專利名稱：用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制系統(tǒng)和方法屬于流體輸送、液位測量和監(jiān)控技術(shù) 領(lǐng)域，可用于腐蝕性、毒性、放射性等危險(xiǎn)性流體輸送時(shí)的液位限控制和液位高度的測量和 監(jiān)控。
背景技術(shù)：
在化工、能源、礦山等工業(yè)生產(chǎn)中，常常涉及到具有腐蝕性、毒性的危險(xiǎn)性流體的輸送 操作。對(duì)通常的機(jī)械式流體泵送設(shè)備來說，由于存在可動(dòng)部件，設(shè)備長期運(yùn)行后將不得不定 期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修、更換等操作，在輸送流體具有人身危害性的情況下，這種操作必然會(huì)對(duì) 操作、維修人員帶來危險(xiǎn)。在核能生產(chǎn)領(lǐng)域，由于流體普遍存在放射性，該問題尤其嚴(yán)重。
為此，如圖1所示的、無可動(dòng)部件的氣動(dòng)式脈沖液體射流泵系統(tǒng)成為該種情況下的優(yōu)選 輸送設(shè)備。該系統(tǒng)由動(dòng)力源(由壓縮噴射器和真空噴射器組成)、活塞桶、可逆流體換向裝置 (Reverse flow diverter, RFD)三大部分組成，工作過程分壓沖和抽吸兩個(gè)過程壓沖時(shí)， 高壓氣體在壓縮噴射器的作用下，直接作用于氣液活塞筒內(nèi)的液體之上，加壓流體經(jīng)過RFD 的入流結(jié)構(gòu)，把壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，在入流結(jié)構(gòu)的出口處形成射流。由于射流邊界層的紊動(dòng)擴(kuò) 散作用，在引流間隙中的射流核心區(qū)周圍將產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，使部分從貯料桶通過引流管進(jìn)入引 流間隙中的流體被巻吸入射流主體。這兩股流體在引流間隙以及出流結(jié)構(gòu)內(nèi)混合，進(jìn)行能量 和質(zhì)量傳遞，于是加壓流體的速度減小，被吸流體的速度增大，兩者的速度在出流結(jié)構(gòu)出口 處漸趨一致。在此過程中，混合流體的動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)換成靜壓能，流體由此被輸送到后續(xù)單元 中。當(dāng)活塞筒內(nèi)液位降到低位液位限時(shí)，壓沖過程結(jié)束，抽吸過程開始。在抽吸過程中，真 空噴射器抽吸活塞筒內(nèi)的氣體，使壓力降低到供液箱和排液管中部分液體能被反吸到氣液活 塞筒內(nèi)，當(dāng)筒內(nèi)的反吸液體上升到高位液位限時(shí)，關(guān)閉通氣閥和抽氣閥，打開壓縮空氣閥， 再將筒內(nèi)液位壓縮到低位液位限，如此反復(fù)循環(huán)。
在氣動(dòng)式脈沖液體射流泵上述工作過程中，如操作不當(dāng)，壓沖時(shí)有可能將高壓氣體壓入 后續(xù)單元，抽吸時(shí)又可能導(dǎo)致液體溢出活塞筒進(jìn)入頂部氣體管路，在輸送流體具有危險(xiǎn)性的 情況下，尤其是具有放射性的情況下，將有可能造成非常嚴(yán)重的后果。因此，活塞筒中高位 液位限、低位液位限的判斷控制，以及壓沖、抽吸過程中液位高度的實(shí)時(shí)監(jiān)測對(duì)操作安全具 有特別重要的意義。由于流體具有人身傷害性，為盡可能減少維修更換并可遠(yuǎn)距離控制操作， 與流體接觸部分不存在機(jī)械可動(dòng)部件的免維修結(jié)構(gòu)也同時(shí)成為該液位控制測量系統(tǒng)的必要的 設(shè)計(jì)目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)危險(xiǎn)性流體的輸送問題，提供一種適用于但不限于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵系統(tǒng)的、無機(jī)械可動(dòng)部件、可遠(yuǎn)程控制操作的液位控制測量系統(tǒng)和方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)，其特征在于該液位控制測量系 統(tǒng)包括活塞筒，設(shè)置在活塞筒內(nèi)的低位液位限測控管，低位壓差傳感器，D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù) 收集系統(tǒng)以及用戶終端工作站；所述的低位液位限測控管與所述的低位壓差傳感器的高壓端
相連，所述的低位壓差傳感器低壓端與活塞筒的頂部相連；所述的低位壓差傳感器的信號(hào)輸 出通過信號(hào)線與A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)相連；所述活塞筒頂部通過一個(gè)出口分別連通高壓氣路和 放空氣路，高壓氣路和放空氣路上分別裝有第一電磁閥和第二電磁閥；所述第一電磁閥和第 二電磁閥的開關(guān)控制信號(hào)端均與D/A轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)輸出端連接；所述D/A轉(zhuǎn)換器和A/D 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)均由用戶終端工作站計(jì)算機(jī)控制。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案是該液位控制測量系統(tǒng)還包括高位液位限測控管和高位壓差傳
感器，所述的高位液位限測控管設(shè)置在活塞筒內(nèi)部；所述的高位液位限測控管與所述的高位 壓差傳感器的高壓端相連，所述的高位壓差傳感器的低壓端與活塞筒的頂部相連；所述的高 位壓差傳感器的信號(hào)輸出通過信號(hào)線與A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)相連。
本發(fā)明所述的上述方案中，D/A轉(zhuǎn)換器、A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和用戶終端工作站用固化有 控制程序的單片機(jī)代替，所述的低位壓差傳感器、高位壓差傳感器的信號(hào)輸出直接與單片機(jī) 外圍的電壓/電流信號(hào)輸入端相連，單片機(jī)的電壓輸出信號(hào)作為控制信號(hào)控制第一電磁閥和第 二電磁閥。
本發(fā)明所述的上述方案中高壓氣路和放空氣路另一種連接方式是各自直接和活塞筒的 頂部相連。
本發(fā)明提供了基于上述第一種方案的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量方
法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行
1) 首先確定高、低液位限到達(dá)時(shí)的低位液位限測控管和活塞筒之間的具體壓差數(shù)值，
以該數(shù)值作為高、低液位限到達(dá)的判斷、控制標(biāo)準(zhǔn)；
2) 在操作條件穩(wěn)定的情況下，低位壓差傳感器實(shí)時(shí)測量低位液位限測控管和活塞筒 之間的壓力差數(shù)值，終端工作站計(jì)算機(jī)將該測量數(shù)值與設(shè)定的高位液位限、低位液位限到達(dá) 時(shí)的壓差設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)?shù)臀粔翰顐鞲衅鳈z測到的壓差信號(hào)數(shù)值到達(dá)設(shè)定數(shù)值時(shí)即判斷 高位液位限或低位液位限達(dá)到；
3) 液位測量時(shí)，在活塞筒的壓沖、抽吸過程中，低位液位限測控管中的液柱高度隨 活塞筒中的液位變化而變化，兩者之間呈單調(diào)的唯一關(guān)系，根據(jù)低位壓差傳感器測量得到的 低位液位限測控管和活塞筒之間的壓力差，即可根據(jù)公式計(jì)算得到低位液位限測控管中的液 柱高度，并隨之得到活塞筒中的液位高度，具體公式如下-
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，/ m、 A分別是低位液位限測控管8和活塞筒3中的液位高度，Km、 A是低位液位 限測控管8的總體積和截面積，尸v、尸s分別是壓沖壓力和抽吸壓力，d尸是低位液位限測控管8 和活塞筒3之間的壓力差。
本發(fā)明提供了基于上述第二種方案的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量方法， 其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行
1) 低位限控制以低位液位限測控管底部開口位置作為低位液位限的控制位置，在活 塞筒壓沖過程中，當(dāng)液位下降到低于低位液位限測控管底部開口的位置時(shí)，低位液位限測控 管內(nèi)的液柱在重力的作用下突然落下，低位液位限測控管內(nèi)和活塞筒液面上部的壓力差瞬間 變?yōu)榱?，從而形成了一個(gè)階躍式的"V"型壓差變化，以此種趨勢(shì)的壓差變化作為低位液位限 判斷、控制的標(biāo)準(zhǔn)。
2) 高位限控制以高位液位限測控管的底部開口位置作為高位液位限的控制位置，在
活塞筒抽吸過程中，當(dāng)液位上升且開始淹沒高位液位限測控管的底部開口時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生 一個(gè)液柱，并導(dǎo)致其內(nèi)部和活塞筒內(nèi)的壓差為正值并逐漸升高，即產(chǎn)生一個(gè)從零開始的"突 變，以該趨勢(shì)作為高位液位限控制的判斷、控制標(biāo)準(zhǔn)。
3) 液位測量時(shí)，在活塞筒的壓沖、抽吸過程中，低位液位限測控管中的液柱高度隨活 塞筒中的液位變化而變化，兩者之間呈單調(diào)的唯一關(guān)系，根據(jù)低位壓差傳感器測量得到的低 位液位限測控管和活塞筒之間的壓力差，即可根據(jù)公式計(jì)算得到低位液位限測控管中的液柱
高度，并隨之得到活塞筒中的液位高度。具體公式如下
F 尸 A --ii_)
其中，4、 A分別是低位液位限測控管8和活塞筒3中的液位高度，K、 A是低位液位 限測控管8的總體積和截面積，尸v、 A分別是壓沖壓力和抽吸壓力，d尸是低位液位限測控管8 和活塞筒3之間的壓力差。
如上所述，當(dāng)采用第二種方案，即采用壓差變化的唯一性趨勢(shì)作為判斷高低液位限是否 到達(dá)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，而不采用具體數(shù)值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可避免了液體物理性質(zhì)變化對(duì)液位限判 斷的影響，因此本發(fā)明的控制測量方法可有效避免操作條件等變化的影響，具有很強(qiáng)的抗擾 動(dòng)性。同時(shí)由于低位液位限到達(dá)時(shí)，高位液位限測控管7、低位液位限測控管8內(nèi)已不存在 液柱，因此整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)復(fù)位的特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)將不會(huì)產(chǎn)生液體的時(shí)間累積效應(yīng)。
試驗(yàn)證明，本發(fā)明的液位控制測量系統(tǒng)和方法，不存在機(jī)械可動(dòng)部件，無機(jī)械可動(dòng)部件 的易損壞問題，從而使用過程中可避免危險(xiǎn)環(huán)境下的維修，尤其是在核工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，當(dāng) 出現(xiàn)故障時(shí)，可直接更換而不需要進(jìn)行現(xiàn)場維修，避免了對(duì)維修人員的人身傷害。同時(shí)，本 發(fā)明是完全氣力式操作，可將第一、第二電磁閥14和15、高位、低位壓差傳感器9和10、 D/A轉(zhuǎn)換器11、 A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12、用戶端工作站計(jì)算機(jī)13或者單片機(jī)19等裝置置于安 全區(qū)域，以遠(yuǎn)程控制操作。本發(fā)明的試驗(yàn)同時(shí)表明無論是壓沖還是抽吸操作，活塞筒中的
液位限制要求始終能夠得到良好地保證，不會(huì)發(fā)生壓沖擊穿和抽吸滿溢的事故。試驗(yàn)表明
所述的液位控制測量系統(tǒng)，不限于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵中的活塞筒的液位控制和測量要求，
其它存在液位限控制要求的體系同樣可使用；特別適用于腐蝕性、放射性、毒性等危險(xiǎn)性液
體、液固混合物輸送過程中的液位限控制和監(jiān)測。


-
圖l是氣動(dòng)式脈沖液體射流泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的第一種液位控制測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的第二種液位控制測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是低位液位限、高位液位限的趨勢(shì)判斷示意圖。
圖5是本發(fā)明用于水體系的液位控制測量系統(tǒng)試驗(yàn)裝置圖。
圖6是圖5試驗(yàn)的結(jié)果圖。
附圖標(biāo)識(shí)
1、壓縮噴射器2、真空噴射器3、活塞筒
4、入流結(jié)構(gòu)5、可逆流體換向裝置6、出流結(jié)構(gòu)
7、高位液位限測控管8、低位液位限測控管9、低位壓差傳感器
10、高位壓差傳感器11、D/A轉(zhuǎn)換器12、A/D轉(zhuǎn)換器
13、用戶終端工作站14、高壓氣路電磁閥15、放空氣路電磁閥
16、高壓氣路17、放空氣路18、提升管路
19、單片機(jī)20、壓縮機(jī)21、緩沖罐
22、高位je槽
G、高壓氣體N、提升流體V、放空氣體
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所提出的第一種液位控制測量系統(tǒng)，如圖2所示，該液位控制測量系統(tǒng)包括活塞 筒3，設(shè)置在活塞筒內(nèi)的低位液位限測控管8，低位壓差傳感器9， D/A轉(zhuǎn)換器11，數(shù)據(jù)收集 系統(tǒng)12以及用戶終端工作站13;所述的低位液位限測控管8與所述的低位壓差傳感器9的 高壓端相連，所述的低位壓差傳感器低壓端與活塞筒的頂部相連；所述的低位壓差傳感器的 信號(hào)輸出通過信號(hào)線與A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)12相連；所述活塞筒3頂部通過一個(gè)出口分別連通 高壓氣路16和放空氣路17，高壓氣路和放空氣路上分別裝有第一電磁閥14和第二電磁閥15;
所述第一電磁閥14和第二電磁閥15的開關(guān)控制信號(hào)端均與D/A轉(zhuǎn)換器11的控制信號(hào)輸出端
連接；所述D/A轉(zhuǎn)換器11和A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)12均由用戶終端工作站計(jì)算機(jī)13控制。
本發(fā)明提供的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的第一種液位控制測量系統(tǒng)的控制測量方法
在操作條件穩(wěn)定的情況下，首先確定高位液位限、低位液位限到達(dá)時(shí)，低位液位限測控管8
和活塞筒3之間的壓差數(shù)值，以此數(shù)值作為設(shè)定值；操作過程中，低位壓差傳感器9測量得
到低位液位限測控管8和活塞筒3之間的壓力差數(shù)值，用戶終端工作站13將此測量數(shù)值與高
位液位限、低位液位限的設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)?shù)臀粔翰顐鞲衅?檢測到的壓差信號(hào)數(shù)值到達(dá)
設(shè)定數(shù)值時(shí)即判斷高位液位限或低位液位限達(dá)到。液位測量時(shí)，在活塞筒3壓沖、抽吸過程
中，低位液位限測控管8中的液柱高度隨活塞筒3中的液位變化而變化，兩者之間呈單調(diào)的
唯一關(guān)系。根據(jù)低位壓差傳感器9測量得到的低位液位限測控管8和活塞筒3之間的壓力差
d尸，利用公式[1]即可計(jì)算得到低位液位限測控管8中的液柱高度^，并隨之用公式[2]得到
活塞筒3中的液位高度/u具體公式如下<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，&、 A分別是低位液位限測控管8和活塞筒3中的液位高度，l A是低位液位限 測控管8的總體積和截面積，A、 A分別是壓沖壓力和抽吸壓力，dP是低位液位限測控管8 和活塞筒3之間的壓力差。
本發(fā)明所提出的第二種液位控制測量系統(tǒng)，如圖3所示，活塞筒3中包括高位液位限測 控管7、低位液位限測控管8，低位壓差傳感器9和高位壓差傳感器10的高壓端通過管路分 別和低位液位限測控管8、高位液位限測控管7相連，低壓端均和活塞筒3相連；所述的低 位壓差傳感器9和高位壓差傳感器10的信號(hào)輸出通過信號(hào)線與A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)12的相連； 所述活塞筒3頂部通過一個(gè)出口經(jīng)過分支管線分別連通高壓氣源和放空裝置，高壓氣路16和 放空氣路17上分別裝有第一電磁閥14和第二電磁閥15;所述第一電磁閥14和第二電磁閥 15的開關(guān)控制信號(hào)端均與D/A轉(zhuǎn)換器11的控制信號(hào)輸出端連接；所述D/A轉(zhuǎn)換器11和A/D 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)12最終均由用戶終端工作站計(jì)算機(jī)13控制。
本發(fā)明提供的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的第二種液位控制測量系統(tǒng)的控制測量方法
l)低位限控制以低位液位限測控管8底部開口位置作為低位液位限的控制位置?；钊?筒3壓沖過程中，當(dāng)液位下降到低于低位液位限測控管8底部開口的位置時(shí)，低位液位限測 控管8內(nèi)的液柱在重力的作用下突然落下，低位液位限測控管8內(nèi)和活塞筒3液面上部的壓 力差瞬間變?yōu)榱?，從而形成了一個(gè)階躍式的"V"型壓差變化。以此種趨勢(shì)的壓差變化作為低 位液位限判斷、控制的標(biāo)準(zhǔn)。
2) 高位限控制以高位液位限測控管7的底部開口位置作為高位液位限的控制位置?；?塞筒3抽吸過程中，當(dāng)液位上升且開始淹沒高位液位限測控管7的底部開口時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn) 生一個(gè)液柱，并導(dǎo)致其內(nèi)部和活塞筒3內(nèi)的壓差為正值并逐漸升高，即產(chǎn)生一個(gè)從零開始的
"突變。以該趨勢(shì)作為高位液位限控制的判斷、控制標(biāo)準(zhǔn)。
3) 液位測量液位測量時(shí)，在活塞筒3壓沖、抽吸過程中，低位液位限測控管8中的液 柱高度隨活塞筒3中的液位變化而變化，兩者之間呈單調(diào)的唯一關(guān)系。根據(jù)低位壓差傳感器 9測量得到的低位液位限測控管8和活塞筒3之間的壓力差d尸，利用公式[l]即可計(jì)算得到低 位液位限測控管8中的液柱高度力 ，并隨之用公式[2]得到活塞筒3中的液位高度A。具體公 式如下
<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula>[2]
其中，A、 A分別是低位液位限測控管8和活塞筒3中的液位高度，K 、 A是低位液位限測控 管8的總體積和截面積，/{、 A分別是壓沖壓力和抽吸壓力，d尸是低位液位限測控管8和活 塞筒3之間的壓力差。
本發(fā)明提供的第一種液位控制測量系統(tǒng)和第二種液位控制測量系統(tǒng)，其中的D/A轉(zhuǎn)換器 11、 A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12、用戶終端工作站13可集成簡化為單片機(jī)19來實(shí)現(xiàn)。低位壓差傳 感器9、高位壓差傳感器10的信號(hào)輸出直接與單片機(jī)19外圍的電壓/電流信號(hào)輸入端相連， 單片機(jī)19的電壓輸出信號(hào)作為控制信號(hào)控制第一電磁闊14和第二電磁閥15。
本發(fā)明提供的第一種液位控制測量系統(tǒng)和第二種液位控制測量系統(tǒng)，其中的高壓管線16、 放空管線17可以通過分支管線再通過一個(gè)共同管線或各自直接和活塞筒3相連。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
在實(shí)施例中本發(fā)明的第二種液位控制測量系統(tǒng)被用于模擬氣動(dòng)式脈沖液體射流泵壓沖輸 送水至/^1.92m的高位貯槽22的情況。系統(tǒng)組成如圖5所示，在該過程中，活塞筒3中液 位降至低位液位限后，控制測量系統(tǒng)自動(dòng)終止壓沖進(jìn)入抽吸過程，此時(shí)，高位貯槽22中的水 又返回至活塞筒3直至到達(dá)高位液位限，而后再次進(jìn)入壓沖過程。試驗(yàn)溫度為室溫18'C，靜 止壓沖壓力尸T為0. 25MPa(表壓，實(shí)際動(dòng)態(tài)壓沖壓力P,〈尸T)、低位液位限測控管尺寸為i. d 22誦 X length 479誦，高位液位限測控管為簡單的短直筒型，尺寸為i. d 22mmX length 80腿， 抽吸壓力A為常壓，即利用高位貯槽22中水自身的重力返回活塞筒3。具體的輸送操作過程 如下通過用戶終端工作站13控制D/A轉(zhuǎn)換器11啟動(dòng)第一電磁閥14 (此時(shí)，第二電磁閥15 關(guān)閉)，由壓縮機(jī)20提供的高壓氣體通過緩沖罐21、高壓氣路16進(jìn)入活塞筒3，壓縮其中的 水通過提升管路18進(jìn)入高位貯槽22。此時(shí)，低位液位限測控管8中的液柱隨液位的降低而
降低，當(dāng)液位到達(dá)低位液位限位置，即低位液位限測控管8的底部開口位置時(shí)，由于失去支 撐作用，低位液位限測控管8中的液柱在重力作用下瞬間掉落至活塞筒3中，此時(shí)，低位壓 差傳感器9將產(chǎn)生一個(gè)"V"型壓差信號(hào)，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器11將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳 輸給用戶終端工作站13，在比對(duì)確認(rèn)該低位液位限到達(dá)的趨勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)(圖4一A)后，用戶終端 工作站13通過D/A轉(zhuǎn)換器11關(guān)閉第一電磁閥14，同時(shí)啟動(dòng)放空氣路17上的第二電磁閥15， 活塞筒3結(jié)束壓沖過程進(jìn)入抽吸過程。在抽吸過程中，高位貯槽22中的水通過提升管路18 重新回到活塞筒3中，此時(shí)，低位液位限限測控管8底部開口位置將被液體淹沒，低位液位 限測控管8中隨之產(chǎn)生一個(gè)逐漸上升的液柱并壓縮其中的氣體，低位壓差傳感器9隨之產(chǎn)生 上升的、正的壓差信號(hào)，該信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換并被用戶終端工作站13記錄后可計(jì)算 相應(yīng)液位的高度(壓沖時(shí)的液位高度變化也按照類似方法由用戶終端工作站13計(jì)算)并儲(chǔ)存。 抽吸過程中，除非液位高度到達(dá)高位液位限，即高位液位限測控管7底部開口位置被淹沒， 否則高位壓差傳感器10產(chǎn)生的壓力信號(hào)始終為零。而當(dāng)高位液位限到達(dá)后，由于高位液位限 測控管7中產(chǎn)生液柱并壓縮其中的空氣，高位液位限測控管10將立即產(chǎn)生一個(gè)由零開始的上 升突變(圖4一B)，該趨勢(shì)被A/D轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換并傳輸給用戶終端工作站13，用戶終端工作 站確定后立即通過D/A轉(zhuǎn)換器11關(guān)閉第二電磁閥15并同時(shí)啟動(dòng)高壓氣路16上的第一電磁閥 14，活塞筒3再次進(jìn)入壓沖過程。圖6是試驗(yàn)過程中同一時(shí)間，用戶終端工作站根據(jù)記錄的 壓差信號(hào)，采用公式[1]和公式[2]計(jì)算得到的液位高度變化和實(shí)際測量得到的液位高度變化 的對(duì)比值，結(jié)果表明兩者具有很好的一致性。
本發(fā)明中的新型液位控制測量系統(tǒng)，無機(jī)械可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可 很好地滿足氣動(dòng)式脈沖液體射流泵中的活塞筒高低液位限的控制要求，可防止壓沖擊穿、抽 吸滿溢的發(fā)生，并且該系統(tǒng)具有抗擾動(dòng)性強(qiáng)、自動(dòng)復(fù)位的特點(diǎn)，因此可在危險(xiǎn)環(huán)境下充分減 少維修需求，以保證維修、操作人員的人身安全。
權(quán)利要求
1.一種用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)，其特征在于該液位控制測量系統(tǒng)包括活塞筒(3)，設(shè)置在活塞筒內(nèi)的低位液位限測控管(8)，低位壓差傳感器(9)，D/A轉(zhuǎn)換器(11)，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(12)以及用戶終端工作站(13)；所述的低位液位限測控管(8)與所述的低位壓差傳感器(9)的高壓端相連，所述的低位壓差傳感器低壓端與活塞筒的頂部相連；所述的低位壓差傳感器的信號(hào)輸出通過信號(hào)線與A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(12)的相連；所述活塞筒(3)頂部通過一個(gè)出口分別連通高壓氣路(16)和放空氣路(17)，高壓氣路和放空氣路上分別裝有第一電磁閥(14)和第二電磁閥(15)；所述第一電磁閥(14)和第二電磁閥(15)的開關(guān)控制信號(hào)端均與D/A轉(zhuǎn)換器(11)的控制信號(hào)輸出端連接；所述D/A轉(zhuǎn)換器(11)和A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(12)均由用戶終端工作站計(jì)算機(jī)(13)控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)，其特征 在于該液位控制測量系統(tǒng)還包括高位液位限測控管(7)和高位壓差傳感器(IO)，所述的高 位液位限測控管(7)設(shè)置在活塞筒(3)內(nèi)部；所述的高位液位限測控管(7)與所述的高位 壓差傳感器(10)的高壓端相連，所述的高位壓差傳感器的低壓端與活塞筒的頂部相連；所述 的高位壓差傳感器的信號(hào)輸出通過信號(hào)線與A/D數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(12)的相連。
3. 如權(quán)利要求1或2所述用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)，其特征在 于所述的D/A轉(zhuǎn)換器(11)、 A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(12)和用戶終端工作站(13)用固化有控 制程序的單片機(jī)(19)代替，所述的低位壓差傳感器(9)、高位壓差傳感器(10)的信號(hào)輸 出直接與單片機(jī)(19)外圍的電壓/電流信號(hào)輸入端相連，單片機(jī)(19)的電壓輸出信號(hào)作為 控制信號(hào)控制第一電磁閥(14)和第二電磁閥(15)。
4. 如權(quán)利要求3所述的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)，其特征在于 所述的高壓氣路(16)和放空氣路(17)各自直接和活塞筒(3)的頂部相連。
5. 一種如權(quán)利要求1所述的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量方法，其特征 在于該方法按如下步驟進(jìn)行1) 首先確定高、低液位限到達(dá)時(shí)的低位液位限測控管(8)和活塞筒(3)之間的具 體壓差數(shù)值，以該數(shù)值作為高、低液位限到達(dá)的判斷、控制標(biāo)準(zhǔn)；2) 在操作條件穩(wěn)定的情況下，低位壓差傳感器(9)實(shí)時(shí)測量低位液位限測控管(8) 和活塞筒(3)之間的壓力差數(shù)值，終端工作站計(jì)算機(jī)(13)將該測量數(shù)值與設(shè)定的高位液位 限、低位液位限到達(dá)時(shí)的壓差設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)?shù)臀粔翰顐鞲衅?9)檢測到的壓差信號(hào)數(shù) 值到達(dá)設(shè)定數(shù)值時(shí)即判斷高位液位限或低位液位限達(dá)到；3) 液位測量時(shí)，在活塞筒(3)的壓沖、抽吸過程中，低位液位限測控管(8)中的 液柱高度隨活塞筒(3)中的液位變化而變化，兩者之間呈單調(diào)的唯一關(guān)系，根據(jù)低位壓差傳 感器(9)測量得到的低位液位限測控管(8)和活塞筒(3)之間的壓力差，即可根據(jù)公式計(jì)算得到低位液位限測控管(8)中的液柱高度，并隨之得到活塞筒(3)中的液位高度，具體公 式如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中，A、 A分別是低位液位限測控管8和活塞筒3中的液位高度，km、 A是低位液位 限測控管8的總體積和截面積，尸v、 A分別是壓沖壓力和抽吸壓力，d尸是低位液位限測控管8 和活塞筒3之間的壓力差。
6. —種如權(quán)利要求2所述的用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量方法，其特征 在于該方法按如下步驟進(jìn)行1) 低位限控制以低位液位限測控管(8)底部開口位置作為低位液位限的控制位置， 在活塞筒(3)壓沖過程中，當(dāng)液位下降到低于低位液位限測控管底部開口的位置時(shí)，低位液 位限測控管內(nèi)的液柱在重力的作用下突然落下，低位液位限測控管內(nèi)和活塞筒液面上部的壓 力差瞬間變?yōu)榱?，從而形成了一個(gè)階躍式的"v"型壓差變化，以此種趨勢(shì)的壓差變化作為低 位液位限判斷、控制的標(biāo)準(zhǔn)。2) 高位限控制以高位液位限測控管(7)的底部開口位置作為高位液位限的控制位 置，在活塞筒(3)抽吸過程中，當(dāng)液位上升且開始淹沒高位液位限測控管(7)的底部開口 時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生一個(gè)液柱，并導(dǎo)致其內(nèi)部和活塞筒內(nèi)的壓差為正值并逐漸升高，即產(chǎn)生一 個(gè)從零開始的"突變，以該趨勢(shì)作為高位液位限控制的判斷、控制標(biāo)準(zhǔn)。3) 液位測量時(shí)，在活塞筒(3)的壓沖、抽吸過程中，低位液位限測控管(8)中的液 柱高度隨活塞筒(3)中的液位變化而變化，兩者之間呈單調(diào)的唯一關(guān)系，根據(jù)低位壓差傳感 器(9)觀糧得到的低位液位限測控管(8)和活塞筒(3)之間的壓力差，即可根據(jù)公式計(jì)算 得到低位液位限測控管(8)中的液柱高度，并隨之得到活塞筒(3)中的液位高度。具體公 式如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中，A、 A分別是低位液位限測控管8和活塞筒3中的液位高度，K、 A是低位液位 限測控管8的總體積和截面積，尸v、尸s分別是壓沖壓力和抽吸壓力，d尸是低位液位限測控管8 和活塞筒3之間的壓力差。
全文摘要
用于氣動(dòng)式脈沖液體射流泵的液位控制測量系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括活塞筒，高位、低位液位限測控管，低位、高位壓差傳感器，D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)以及用戶終端工作站。當(dāng)?shù)臀灰何幌逌y控管和活塞筒間的壓差信號(hào)產(chǎn)生“V”型階躍時(shí)，判斷低位液位限到達(dá)；當(dāng)高位液位限測控管和活塞筒間的壓差信號(hào)產(chǎn)生由零開始的階躍信號(hào)時(shí)，判斷高位液位限到達(dá)；根據(jù)低位液位限測控管和活塞筒間的壓差信號(hào)計(jì)算活塞筒內(nèi)實(shí)際的液位高度。本發(fā)明的液位控制測量系統(tǒng)，無機(jī)械可動(dòng)部件，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可很好地滿足氣動(dòng)式脈沖液體射流泵中的活塞筒高低液位限的控制要求，因此可在危險(xiǎn)環(huán)境下充分減少維修需求，以保證維修、操作人員的人身安全。
文檔編號(hào)G05D9/00GK101114176SQ20071012148
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者吳秋林, 聰 徐, 山 景 申請(qǐng)人:清華大學(xué)