專利名稱：獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種可用于在線精確供油場合的獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置。屬于微流量液體計量技術領域。
背景技術：
隨著微電子機械工業(yè)的飛速發(fā)展，對微流量流體的精確計量在石油化工工業(yè)、醫(yī)學制藥工業(yè)、航空航天工業(yè)等很多行業(yè)都起有至關重要的作用。
目前國內外對微流量流體的計量研究主要從兩個方面入手。一個方面是對微流量流體的驅動源進行研究。微流量流體通常采用微型泵對其進行輸送，當泵的具體型號選定以后流體的流量主要由微型泵的轉速、泵的出口壓力決定。在很多情況下，微型泵的轉速不容易控制也不方便測量，并且?guī)与姍C的特性可能會隨著工作時間的持續(xù)而發(fā)生變化，這些都會導致計量的不精確。另一個方面是直接對流體的流量進行在線測量研究，這需要采用精確度高且壓力損失很小的流量計。目前市場上的微流量計存在著很多不足，如測量結果的精度不夠高、壓力損失過大、產品的工藝要求及生產成本過高等等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在通過流體力學原理來實現(xiàn)對微流量流體的在線閉環(huán)計量，提出了一種獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置。具有壓損低、計量精度高且獨立于泵特性等特點。
本發(fā)明的技術解決方案其結構是與泵控制器、輸送泵相串接的計量段，由微壓差傳感器、第一個三通閥門、第二個三通閥門、第一塑料軟管、第二塑料軟管、第三塑料軟管和支撐臺架組成，其中微壓差傳感器的兩個壓力輸入端分別通過第一塑料軟管、第二塑料軟管接到第一個三通閥門和第二個三通閥門，兩個三通閥門之間通過第三塑料軟管連接，支撐臺架保持微壓差傳感器的兩個壓力輸入端在一個水平面上以及第三塑料軟管筆直。
本發(fā)明的優(yōu)點泵控制器以一片PIC18F252單片機為核心，根據(jù)期望流量與實際流量之間的偏差對輸送泵進行閉環(huán)控制，以實現(xiàn)對流量的精確計量。具有低壓損、高精度，可在線使用的優(yōu)點。在獨立于電機特性的基礎上對微流量流體進行計量，所以在使用過程中不必擔心因電機的特性發(fā)生變化而影響計量精度。從而有效解決了微流量計量上關于壓力損失大、精度不高的問題，采用在線測量、閉環(huán)控制的方法為微流量流體計量領域提供了一種精度高、綜合性能高并可獨立于電機特性的微流量流體計量裝置。


附圖1是本發(fā)明的原理框圖。
附圖2是計量段結構圖。
附圖3是泵控制器功能模塊圖。
附圖4是獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置實驗效果圖。
圖中的Wr是期望流量、W是實際流量、ewr是期望流量與實際流量之間的偏差、1是第一個三通閥門、2是第二個三通閥門、3是第一塑料軟管、4是第二塑料軟管、5是第三塑料軟管、6是微壓差傳感器6。
具體實施例方式
對照附圖1，其結構是泵控制器PI與輸送泵、計量段依次串接。
其工作原理計量段對當前的流量進行在線測量，并把測量出來的實際流量反饋給泵控制器。泵控制器根據(jù)期望流量與實際流量之間的偏差對輸送泵進行閉環(huán)控制，以實現(xiàn)對流量的精確計量。
對照附圖2，其結構是與泵控制器PI與輸送泵相串接的計量段，由微壓差傳感器6、第一個三通閥門1、第二個三通閥門2、第一塑料軟管3、第二塑料軟管4、和第三塑料軟管5和支撐臺架組成，其中微壓差傳感器6的兩個壓力輸入端分別通過第一塑料軟管3、第二塑料軟管4接到第一個三通閥門1和第二個三通閥門2，兩個三通閥門1、2之間通過第三塑料軟管5連接，支撐臺架保持微壓差傳感器6的兩個壓力輸入端在一個水平面上以及塑料軟管筆直。
首先將第一塑料軟管、第二塑料軟管的一端接到微壓差傳感器上，然后將第一塑料軟管、第二塑料軟管的另一端接到第一個三通閥門、第二個三通閥門上。
微壓差傳感器6，可采用霍利威爾公司的DC-Series型微壓差傳感器。該傳感器量程為0～1000Pa，采用7伏至30伏直流電源供電，輸出為0.5伏至4.5伏的直流電壓信號。具有體積小、反應靈敏、測量精度高的優(yōu)點。
對照附圖3，泵控制器的核心為一片PIC18F252單片機，有核心控制器、測量模塊、顯示模塊、控制驅動模塊，核心控制器的三個輸出端分別與測量模塊、顯示模塊、控制驅動模塊的輸入端對應相接。
測量模塊，核心控制器PIC18F252單片機通過其自帶的A/D采集通道對微壓差傳感器輸出的電壓信號采集。
顯示模塊，核心控制器PIC18F252單片機內的控制算法將測量到的電壓信號轉化成當前的流量值，并對其加以顯示。
控制驅動模塊，核心控制器PIC18F252單片機根據(jù)反饋回來的當前流量與期望流量之間的偏差對輸送泵進行閉環(huán)控制。
實施例，對微型渦噴發(fā)動機的燃油進行計量計量的流體為航空煤油，流體的流量范圍為20ml/min～300ml/min。計量段中的兩個三通閥之間的塑料軟管內徑為2.4毫米。根據(jù)已知的流體物理屬性、流量范圍、管道內徑由流體力學中雷諾數(shù)計算公式(Re=ρVdμ)]]>可以判斷出管道中的流體為層流流動。
在判斷出層流的基礎上，管道長度的選擇可由流體力學公式l=Δpπd4128μQ]]>計算，其中l(wèi)表示管道的長度，Δp表示兩個三通閥之間的微壓差，d表示塑料軟管的內徑，μ表示流體的粘度，Q表示流量的流量。為了使得流體的流量范圍與微壓差傳感器的量程范圍相匹配，管道的長度選為12厘米。
在裝置的硬件結構確定的情況下，為了進一步提高計量的精確度，需要對裝置進行實驗標定。具體步驟如下1)利用量筒與秒表，分別測量出計量段的壓差在100pa、200pa、300pa、400pa、500pa、600pa、700pa、800pa和900pa時所對應的燃油流量。
2)借助MATLAB軟件，對實驗數(shù)據(jù)進行二次曲線擬合，得到反映壓差與流量之間關系的二次曲線方程。通過曲線方程，當壓差被測量出來后，流量也隨之可由方程求出。
3)用C語言編程實現(xiàn)通過壓差求流量的算法，并將代碼移植到泵控制器中的PIC18F252單片機中。
采用了獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置后，微型渦噴發(fā)動機的燃油計量精度有了顯著提高。其實驗效果圖如圖4所示，從圖4中可以看出，沒有采用獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置前，原先的供油曲線與直線y＝x的圖象有相當?shù)钠睿@說明油泵的實際供油量與供油需求量存在相當?shù)钠?。采用了獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置對流量進行在線閉環(huán)控制后，現(xiàn)在的供油曲線與直線y＝x的圖象幾乎重合，這說明油泵的實際供油量很接近于給定的供油需求量。
權利要求
1.獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置，其特征是與泵控制器、輸送泵相串接的計量段，由微壓差傳感器、第一個三通閥門、第二個三通閥門、第一塑料軟管、第二塑料軟管、第三塑料軟管和支撐臺架組成，其中微壓差傳感器的兩個壓力輸入端分別通過第一塑料軟管、第二塑料軟管接到第一個三通閥門和第二個三通閥門，兩個三通閥門之間通過第三塑料軟管連接。
2.根據(jù)權利1要求所述的獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置，其特征是依次將第一塑料軟管、第二塑料軟管的一端接到微壓差傳感器上，另一端接到第一個三通閥門、第二個三通閥門上。
全文摘要
本發(fā)明是獨立于泵特性的低壓損微流量計量裝置，其結構是微壓差傳感器的兩個壓力輸入端分別通過第一塑料軟管、第二塑料軟管接到第一個三通閥門和第二個三通閥門，兩個三通閥門之間通過第三塑料軟管連接，支撐臺架保持微壓差傳感器的兩個壓力輸入端在一個水平面上以及第三塑料軟管筆直。優(yōu)點具有低壓損、高精度，可在線使用的優(yōu)點。且本發(fā)明是在獨立于電機特性的基礎上對微流量流體進行計量，所以在使用過程中不必擔心因電機的特性發(fā)生變化而影響計量精度。有效地解決了微流量計量上關于壓力損失大、精度不高的問題，采用在線測量、閉環(huán)控制的方法為微流量流體計量領域提供了一種精度高、綜合性能高并可獨立于電機特性的微流量流體計量裝置。
文檔編號G01F1/50GK101078639SQ20071002464
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權日2007年6月26日
發(fā)明者張?zhí)旌? 糜坤年, 黃向華 申請人:南京航空航天大學