專利名稱：混合器,用于監(jiān)視或控制該混合器的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)屬于一種混合器和用于監(jiān)視和控制該混合器的裝置和方法。本申請(qǐng)方所知的混合器包括-容器，要被混合的流體或粒狀產(chǎn)品被容納在其中以形成混合物，這些產(chǎn)品在混合 前通過(guò)至少一個(gè)可測(cè)量物理變量而被彼此區(qū)分，-攪拌器，能攪動(dòng)存在于容器中的產(chǎn)品，和-用于根據(jù)該混合器的至少一個(gè)可測(cè)量特性監(jiān)視或控制該混合器的裝置。
背景技術(shù)：
監(jiān)視或控制裝置是用于確定混合的進(jìn)行符合預(yù)定計(jì)劃和/或用于控制混合器的 的不同裝備件，例如攪拌器，以使得混合根據(jù)該預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行。例如，如果所用的可測(cè)量特性表示混合物的均勻性，則該裝置被用于在混合是勻 質(zhì)時(shí)停止該混合器。所用的可測(cè)量特性還可表示與混合相關(guān)的過(guò)程的進(jìn)展，例如化學(xué)反應(yīng)。 在后一種情況下，該裝置被用于監(jiān)視該過(guò)程的有效運(yùn)行和如果該過(guò)程沒(méi)有按計(jì)劃進(jìn)行時(shí)作 用在混合器上。在現(xiàn)有技術(shù)的混合器中，由于用于監(jiān)視或控制混合器的特性的數(shù)值在整個(gè)混合體 積中不是均勻的，因此造成混合的過(guò)程的監(jiān)視或控制變得非常困難。為了闡述該問(wèn)題，這里舉例的是藍(lán)色漆和黃色漆之間的混合物，以獲得均勻的綠 色混合物。已知的方式是把顏色傳感器放置在其中進(jìn)行混合的容器的一側(cè)上?？善谕鶕?jù)該 傳感器進(jìn)行的測(cè)量可容易地監(jiān)視或控制該混合器。例如，可以計(jì)劃在由該傳感器測(cè)量的延 伸是均勻綠色時(shí)自動(dòng)停止混合。實(shí)際上，不可能以該方式進(jìn)行。實(shí)際上，即使局部地，在傳 感器的附近，測(cè)量的顏色是均綠色，而藍(lán)或黃漆的殘留塊通常保持在混合物自身內(nèi)。通過(guò)這 種裝置進(jìn)行的混合物的監(jiān)視或控制由此是效率較低的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求通過(guò)提出一種混合器克服這些問(wèn)題，其中混合的監(jiān)視或控制更有效。由此本發(fā)明的目的是一種混合器，其中監(jiān)視或控制裝置包括-至少一個(gè)帶儀器顆粒，其被并入混合物中，每個(gè)帶儀器顆粒a.在攪拌器攪動(dòng)的產(chǎn)品的作用下在該混合物中能自由地且獨(dú)立地移動(dòng)，和b.裝備有至少一個(gè)傳感器，該傳感器能測(cè)量混合物的特性。-處理單元，能根據(jù)每個(gè)帶儀器顆粒進(jìn)行的特性測(cè)量來(lái)監(jiān)視或控制混合物。在上述混合物中，由于帶儀器顆粒在混合物中自由移動(dòng)，它們能測(cè)量混合物的多 個(gè)點(diǎn)處的特性，包括混合物的可視表面之下。帶儀器顆粒的數(shù)量小于可進(jìn)行測(cè)量的點(diǎn)的數(shù) 量。與通過(guò)使用固定到容器的壁的傳感器要獲得的相同測(cè)量的情形相比，這限制了所用的 傳感器的數(shù)量。
而且，帶儀器顆粒在攪拌器產(chǎn)生的湍流的作用下在混合物內(nèi)移動(dòng)。由此不必為這 些顆粒提供專門的推進(jìn)裝置。裝備上述監(jiān)視或控制裝置的混合器由此可以簡(jiǎn)單地更有效地監(jiān)視或控制混合器 的運(yùn)行。該混合器的實(shí)施例可包括下面的特征-攪拌器是固定地連接到容器且能機(jī)械地?fù)u動(dòng)容納在容器中的產(chǎn)品以把它們彼此 攪拌的機(jī)械攪拌器。 本發(fā)明的目標(biāo)還是一種用于能應(yīng)用于上述混合器的監(jiān)視或控制混合器的裝置。該監(jiān)視或控制裝置的實(shí)施例可包括下面的特征-每個(gè)帶儀器顆粒的密度在混合物的密度加或減10%范圍內(nèi)；_當(dāng)在預(yù)定的時(shí)間槽中特性的瞬時(shí)測(cè)量值在獲得的測(cè)量值的平均數(shù)值的加或減 Ag范圍內(nèi)時(shí)，處理單元能指示混合的結(jié)束，其中Ag為預(yù)定閾值-該裝置包括多個(gè)帶儀器顆粒，每個(gè)都裝備有能測(cè)量混合物的所述特性的傳感 器；-每個(gè)帶儀器顆粒包括發(fā)射器，其用于通過(guò)無(wú)線鏈接傳輸獲得的特性的測(cè)量值，且 處理單元包括接收器，其能接收由每個(gè)帶儀器顆粒傳輸?shù)臏y(cè)量值；-該裝置包括定位器，其能讀取每個(gè)帶儀器顆粒在固定鏈接到其中進(jìn)行混合的容 器的坐標(biāo)系中的位置，且處理單元能根據(jù)由每個(gè)帶儀器顆粒獲得的測(cè)量值和位置讀數(shù)來(lái)監(jiān) 視或控制混合器；-每個(gè)帶儀器顆粒的傳感器測(cè)量的特性代表把混合產(chǎn)品彼此區(qū)分開(kāi)的物理變量。監(jiān)視或控制裝置的這些實(shí)施例還具有下述優(yōu)點(diǎn)-當(dāng)帶儀器顆?；旧暇哂信c混合物相同的密度時(shí)，它們均勻地掃描混合物的整 個(gè)體積，從而防止由于例如優(yōu)選地考慮到朝向容器的底部或相反地朝向容器的表面發(fā)生的 情形而引入到測(cè)量中的偏差，-當(dāng)混合物被認(rèn)為是在容器中關(guān)于測(cè)量的特性是均勻時(shí)，基于帶儀器顆粒進(jìn)行的 測(cè)量的混合結(jié)束的指示使得混合器停止，-多個(gè)帶儀器顆粒在相同混合器中的同時(shí)使用使得混合器中的均勻性的確定例如 更快和更準(zhǔn)確，-經(jīng)由無(wú)線鏈接傳輸測(cè)量值至處理器降低了顆粒的尺寸且由此最終改善了混合的 運(yùn)行的監(jiān)視或控制，-由于考慮了例如混合物中的不均勻性所位于的地方，混合器中的帶儀器顆粒的 定位改進(jìn)了混合器的監(jiān)視或控制。最后，本發(fā)明的目的還是一種用于監(jiān)視或控制在混合前通過(guò)至少一個(gè)可測(cè)量物理 變量來(lái)彼此區(qū)分的流體或顆粒的混合器的方法，其特征在于該方法包括-在通過(guò)攪拌器攪動(dòng)的產(chǎn)品的作用下，使至少一個(gè)帶儀器顆粒在混合物中移動(dòng)，-通過(guò)每個(gè)帶儀器顆粒測(cè)量混合物的至少一個(gè)可測(cè)量特性，和-以根據(jù)每個(gè)帶儀器顆粒獲得的測(cè)量值來(lái)監(jiān)視或控制混合器。


通過(guò)下面純?yōu)榉窍拗菩詫?shí)例的方式給出且參考附圖的說(shuō)明，將能更清楚地理解本 發(fā)明，在附圖中圖1是裝備有監(jiān)視或控制裝置的混合器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是圖1的監(jiān)視或控制裝置的帶儀器顆粒(instrumented particle)的示意 圖；圖3是用于監(jiān)視或控制圖1的混合器的方法的流程圖；圖4是示意性地示出了通過(guò)圖1的監(jiān)視或控制裝置的帶儀器顆粒讀取的不同測(cè)量 值的圖表；圖5和6是圖表，表示圖2的帶儀器顆粒的兩個(gè)其它實(shí)施例進(jìn)行的測(cè)量隨時(shí)間的變化。

在這些附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)被用于表示相同的元件。在本說(shuō)明的下文中，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的特性和功能將不詳細(xì)描述。圖1示出了混合器2。該混合器2具有容器4，其容納不同產(chǎn)品的混合物5。要被 混合的產(chǎn)品通過(guò)可控制計(jì)量單元6被倒入容器4。引入到容器4中的產(chǎn)品在混合前通過(guò)至少一個(gè)可測(cè)量物理變量而被彼此區(qū)分。由 此，就在產(chǎn)品被引入到容器前，混合物5是非均勻的。例如，混合器的目的是要使得混合物5關(guān)于該混合物的一個(gè)局部可測(cè)量特性的數(shù) 值的空間分布均勻。更具體地，如果混合物中存在至少一個(gè)第一產(chǎn)品塊和一個(gè)第二產(chǎn)品塊， 其中測(cè)量特性分別具有第一和第二不同數(shù)值，第一和第二數(shù)值之間的差大于預(yù)定閾值，則 混合物在這里被認(rèn)為是非均勻的。被考慮的塊的最小尺寸和預(yù)定閾值例如通過(guò)用戶根據(jù)要 被混合的產(chǎn)品預(yù)先設(shè)定。相反，如果不是非均勻的，則混合物5被認(rèn)為是均勻的例如，這里，可被局部測(cè)量的混合物的特性是一物理變量，其在混合前使得可以區(qū) 分被混合的產(chǎn)品。僅通過(guò)示例的方式，描述了圖1的實(shí)施例，在該特定情況下，其中的混合產(chǎn)品是液體 漆，分別是黃色和藍(lán)色的。在本文中，混合器的目的是要獲得其為均勻綠色的均勻混合物。計(jì)量單元6能把成比例的數(shù)量的要被混合的每種產(chǎn)品引入到容器4中。例如，計(jì) 量單元6由管形成，每個(gè)都裝備有可控制計(jì)量泵。為了簡(jiǎn)化圖1，僅管8和計(jì)量泵10被示 出。每個(gè)管敞開(kāi)到容器4中。這里，計(jì)量單元6把被計(jì)量體積的不同顏色的漆引入到容器 4中?；旌掀?具有可控制攪拌器14以攪拌容納在容器4中的產(chǎn)品。例如，為此，攪拌 器14具有通過(guò)馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的漿片16。這里，攪拌器14相對(duì)于容器4的位置可通過(guò)機(jī)構(gòu)20調(diào)整，以把攪拌器14相對(duì)于 容器4的壁移動(dòng)。例如，機(jī)構(gòu)20沿不同方向傾斜漿片16的旋轉(zhuǎn)軸線?；旌掀?裝備有監(jiān)視和控制裝置。該裝置包括-多個(gè)帶儀器顆粒24，其并入到混合物5中，在容器4周圍定位的三個(gè)天線26到28，-處理單元30，能監(jiān)視和控制混合的過(guò)程。
每個(gè)帶儀器顆粒24能測(cè)量用于區(qū)分容器4中的被混合產(chǎn)品的物理變量。例如，這 里，這些顆粒24每個(gè)都裝備有顏色傳感器，以區(qū)分不同顏色的兩種漆。這些顆粒24還裝備 有發(fā)射器，用于實(shí)時(shí)地同時(shí)發(fā)送通過(guò)它們的相應(yīng)傳感器進(jìn)行的測(cè)量至天線26-28。將參考圖 2詳細(xì)描述顆粒24。天線26-28被定位在容器24外部，以接收通過(guò)顆粒24進(jìn)行的測(cè)量。這里，三個(gè)天 線26-28被相對(duì)于彼此定位，以能通過(guò)三角測(cè)量定位每個(gè)帶儀器顆粒。處理單元30具有接收器32，其連接到每個(gè)天線26-28，以接收由顆粒24發(fā)送的測(cè)量。單元30還具有-定位器34，能根據(jù)天線26-28接收的信號(hào)的功率通過(guò)三角測(cè)量確定容器4內(nèi)的 每個(gè)顆粒24的的位置，-用于監(jiān)視混合器自身的模塊26，例如根據(jù)顆粒24傳輸?shù)臏y(cè)量來(lái)檢測(cè)混合物5中 的非均勻性，和-用于控制混合器4以影響混合物的運(yùn)行的模塊38。例如，這里，模塊38能控制混合器2的下述裝備-馬達(dá)18，以調(diào)節(jié)漿片16的旋轉(zhuǎn)速度，-機(jī)構(gòu)20，以把漿片16取向?yàn)轭A(yù)定方向，和-計(jì)量單元6，以在必要時(shí)把新數(shù)量的產(chǎn)品引入到混合物5中。圖2給出了帶儀器顆粒24的更詳細(xì)視圖。這里，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，假定所有帶儀器 顆粒24是相同的。每個(gè)顆粒24都包括-物理變量的傳感器44，用于在要被混合的產(chǎn)品引入容器4并混合前區(qū)分它們，-模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器46，能把傳感器44傳送的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，-多路復(fù)用器48，能在顆粒24被裝備有多個(gè)傳感器時(shí)能多路傳輸來(lái)自多個(gè)傳感器 的數(shù)字信號(hào)，和-發(fā)射器50，能發(fā)送通過(guò)多路復(fù)用器48傳送的多路數(shù)字信號(hào)至天線26-28。顆粒24還具有微控制器52，其能控制顆粒24的不同元件。最后，顆粒24包括電 池54，用于給顆粒的所有裝備供電。圖2還以虛線示出了第二傳感器56。第二傳感器56可與傳感器44相同，S卩，能測(cè) 量與傳感器44相同的物理變量，或相反，能測(cè)量與傳感器44測(cè)量的不同的物理變量。如果 傳感器44和56測(cè)量相同的物理變量，它們被定位在顆粒24的邊沿的不同位置且優(yōu)選地彼 此在直徑上相對(duì)。傳感器56和傳感器44 一樣被連接到轉(zhuǎn)換器46。在圖1的實(shí)施例中，顆粒24僅具有傳感器44。傳感器44是顏色傳感器，其能通過(guò) 相應(yīng)的顏色在兩種混合的漆之間進(jìn)行區(qū)分。顆粒24還具有保護(hù)殼58，其能保護(hù)顆粒所包含的電子裝置不受其被設(shè)計(jì)并入的 外界環(huán)境影響。球58具有直徑D。直徑D足夠小以使得所有顆粒24的累計(jì)體積與混合物 的體積相比保持較小。例如，顆粒24的累計(jì)體積小于混合物的體積的10%。由此，顆粒的 存在不妨礙混合物。在這種情況下，直徑D小于2cm且優(yōu)選地小于1cm。
顆粒24的重量足夠使得其能在混合期間穿過(guò)不同的產(chǎn)品快。這里，顆粒24的直徑D被選擇為使得該顆粒的密度基本上與混合物5的密度相 等。這里，術(shù)語(yǔ)“基本上相等”表示顆粒24的密度等于混合物5的密度(偏差正負(fù)10%內(nèi))。顆粒24的密度等于該顆粒重量除以其體積?；旌衔?的密度等于該混合物的重 量除以其體積。如果混合物的重量和體積恒定，混合物的體積可大體上由要被混合的產(chǎn)品 的體積與要被混合的產(chǎn)品的重量的比確定。在該實(shí)施例中，直徑D是通過(guò)下面的關(guān)系式給出m = P f3i D3/6其中-m是顆粒24的質(zhì)量；- ρ F是混合物5的密度；-D是要被確定的顆粒24的直徑。當(dāng)顆粒24的密度基本上等于混合物5的密度時(shí)，則顆粒24均勻地掃描混合物5 的整個(gè)體積，由此改善了混合器2的監(jiān)視和控制裝置的可靠性?；旌掀?的運(yùn)行現(xiàn)在參考圖3的方法進(jìn)行描述，特別是黃色和藍(lán)色的兩種漆的混 合的情況。開(kāi)始，在步驟60，顆粒24被加入到混合物5中，例如，顆粒24被與要混合的產(chǎn)品同 時(shí)引入到容器4中。然后，在步驟62，攪拌器14被命令攪動(dòng)容器4中要被混合的產(chǎn)品。這里，馬達(dá)18 旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)漿片16，該漿片自身攪動(dòng)容器4中的不同產(chǎn)品。產(chǎn)品的該攪動(dòng)還導(dǎo)致容器4中 的顆粒24在通過(guò)漿片16在混合物5中產(chǎn)生的湍流的作用下移動(dòng)。這里，顆粒24在混合物5中自由運(yùn)動(dòng)且不被任意元件連接到容器4的壁或攪拌器 14。而且，每個(gè)顆粒24都相對(duì)于其它顆粒是獨(dú)立的。由此，顆粒24均勻地掃描混合物5的 整個(gè)體積。在與步驟62平行的步驟64中，每個(gè)顆粒24的傳感器44獲得區(qū)分被混合產(chǎn)品的 物理變量(即，在該情況下為它們的顏色)的瞬時(shí)測(cè)量值gi(t)。指數(shù)i標(biāo)識(shí)進(jìn)行該測(cè)量的 顆粒24。在步驟64，每個(gè)測(cè)量值gi (t)被即時(shí)地通過(guò)該顆粒的發(fā)射器50和天線26-28之間 建立的無(wú)線鏈接而被發(fā)送到接收器32。與步驟62和64平行地，單元30進(jìn)行混合器2的監(jiān)視和控制階段66。在該階段 66的開(kāi)始處，在步驟68處，接收器32接收由每個(gè)顆粒24發(fā)送的測(cè)量值gi (t)。每個(gè)顆粒24都以其自己的頻率發(fā)送其測(cè)量值，以不與相同混合物中存在的其它 顆粒24的傳輸相混雜。而且，顆粒24上發(fā)送的每個(gè)信息幀都具有用于從混合物5中存在 的所有顆粒中標(biāo)識(shí)該顆粒的標(biāo)識(shí)符。在步驟70，根據(jù)在步驟68處接收的測(cè)量值gi (t)，模塊36確定例如是否混合物足 夠均勻以能停止攪拌器14。例如，在步驟70開(kāi)始時(shí)，在操作72過(guò)程中，通過(guò)每個(gè)顆粒24發(fā) 送的不同瞬時(shí)測(cè)量值gi(t)的平均值巧被計(jì)算。典型地，該平均值⑶是在預(yù)定時(shí)間槽 內(nèi)實(shí)現(xiàn)的不穩(wěn)平均值。然后，在操作74中，模塊36檢查以發(fā)現(xiàn)是否由每個(gè)顆粒24在時(shí)間 槽Δ t中發(fā)送的每個(gè)瞬時(shí)測(cè)量值gi (t)在平均值⑶加或減Δ g內(nèi)。Ag是混合物的均勻性的公差帶。Ag由用戶預(yù)定。例如，在這種情況下，Ag被選擇為小于平均值g (t)的10% 且優(yōu)選地小于平均值⑶的5%。如果在時(shí)間槽At過(guò)程中發(fā)送的所有瞬時(shí)測(cè)量值gi(t) 在平均值⑶加或減Ag范圍內(nèi)，則模塊38在步驟76中命令停止攪拌器14。實(shí)際上，在這種情況下，混合物5被認(rèn)為以變得足夠均勻且不再需要任何混合。在與步驟70平行的步驟78處，定位器34確定每個(gè)顆粒24在固定地結(jié)合到容器 4的坐標(biāo)系中的位置。例如，每個(gè)顆粒24的位置通過(guò)三角測(cè)量法根據(jù)天線26-28即時(shí)接收 的測(cè)量值gi (t)或每個(gè)天線26-28接收的信號(hào)的功率確定。然后，在步驟80處，如果已經(jīng)確定在操作74過(guò)程中混合物5不是足夠均勻，單元 38根據(jù)顆粒24發(fā)送的測(cè)量值gi (t)和在步驟78中獲得的顆粒24的位置控制混合器2的 不同裝置。例如，根據(jù)每個(gè)測(cè)量值gi(t)和發(fā)送該測(cè)量值的顆粒的位置，模塊38確定剩余 黃色和藍(lán)色塊在容器4中的位置。然后，模塊38命令機(jī)構(gòu)20以優(yōu)選地?cái)噭?dòng)混合物5的其 中那些殘留的黃色和藍(lán)色塊所在的區(qū)域。在步驟80處，模塊38還可命令馬達(dá)18根據(jù)測(cè)量 值gi(t)加速或減速產(chǎn)品的攪動(dòng)。在步驟80，如果基于每個(gè)顆粒24發(fā)送的測(cè)量值gi (t)預(yù)測(cè)的混合物的平均顏色不 與用戶設(shè)定的目標(biāo)顏色相對(duì)應(yīng)，則模塊38還控制計(jì)量單元6以在混合過(guò)程中引入產(chǎn)品。例 如，如果預(yù)測(cè)的混合物5的均勻顏色太接近黃色，模塊38命令把藍(lán)色漆添加到混合物中。圖4示出了四個(gè)顆粒24進(jìn)行的測(cè)量gi(t)隨時(shí)間的發(fā)展。圖4示出了分別由叉、 圓、方塊和三角形標(biāo)識(shí)的第一、第二、第三和第四顆粒24的測(cè)量值。在混合開(kāi)始時(shí)，顆粒24 處于黃色漆塊或藍(lán)色漆塊中。該測(cè)量值的分布在平均值⑶周圍的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差由此非 常重要。然后，在攪拌器14的作用下，該平均標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸地變小。混合物由此變得越來(lái) 越均勻且測(cè)量值gi (t)接近平均值。從時(shí)刻、開(kāi)始，任意一個(gè)顆粒24進(jìn)行的每個(gè)測(cè)量 值gi(t)被包括在以平均值⑶為中心的2Ag寬的帶中。攪拌器14由此在時(shí)間槽At過(guò) 去后的時(shí)刻、被停止。許多其它實(shí)施例是可能的。例如，傳感器44可被混合物的其它局部可測(cè)量特性的 任意傳感器代替。該被測(cè)量特性可不同于用于在混合前區(qū)分被混合產(chǎn)品的物理變量。例如， 如果被檢測(cè)的混合物的非均勻性呈現(xiàn)為發(fā)生在被混合產(chǎn)品之間的反應(yīng)的結(jié)果，特性的這種 選擇可證明是適宜的。傳感器還可被選擇以測(cè)量混合進(jìn)行時(shí)且由此發(fā)生的一個(gè)或其它化學(xué) 反應(yīng)的進(jìn)程的狀態(tài)的代表性特性。通過(guò)示例，傳感器可以是溫度、壓力、pH、極譜、電阻、電容、分光光度學(xué)、不透明度、 濁度、測(cè)粒技術(shù)(refractrometry)或粘度傳感器。傳感器還可是生物芯片、生物傳感器或 所謂的“芯片實(shí)驗(yàn)室(lab-on chip) ”傳感器。因此，以描述的混合器和其監(jiān)視和控制裝置可被用于許多應(yīng)用。例如，被混合的產(chǎn)品不必是如同漆的情況中的可混合液體產(chǎn)品。它們還可是不可混合產(chǎn)品。被混合的產(chǎn)品采 取液體、氣體或粒狀形態(tài)。在氣體的例子中，必須注意可以用比并入顆粒的氣體輕的氣體填 充顆粒的空間。例如，混合器2可被適于監(jiān)視和控制例如混凝土的粒狀產(chǎn)品的混合器。在混凝土 的情況下，要被混合的粒狀產(chǎn)品為沙子和沙礫。沙子可在混合前通過(guò)其細(xì)粒(其比一顆沙 礫小十倍多)的重量從沙礫區(qū)分出來(lái)。沙子的細(xì)粒和沙礫塊之間的差別可通過(guò)加速計(jì)測(cè)量。實(shí)際上，由于沙礫比沙子的細(xì)粒重，它們的慣性更大。這意味著當(dāng)沙礫撞擊帶儀器顆粒 時(shí)，帶儀器顆粒經(jīng)受的減速度或加速度的幅度遠(yuǎn)大于如果該顆粒在相同條件下被沙子細(xì)粒 撞擊的情況中的幅度。因此，對(duì)于本應(yīng)用，傳感器44被加速計(jì)代替。圖5示意性地示出了 該帶儀器顆粒測(cè)量的加速度的附圖a(t)隨時(shí)間的發(fā)展。當(dāng)顆粒在混合物僅用沙子填充的 塊？工時(shí)，沙子的細(xì)粒在顆粒的殼上的沖擊產(chǎn)生小幅度的加速度和減速度。相反，當(dāng)該顆粒 穿過(guò)混合物的僅用沙礫填充的區(qū)域P2時(shí)，由于顆粒在沙礫上的沖擊產(chǎn)生的加速度或減速度 的幅度非常大。由此，該顆粒可被用于在沙子塊和沙礫塊之間進(jìn)行區(qū)分。例如，為此，模塊36或38 計(jì)算在預(yù)定時(shí)間槽At中的測(cè)量值a(t)的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差與這些測(cè)量值a(t)的平均值的 比。在區(qū)域P1中，該比率較小。相反，在區(qū)域P2中，該比率要大得多。最后，在區(qū)域P3中， 其中沙子和沙礫被均勻地混合，該比率具有前兩個(gè)之間的中間值。實(shí)際上，在區(qū)域&中，幅 度a(t)圍繞平均值的變化通常較小，除了顆粒偶爾遭遇沙礫時(shí)。該比率可由此被用于跟蹤 沙子和沙礫之間混合物的進(jìn)程的狀態(tài)，例如在該比率達(dá)到預(yù)定目標(biāo)數(shù)值時(shí)停止混合器。模塊38可被省略。例如，在這種情況下，如圖6所示，帶儀器顆粒的瞬時(shí)測(cè)量值 gi(t)被用于預(yù)測(cè)平均值的發(fā)展。在圖6中，平均值⑶的預(yù)測(cè)的發(fā)展通過(guò)虛線就t) 表示。該預(yù)測(cè)的發(fā)展g(t)例如被模塊36用于確?；旌衔锾幱谶m當(dāng)?shù)目刂葡虑移洳怀^(guò)預(yù)定 閾值S115如果該預(yù)測(cè)指示混合器偏離預(yù)測(cè)，則模塊36觸發(fā)警報(bào)。由此，在該情況下，裝置僅 被用于監(jiān)視混合而不命令混合器在混合的進(jìn)程中動(dòng)作。計(jì)算平均值的許多其它模式是可能的。例如，平均值可通過(guò)在均勻混合 物上的測(cè)量而經(jīng)驗(yàn)地預(yù)定。該平均值⑶還可通過(guò)僅使用在時(shí)刻t發(fā)送的測(cè)量值而建立。在要被混合的具有基本上相同的密度的產(chǎn)品的文字中描述的還可被用于具有不 同密度的兩種或多種產(chǎn)品。在這種情況下，選擇的帶儀器顆粒的密度基本上等于均勻混合 物的密度。作為一種變化，要被并入到混合物中的帶儀器顆粒不是都具有相同密度。例如， 在具有不同密度的兩種產(chǎn)品的混合物的情況下，一些顆粒的密度基本上等于第一產(chǎn)品的密 度，另一些顆粒具有基本上等于第二產(chǎn)品的密度。當(dāng)攪拌器14產(chǎn)生的湍流高的足以使得重力對(duì)混合物中的顆粒采取的路徑的作用 可被忽略，則顆粒不必具有與被混合產(chǎn)品或獲得的混合物相同的密度。與湍流施加在顆粒 上的力相比，顆粒上的重力施加的力在這兩種力的比率是至少十時(shí)將被認(rèn)為是可忽略的。 例如，顆粒的密度在這種情況下是從混合物的密度的1/10到十倍的范圍。例如在混凝土混合器的情況下，攪拌器14可被機(jī)械攪拌器代替，該攪拌器旋轉(zhuǎn)地 驅(qū)動(dòng)容器4。攪拌器14還可以以其它方式形成力，該力攪動(dòng)要被混合的產(chǎn)品。例如，攪動(dòng)力 可以是電磁力。并入到混合物中的帶儀器顆粒的數(shù)量可被減少到一。但是優(yōu)選地該數(shù)目大于4或 10。如果每個(gè)顆粒都具有相同幅度的多個(gè)傳感器，傳輸給接收器32的測(cè)量值可以是 差分測(cè)量值，即，測(cè)量值對(duì)應(yīng)于顆粒的每個(gè)傳感器進(jìn)行的測(cè)量值之間的差。如果傳感器被定 位在帶儀器顆粒的直徑地相對(duì)的側(cè)部上，差分測(cè)量值特別有利。這里通過(guò)處理單元30進(jìn)行的處理操作的一部分可被就在每個(gè)顆粒24的內(nèi)部進(jìn)行。例如，模塊36可被并入到顆粒24中。在這種情況下，顆粒不再發(fā)送進(jìn)行的測(cè)量值而是 僅發(fā)送已經(jīng)預(yù)處理的信息，例如警報(bào)。在該最后變化中，顆粒24和處理單元30之間的通訊則可以是雙向通訊。用于定位每個(gè)顆粒的波不必與用于實(shí)時(shí)傳輸測(cè)量值的波相同。如果需要小精度定位，三個(gè)天線中的一個(gè)可被忽略?；旌衔镏械念w粒的定位還可 通過(guò)除了三角測(cè)量法外的方式進(jìn)行。例如，顆粒可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)相機(jī)和圖像處理操作而 被定位。這里，由顆粒進(jìn)行的測(cè)量值至接收器32的傳輸利用了分頻多路傳輸。作為一種變 化，該分頻多路傳輸可被分時(shí)多路傳輸代替。其它技術(shù)例如CDMA (碼分多址技術(shù))也可被 使用。
權(quán)利要求
一種混合器，包括容器(4)，要被混合的流體或粒狀產(chǎn)品被容納在其中以形成混合物，這些產(chǎn)品在混合前通過(guò)至少一個(gè)可測(cè)量物理變量而被彼此區(qū)分；攪拌器(14)，能攪動(dòng)容器中存在的產(chǎn)品；和用于根據(jù)混合物的至少一個(gè)可測(cè)量特性監(jiān)視或控制混合器的裝置，其特征在于，該裝置包括至少一個(gè)帶儀器顆粒(24)，其并入到混合物中，每個(gè)帶儀器顆粒a.能在被攪拌器攪動(dòng)的產(chǎn)品的作用下在該混合物中自由地且獨(dú)立地移動(dòng)；和b.裝備有至少一個(gè)傳感器(44)，該傳感器能測(cè)量混合物的該特性；處理單元(30)，能根據(jù)每個(gè)帶儀器顆粒獲得的特性測(cè)量值監(jiān)視或控制混合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合器，其中，攪拌器(14)是固定地連接到容器且能機(jī)械地 振動(dòng)容器內(nèi)容納的產(chǎn)品以將它們彼此攪拌的機(jī)械攪拌器。
3.一種用于監(jiān)視或控制流體或粒狀產(chǎn)品的混合器的裝置，其中該流體或顆粒產(chǎn)品在混 合前通過(guò)至少一個(gè)可測(cè)量物理變量而被彼此區(qū)別，其特征在于，該裝置包括至少一個(gè)帶儀器顆粒(24)，每個(gè)帶儀器顆粒a.能在被攪拌器攪動(dòng)的產(chǎn)品的作用下在該混合物中自由地且獨(dú)立地移動(dòng)；和b.裝備有至少一個(gè)傳感器(44)，該傳感器能測(cè)量混合物的至少一個(gè)特性；處理單元，能根據(jù)每個(gè)帶儀器顆粒獲得的特性測(cè)量值監(jiān)視或控制混合器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，每個(gè)帶儀器顆粒的密度等于混合物的密度且在 正負(fù)10%偏差范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中，當(dāng)在預(yù)定的時(shí)間槽中特性的瞬時(shí)測(cè)量值在獲 得的測(cè)量值的平均數(shù)值士 Ag范圍內(nèi)時(shí)，處理單元(30)能指示混合的結(jié)束，其中Ag為預(yù) 定閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，該裝置包括多個(gè)帶儀器顆粒(24)， 每個(gè)都裝備有傳感器(44)，該傳感器能測(cè)量混合物的所述特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中每一個(gè)帶儀器顆粒(24)都包括發(fā)射 器(50)，用于通過(guò)無(wú)線鏈接傳送獲得的特性測(cè)量值，且處理單元包括接收器(32)，其能夠 接收由每一個(gè)帶儀器顆粒(24)所傳送的測(cè)量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，該裝置包括定位器(34)，該定位 器能讀取每個(gè)帶儀器顆粒在固定地關(guān)聯(lián)到完成混合的容器的坐標(biāo)系中的位置，且處理單元 (30)能根據(jù)每個(gè)帶儀器顆粒獲得的測(cè)量值和位置讀數(shù)來(lái)監(jiān)視或控制混合器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，通過(guò)每個(gè)帶儀器顆粒的傳感器測(cè)量 的特性表示把被混合產(chǎn)品彼此區(qū)分的物理變量。
10.一種用于監(jiān)視或控制流體或粒狀產(chǎn)品的混合器的方法，所述流體和粒狀產(chǎn)品在混 合前通過(guò)至少一個(gè)可測(cè)量物理變量而被彼此區(qū)別，其特征在于，該方法包括在被攪拌器攪動(dòng)的產(chǎn)品的作用下，使至少一個(gè)帶儀器顆粒在混合物中移動(dòng)(62)；通過(guò)每個(gè)帶儀器顆粒測(cè)量(64)混合物的至少一個(gè)可測(cè)量特性；以及根據(jù)每個(gè)帶儀器顆粒獲得的測(cè)量值監(jiān)視或控制(66)混合器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合器，包括包括在產(chǎn)品的混合物中的至少一個(gè)帶儀器顆粒(24)，每個(gè)帶儀器顆粒a.能在攪拌器(14)攪動(dòng)的產(chǎn)品的作用下在混合物中自由且獨(dú)立地移動(dòng)；和b.裝備有至少一個(gè)傳感器，其能測(cè)量混合物的特性；處理單元(30)，能基于每個(gè)帶儀器顆粒進(jìn)行的測(cè)量值監(jiān)視或控制混合器。
文檔編號(hào)G05B21/00GK101990456SQ200980112332
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者伍德羅·L·休, 帕斯卡爾·梅茨, 約恩·加斯圖伊爾, 讓-弗朗索瓦·平頓 申請(qǐng)人:里昂普通高等學(xué)校;國(guó)家科學(xué)研究中心