方塊示意圖。
圖2是本發(fā)明的比例恒定混合物配比系統(tǒng)的另一可供選擇的例子的方塊示意圖。
參見圖1，該圖顯示了本發(fā)明的配比系統(tǒng)10。此系統(tǒng)包括一種流體的供給源12和另一種流體的供給源14。為說明起見，這兩種流體可以分別為濃泡沫和水。濃泡沫和水可用常規(guī)設(shè)備例如泵(圖中未示)進(jìn)行驅(qū)動，分別沿著流徑13和15。可以調(diào)節(jié)控制閥26令一預(yù)先確定量的濃泡沫注入水流中，以得到所需的溶液。閥26用接收由微處理機(jī)發(fā)出的信號的閥控制單元28進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。閥26的控制可以用電機(jī)械的、電氣動的或者電液壓的方式進(jìn)行。來自供給源12的所期望量的濃泡沫與來自供給源14的水流，通過液流混合單元30進(jìn)行混合。此后，濃泡沫和水的混合溶液通過排放裝置32從系統(tǒng)中排放出去。
根據(jù)本發(fā)明，微處理機(jī)34對控制混合閥26調(diào)節(jié)的方式取決于被混合流體(在本例中是水和濃泡沫)的特定的電化學(xué)性能的測定。因?yàn)樗蜐馀菽瓋烧叨际请娊赓|(zhì)，它們的化學(xué)組成使得它們能傳導(dǎo)電流，即流體是導(dǎo)電性的。因此，有可能通過測量泡沫溶液的導(dǎo)電率，然后將其與所期望的預(yù)先確定的導(dǎo)電率進(jìn)行比較，從而測出在水中的濃泡沫的百分濃度。隨后，根據(jù)被比較的兩個值調(diào)節(jié)混合物的比例。
如圖1所示，T型連接16和18分別位于流經(jīng)13和15上，用于將一部分流量的流體分流到一個低流量二元計量(metering)泵20的各自可調(diào)節(jié)的注射器(injector)22a和22b。計量泵20對每個噴嘴最好具有約2加侖/小時的最大泵流量。可調(diào)節(jié)的注射器(injector)22a和22b被操作者設(shè)定于所期望的混合比例，例如97份水對3份泡沫或者94份水對6份泡沫等等。計量泵從流徑13和15中分別吸入所期望比例的水和濃泡沫，將其混合。濃泡沫和水的混合溶液然后排入樣品容器24。在樣品容器24中裝有一導(dǎo)電率探頭36，用于測量樣品混合物的導(dǎo)電率。隨后，探頭36給微處理機(jī)34提供一顯示導(dǎo)電率測量值的信號。可以理解，容器24可以配一個溢出閥(圖中未標(biāo)出)或一個通向排放裝置32的排放路徑(圖中未標(biāo)出)，從而可以對水和濃泡沫進(jìn)行連續(xù)取樣。
來自位于泡沫溶液排放線31的導(dǎo)電率探頭38的導(dǎo)電率測量信號同時被送至微處理機(jī)34。探頭38所測量的是將在排放裝置32處進(jìn)行排放的溶液的同種導(dǎo)電率。微處理機(jī)對樣品容器24中的樣品混合物的導(dǎo)電率測量值和從系統(tǒng)實(shí)際排放出去的濃泡沫和水的混合物的導(dǎo)電率測量值進(jìn)行比較。對應(yīng)于比較的結(jié)果，微處理機(jī)產(chǎn)生一控制信號給控制單元28，從而適當(dāng)調(diào)節(jié)控制混合閥26，使樣品容器24中的樣品溶液和在排放裝置32將被排出的溶液的測量值之間的差別至少降至最低程度，更好是基本消除。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，微處理機(jī)34的程序可以編制得使測得的兩個導(dǎo)電率所期望的符合程度是在某范圍之內(nèi)，而不是一個確切的數(shù)值，以防止控制混合閥不停地“擺動”。這個范圍可以調(diào)節(jié)至所期望的任何準(zhǔn)確度。
因?yàn)橛嬃勘?0是不斷地對混合的濃泡沫和水進(jìn)行采樣，所以這一系統(tǒng)10能夠進(jìn)行瞬時調(diào)節(jié)以補(bǔ)償所使用的水源中的變化或濃泡沫類型的變化。在操作過程中濃泡沫供應(yīng)源若用不同牌號或類型的濃泡沫重新加入，因而具有不同于系統(tǒng)中原先使用的濃泡沫的導(dǎo)電性能的場合下，這一點(diǎn)是非常有好處的。對于水供應(yīng)源也一樣，因?yàn)椴煌乃磿峁┚卟煌瑢?dǎo)電率的水。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，可以對圖1所示的系統(tǒng)10進(jìn)行改動，使系統(tǒng)對于與水流混合的濃泡沫具有多個注射點(diǎn)和多個泡沫溶液排放裝置。也可以修改系統(tǒng)10使多個注射點(diǎn)的每一個都有專用的控制混合閥和排放物導(dǎo)電率探頭。常規(guī)的微處理機(jī)的設(shè)計和程序編制可以允許操作者在某些排放點(diǎn)選擇泡沫溶液，而在另一些排放點(diǎn)選擇水。此外，可以使用多個樣品容器，以便于多個排放裝置中的每一個各能排放具有不同混合比的泡沫溶液。而且，微處理機(jī)34的程序編制能夠顯示即時的混合比，以便操作者對一個或多個控制混合閥進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。
再參見圖2，該圖顯示了本發(fā)明的另一可供選擇的例子中的比例恒定的混合系統(tǒng)40。與圖1的系統(tǒng)10相似，此圖的系統(tǒng)40包括濃泡沫的供給源12，它通過流徑13與控制混合閥26相連?？刂苹旌祥y將由微處理機(jī)34確定的預(yù)定量的濃泡沫提供給來自水源14的水，在流動混合單元30相混合，微處理機(jī)34是控制閥控制單元的。濃泡沫和水的溶液則由排放裝置32從系統(tǒng)排出。
比例選擇裝置42用以設(shè)定在所期望的濃泡沫與水的配比百分?jǐn)?shù)，并將該百分?jǐn)?shù)存儲于微處理機(jī)34中。導(dǎo)電率探頭44置于來自濃泡沫供應(yīng)源12的流徑13上，供測量濃泡沫的導(dǎo)電率之用，并將表示該導(dǎo)電率的信號傳給微處理機(jī)。類似地，導(dǎo)電率探頭46置于水的流徑15上，以測量水的導(dǎo)電率并將其值傳給微處理機(jī)。微處理機(jī)34將測得的水和濃泡沫的導(dǎo)電率與由比例選擇裝置42設(shè)定的所期望的混合百分比進(jìn)行比較。然后由微處理機(jī)確定系統(tǒng)40所產(chǎn)生的具有正確比例比率的溶液所需的導(dǎo)電率。導(dǎo)電率探頭38則為微處理機(jī)提供表示排放溶液的導(dǎo)電率的信號。微處理機(jī)34隨后將所期望的，預(yù)先確定的導(dǎo)電率與被排放溶液的真實(shí)導(dǎo)電率相比較，從而提供一信號給控制單元28以調(diào)節(jié)控制閥26，從而將被比較的數(shù)值之間的差別降至最低以提供具有正確配比的溶液。
權(quán)利要求
1.一種用于維持比例預(yù)先確定的兩種流體組成的混合物的系統(tǒng)，該混合物沿一共同的流徑流動，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括用于設(shè)定代表所述的比例預(yù)先確定的混合物的導(dǎo)電率的設(shè)定點(diǎn)(值)的裝置；用于測量沿所述流徑流動的混合物的導(dǎo)電率，并將它與所述的設(shè)定點(diǎn)相比較，從而產(chǎn)生代表其間任何差異的控制信號的裝置；對應(yīng)于所述的控制信號，調(diào)節(jié)所述兩流體的混合物的配比，從而最大限度降低所述差異的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于按照所述的預(yù)定的混合物的比例，將所述的兩種流體的樣品混合物進(jìn)行混合的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于測量所述的兩種流體的所述混合物樣品的導(dǎo)電性能的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于測量所述的比例預(yù)先確定的混合物的導(dǎo)電性能的裝置。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的樣品混合裝置包括一個低流量二元計量泵和與每個所述的流體相連的可調(diào)節(jié)的注射器(injector)。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置至少包括一個導(dǎo)電率探頭。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)裝置包括一個可調(diào)節(jié)的控制閥。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量和比較裝置包括一個微處理機(jī)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的流體是水和濃泡沫。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于單獨(dú)測量每一種所述流體的導(dǎo)電性能的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于測量比例預(yù)定的混合物的導(dǎo)電性能的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置至少包括一導(dǎo)電率探頭。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的用于測量和比較的裝置包括一個微處理機(jī)。
14.一種用于維持比例預(yù)先確定的兩種流體組成的混合物的方法，混合物沿一共同的流徑流動，其特征在于所述的方法包括下列步驟設(shè)定代表所述的比例預(yù)定的混合物的導(dǎo)電率的設(shè)定點(diǎn)(值);測量沿所述流徑流動的混合物的導(dǎo)電率并與所述的設(shè)定點(diǎn)相比較，從而產(chǎn)生代表其間任何差異的控制信號;對應(yīng)于所述的控制信號，調(diào)節(jié)所述流體的混合物的配比，從而最大限度地降低所述的差異。
15.一種產(chǎn)生兩種流體組成的比例恒定的混合物的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于提供所述的某一種流體的裝置;用于提供所述的另一種流體的裝置;用于設(shè)定所述的兩種流體的預(yù)定的混合比的設(shè)定裝置;用于測量所述的兩種流體的導(dǎo)電性能的測量裝置;用于根據(jù)測得的導(dǎo)電性能將兩種流體進(jìn)行混合，從而產(chǎn)生所述的比例恒定的混合物的混合裝置;用于排放所述的比例恒定的所述兩種流體的混合物的排放裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于按所述的預(yù)定的混合比混合所述兩種流體的混合物樣品的樣品混合裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置包括用于測量所述的兩種流體組成的所述的混合物樣品的導(dǎo)電性能的測量裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置還包括用于測量所述的被排放的兩種流體的比例恒定的混合物的導(dǎo)電性能的排放物測量裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于根據(jù)所述的測量裝置測得的導(dǎo)電率測量值控制所述混合裝置的控制裝置，以便維持被排放的所述兩種流體組成的混合物在預(yù)定的配比。
20.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的樣品混合裝置包括一低流量的二元計量泵和可調(diào)節(jié)的兩個注射器，它們分別與所述的兩個流體供給源相連，從而在樣品容器中產(chǎn)生混合物樣品。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置包括至少一個導(dǎo)電率探頭。
22.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的混合裝置包括一個可調(diào)節(jié)的控制閥。
23.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制裝置包括一個微處理機(jī)。
24.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的兩種流體是水和濃泡沫。
25.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置包括用于分別測量所述的兩種流體的導(dǎo)電性能的兩個流體測量裝
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置還包括用于測量被排放的由所述的兩種流體組成的所述的比例恒定的混合物的導(dǎo)電性能的排放物測量裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于根據(jù)所述的測量裝置測得的導(dǎo)電率測量值控制所述的混合裝置的控制裝置，為的是維持被排放的所述兩種流體組成的混合物在預(yù)先確定的配比。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的測量裝置包括至少一個導(dǎo)電率探頭。
29.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制裝置包括一個微處理機(jī)。
30.一種產(chǎn)生兩種流體組成的比例恒定的混合物的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟提供所述的某一種流體;提供所述的另一種流體;設(shè)定所述的兩種流體的預(yù)定的混合配比;分別測量所述的兩種流體的導(dǎo)電性能;根據(jù)測得的導(dǎo)電性能將所述的兩種流體進(jìn)行混合以產(chǎn)生所述的比例恒定的混合物。
全文摘要
一種根據(jù)流體的導(dǎo)電率測量值，產(chǎn)生和維持由兩種流體(如水和濃泡沫)組成的比例預(yù)先確定的混合物的系統(tǒng)和方法。先設(shè)定代表比例預(yù)定的混合物的設(shè)定點(diǎn)。接著用導(dǎo)電率探頭和微處理機(jī)測量混合物的導(dǎo)電率并將其與該設(shè)定點(diǎn)比較。控制閥連續(xù)地對應(yīng)于來自微處理機(jī)的信號根據(jù)導(dǎo)電率數(shù)值的比較進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而維持比例預(yù)定的混合物。
文檔編號G05D11/02GK1085330SQ9311650
公開日1994年4月13日 申請日期1993年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月18日
發(fā)明者E·C·諾曼 申請人:契卜國家泡沫股份有限公司